低风速风电是我国未来风电发展的重要领域之一。目前市场上的主流机型是水平轴风电机组,存在需要偏航对风、安装不便、运维费用高等固有缺陷。低风速风电场的工况是风向变化频繁、风能密度低,水平轴风电机组因需频繁偏航对风而难以适应低风速风电场运行工况。鉴于垂直轴风力机无需偏航对风,本课题组提出一种低风速磁悬浮垂直轴风力发电机组,主机采用永磁直驱型同步发电机（PMSG）,辅机采用磁悬浮盘式电机实现悬浮。为实现低风速发电,使系统功耗最小化是首要目标,为此,本文重点围绕主机机侧变流器的控制策略和拓扑结构展开研究,旨在降低发电机定子电流的谐波和机侧变流器的功率损耗,实现系统高能效稳定运行。首先,建立了风力机和PMSG的数学模型,使用电压源变流器（VSC）作为机侧变流器,采用零d轴电流控制策略（ZDC）进行控制,利用MATLAB/Simulink平台进行仿真实验分析。然后设计制作了VSC实验样机,进行VSC实验研究。其次,针对ZDC控制策略中PID控制器参数无法随风速的变化自动调整,导致控制效果欠优的现象,提出使用BP神经网络对转速环的PID控制器进行改进。通过BP神经网络的自学习功能实现转速环PID控制器参数的自整定。仿真实验表明,转速环使用BP-PID控制器,转矩、转速的超调减小,系统的响应速度提高,PMSG定子侧电流畸变率从3.02%降低到1.14%,机侧变流器VSC的功率损耗降低了1.2%。第三,为实现系统的快速响应,对直接转矩控制策略（DTC）展开研究。首先使用SVPWM调制改进DTC,即采用SVM-DTC控制方案。然后,提出基于BPNN的SVM-DTC控制方案,通过离线训练BP神经网络逼近定子磁链参考值与电磁转矩的关系曲线,实现变磁链参考值控制,以维持isd为零,并通过BP-PID控制器实现MPPT控制。对不同方案进行仿真分析,结果表明使用基于BPNN的SVM-DTC方案相比于传统的DTC,PMSG定子电流谐波畸变率降低了2.82%,机侧变流器VSC的功率损耗减少了17.3%。最后,考虑到三电平VIENNA整流器具有电流谐波小、开关管电压应力低、成本低等优势,提出使用VIENNA整流器代替VSC作为机侧变流器的方案。采用ZDC控制VIENNA整流器,通过引入调节因子实现直流侧中点电位的平衡控制。仿真实验结果表明机侧变流器采用VIENNA整流器相比于VSC,定子电流谐波畸变率降低1%,变流器的功率损耗降低1.9%。最后设计搭建VIENNA整流器样机,进行实验研究,成本相比于VSC降低了28%。