随着化石能源的不断消耗,可持续发展理念的深入人心以及电能需求的持续增长,可再生能源的开发和利用已成为必然发展趋势。风能因其具有无污染,易获取等优点,已成为最具发展潜力的可再生能源之一。本文以小型永磁风力发电系统(Wind Energy Conversion System,WECS)为研究对象,研究工作主要在风力机的部分负载区域进行。首先推导出永磁电机最佳转速、不可控整流电路直流侧最优参考电压以及最大输出功率之间的关系,并将其应用于滑模极值搜索(Sliding Mode Extremum Seeking Control,SMESC)算法,实现风电系统最大输出功率的追踪。此方法的主要优点是只需电压和电流传感器,省略了传统小型永磁风电系统中用于测量转速或风速的机械传感器,从而节省了成本并提高风电系统可靠性。此外,为提高SMESC算法的追踪精度,本文给出SMESC稳态振幅与其控制参数之间的关系,进而提出无稳态振荡SMESC算法。所提出的改进方法采用斜率可调的S函数代替传统SMESC算法中的二值符号函数,并结合参数调整减小稳态阶段S函数的斜率,以减小SMESC算法在稳态阶段的积分增益,从而减小甚至消除SMESC算法的稳态振荡。改进算法的主要优点是能够避免传统SMESC算法在追踪速度和控制精度之间的矛盾,在不影响追踪速度的前提下,降低了风电系统实际输出功率和转速的振荡幅度,从而在一定程度上减小风电机组的机械疲劳。同时,本文利用李雅普诺夫定理详细证明了改进算法的收敛性。为了将SMESC算法追踪到的最优参考功率转换成升压斩波电路的开关控制信号,本文设计了功率滑模控制器,以代替传统WECS中转速外换电流内环的双环PI控制器,其主要特点是可直接产生开关信号,无需载波信号,具有更好的追踪性能和更简单的控制结构,省略了PI参数调整过程。本文基于PSCAD/EMTDC软件搭建仿真平台,对所提出的改进滑模极值搜索算法和滑模控制器的性能进行分析验证。将传统滑模极值搜索算法、扰动观察法以及扰动极值搜索算法作为对比算法,在突变风速、随机风速和负载突变的情况下进行仿真分析。结果表明本文提出的方法具有更好的性能,能够提高风电系统的能量利用效率。