目前,以柴油机为动力能源装置已经成为了世界上船舶领域的趋势,尤其是低速、大功率柴油机。因为其可靠性高、单机功率大、经济性好等特点,近年在军用船舶和大型民用船上已被广泛使用。变速发电技术为目前一种比较新颖的发电技术,当下已普遍使用于汽车发电、航空发电、风力发电等行业。近些年,柴油发电机组中开始引入变速发电技术,由于其具有优良的减振降噪性、经济性和低人工维护成本而取得了飞速发展。变速发电的最大优势在于其良好的燃油经济性,而柴油机的燃油消耗率又与之运行转速紧密相关。为了较大化降低柴油机的燃油消耗率,对变速柴油发电机组的最佳运行转速的研究将是本文的研究重点之一。相较于传统的恒速恒频发电,变速恒频发电因其具有增加机组运行的经济型、控制简单和使能量利用率大幅度提高的优点,将为本文研究的另一个重点。首先,为了实现变速恒频发电,本文对几种变速恒频发电系统进行了理论研究并分析了各自的优缺点,最终采用了无刷双馈发电机变速恒频发电系统;接着对柴油机本体的基础理论进行了分析并推导了其平均值模型,仿真验证了模型的正确性;对双馈发电机的基础理论进行了分析并分别推导了其基于转子速坐标系和基于定子同步速坐标系的数学模型,仿真验证了其数学模型的正确性。其次,本文对基于最佳运行转速的柴油机控制系统进行了研究。对变速柴油机最佳运行转速进行了分析,并设计了最佳运行转速曲线;对自适应模糊-PID控制器进行了分析研究,设计了自适应模糊-PID控制器,将自适应模糊-PID控制器与常规的控制器进行仿真对比;对转速反馈-负载前馈控制器进行了分析研究,设计了转速反馈-负载前馈控制器,将转速反馈-负载前馈控制器与常规的控制器进行仿真对比;综合分析了自适应模糊-PID控制器和转速反馈-负载前馈控制器,验证了转速反馈-负载前馈控制器在柴油机调速系统中的优势。再者,本文分析研究了网侧变换器的数学模型及控制方法,采用了电网电压矢量定向的控制方法来实现对系统有功、无功功率的解耦控制,并利用工程设计法设计了电压电流双闭环调节器。经建模仿真,通过改变电网电流交轴分量,证明了网侧变换器的数学模型及调节器调节参数的正确性。最后,本文分析研究了无刷双馈发电机的控制侧变换器。研究了无刷双馈发电机单机发电的控制策略,仿真验证了无刷双馈发电机单机发电的控制策略的正确性及准确性。分析研究了无刷双馈发电机并网发电的控制策略,仿真验证了无刷双馈发电机并网发电的控制策略的正确性和准确性。