双馈感应发电机(doubly fed induction generator,DFIG)由于具有变速恒频运行模式、功率因数可控、变流器功率等级小等优点,是目前风电市场的主流机型。由于DFIG的定子直接连接到电网中,DFIG的运行状态很容易受到电网电压的影响。当电网电压为含有不平衡和谐波分量的畸变状态时,会造成并网电流畸变、输送到电网中的功率波动、电磁转矩脉动、直流母线电压脉动等问题,不仅恶化了 DFIG风电机组向电网中输送的电能质量,更威胁了 DFIG机组的安全运行。因此,研究在畸变电网下双馈风力发电系统的优化运行策略具有十分重要的现实意义。本文以DFIG机组为研究对象,通过理论分析、控制方案设计和实验研究,获得了如下的一些创新研究成果:1.针对网侧变流器提出了改进的三矢量预测控制策略。传统的三矢量预测功率策略根据电网电压矢量的位置选取三个变流器电压矢量,这会导致在某些区域内所选电压矢量的预测时间为负的问题,继而出现功率和电流波动,恶化了稳态性能。本文所提出的三矢量预测功率控制策略设计了两种改进方法:第一种方法中通过功率误差选取电网电压矢量,可以确保所选电压矢量的预测时间始终为正;第二种方法依然根据电网电压矢量的位置选取变流器电压矢量,通过优化电压矢量序列的方法,当预测时间为负时自动将变流器端输出电压矢量更新为更合适的电压矢量。两种方法均可消除功率和电流波动,获得更好的稳态性能。在此基础上,研究了不平衡和低次谐波电网下网侧变流器的三矢量预测功率控制策略和预测电流控制策略,改善了不平衡和低次谐波电网下的输出电流质量。2.针对机侧变流器提出了预测定子电流控制策略。不同于传统的预测功率控制策略和预测转子电流控制策略,本文提出的预测定子电流控制策略直接将定子电流作为被控对象,当电网电压中含有不平衡和谐波分量时仍然可以确保正弦且对称的定子电流输出,更适用于畸变电网下DFIG的运行。为了降低传统预测控制中的计算复杂度,本文针对所提出的预测定子电流控制策略设计了低复杂度的控制算法,便于在通用控制芯片中实现预测控制程序。在并网前,通过本文提出的虚拟定子电流概念,可以在定子端产生和电网电压一致的定子电压,实现平滑并网。3.针对同时含有低次和高次谐波分量的广义谐波电网,在传统基于SVPWM的直接功率控制(Direct power control,DPC)策略基础上,提出基于重复控制调节器的控制策略。通过将重复控制调节器对被控量直接闭环,无需相序分量即可实现抑制定子电流谐波分量、功率平稳或转矩平稳的控制目标。在同时考虑机侧变流器和网侧变流器时,将机侧变流器和网侧变流器看作独立的模块,从系统安全运行的角度考虑,实现了电磁转矩平稳和直流母线电压平稳的控制目标。由于DFIG系统馈向电网的电能质量由机侧变流器和网侧变流器同时决定,本文设计了一种机侧和网侧变流器的协同控制策略,用GSC输出和定子电流幅值相等但符号相反的谐波电流,使得总电流正弦无谐波,改善了 DFIG系统的发电质量。