随着风力发电技术的发展，可变速永磁风力发电系统逐渐引起人们的关注。定子永磁电机具有转子结构简单、效率和功率密度高、可靠性高等优点，是一种很有发展潜力的新型永磁电机。本文的研究工作主要是围绕着定子永磁电机及其在风力发电中的应用展开的。论文的主要研究内容包括如下几个方面： 本文首先对定子永磁电机进行了比较研究，推导了一个背适于三种定子永磁电机的通用功率方程，基于功率方程，对定子永磁电机进行了功率密度的比较和分析，为定子永磁电机的优化设计和新型结构的提出奠定了基础。 对外转子双凸极永磁(DSPM)风力发电机进行了研究，设计了20kW外转子直接驱动DSPM风力发电机，对发电机的电磁场进行了有限元分析，给出了发电机的静态特性。 提出了整距绕组DSPM电机的结构，对其工作原理进行了阐述，揭示了整距绕组DSPM电机所具有的独特特性以及它和传统DSPM电机、磁通切换永磁(FSPM)电机的内在联系。 提出了定子内永磁电机的结构，解决了FSPM电机存在的定位力矩大、永磁材料消耗多等缺陷，对定子内永磁电机的功率方程进行了推导，阐述了定子内永磁电机高功率密度和优化减小定位力矩的机理，在此基础上进行了定子内永磁电机的优化设计。对定子内永磁电机的永磁体在短路电流作用下用解析式表达的抗去磁能力进行了研究，得到了一种衡量定子内永磁电机被去磁风险的简单解析表示方法。 设计、试制和测试了一台小功率定子内永磁风力发电机，在此基础上，对功率等级从3MW至10MW的大型定子内永磁风力发电机进行了电磁设计和比较研究。 对定子永磁风力发电机系统进行了数学建模研究，包括风速模型、气动特性模型、机械模型、发电机模型和PWM变换器模型。 对基于非线性控制器的风力机最大风能跟踪控制进行了研究，提出了基于卡尔曼滤波器和牛顿一拉夫逊法的风速估计方法，建立了基于Matlab/Simulink的仿真模型，并应用FAST风力机代码进行了验证，仿真和FAST代码的结果说明了所提出方案具有良好的控制性能。 对现代大型风力机的桨距角控制方法进行了研究，提出了模糊逻辑变桨距控制策略，通过Matlab/Simlink仿真，与传统的基于PI控制器的桨距角控制策略进行了比较研究。 最后深入研究了风力发电电压源型PWM变换器的设计，对PWM变换器建立了矢量控制系统，对网侧PWM变换器进行了仿真和基于dSPACE仿真平台的实验研究，仿真和实验结果验证了PWM变换器设计的正确性和有效性。