在风力发电领域,变速恒频(Variable-Speed Constant-Frequency,简称VSCF)发电系统有着显著的优越性和广阔的应用前景。在双馈型变速恒频风力发电系统中,双馈电机(Double-Fed Induction Generator,简称DFIG)转子侧的电源功率变换器是实现风力发电机组最大风能追踪、控制输出有功无功功率解耦、提高风力发电机组运行效率的关键。矩阵变换器(Matrix Converter,简称MC)是一种新型拓扑结构的变频装置,它不仅具有输入功率因数可调、输出电压可调、输出电流谐波少、能够实现四象限运行等优点,而且其结构紧凑,系统成本较低。与传统的交-直-交变换器相比,无中间直流环节及相应的储能电容,使得体积减小,动态响应提高。鉴于以上优点,本课题将双级交-交矩阵变换器(Two-Stage Matrix Converter,简称TSMC)作为双馈风力发电系统的功率励磁变换器。首先,本课题介绍了变速恒频系统运行的基本原理,并推导出DFIG的数学模型。对DFIG转子侧的交流励磁电源MC的拓朴结构,给出了矩阵变换器虚拟等效电路,依次介绍了Venturini直接法、瞬时电压法、空间矢量调制法等调制方法,经过对比最终确定采用间接空间矢量调制法调制各个开关对应的空间矢量。其次,本课题研究了基于TSMC励磁的双馈风力发电系统的控制策略。在对矢量控制思想进行分析的基础上提出了一种基于TSMC的双馈风力发电系统的控制策略,控制系统包括功率外环、电流内环双闭环控制结构,实现了发电系统定子输出有功功率和无功功率的解耦控制,并采用最大风能追踪控制策略,在不同风速下实现风能的最大化利用。最后,利用MATLAB/SIMULINK仿真软件,搭建了整个系统的仿真模型,并对实验仿真结果进行了分析。仿真结果表明,基于TSMC励磁的变速恒频双馈风力发电系统具有良好的稳、动态运行特性,输出可以实现有功、无功功率的解耦控制,且能够输出高质量的电能。最终验证了所提出控制系统方案的准确性和有效性。在此基础上,本课题采用TMS320F28335和EMP9320LC84-15作为控制芯片,设计出了控制系统的主功率电路、采样电路、驱动电路、过压吸收电路等。