风能作为清洁能源,具有极大的开采价值,然而由于风速的不稳定性,使得风能的捕获变得困难。双馈风力发电机(DFIG)是根据转子侧的励磁过程,对定子输出电压的频率、幅值和相位进行补偿,以实现双馈风力发电机的变速恒频运行,极大地提高了风能的利用率,也使得双馈风力发电机得到了广泛的应用。论文主要针对双馈风力发电系统的控制过程进行研究探索,首先建立了双馈感应电机的数学模型,进行理论上的控制分析。接着对变频器中转子侧变换器与网侧变换器,即逆变电路与整流电路进行控制分析,建立了基于PI控制器的转子侧变换器控制系统与网侧控制系统,并在MATLAB/Simulink仿真环境下搭建仿真模型,验证了所搭建控制系统的有效性。之后针对DFIG的工作情况,分别建立了基于PI控制器单机运行与并网运行两种控制系统,同样在仿真环境下搭建仿真模型。在单机运行的控制系统中,发电机带载运行,实现了期望电压的稳定输出。并根据并网需求,实现了DFIG的柔性并网过程。在并网运行的控制系统中,对有功功率与无功功率进行解耦控制,仿真结果表明能够有效实现发电机有功功率与无功功率的单独调节。然后通过PI控制器的动态调节的超调现象以及参数整定过程比较复杂的缺点,论文提出了基于能量平衡的控制方案。在DC-AC变换器中分析了各电力电子器件间能量流动过程,设计了单个PWM周期内的能量平衡控制器。通过仿真结果分析,在逆变电路中,能量平衡控制器能够有效较少电压幅值调节过程中的超调现象,提升系统的动态性能。最后根据PI控制器以及能量平衡控制器各自的优缺点,将两种控制方案结合使用,应用在DFIG单机运行及并网运行的两种工况中。在单机运行时,发电机负载电压的幅值通过能量平衡调节,频率通过PI控制器调节;并网后发电机输出有功功率与无功功率的能量总和通过能量平衡控制,通过控制输出电压与期望电压的相位角差值来调节有功功率与无功功率的分配,仿真结果验证了所提控制方案相对于传统的PI控制器,能够有效缩短并网时间以及减少调节过程中的超调现象。最后搭建了双馈风力发电系统的硬件实验平台,针对单机运行的工作情况,分别进行PI控制器的实验以及能量控制与PI控制器相结合的实验,实验结果验证了所提出的控制方案的有效性以及在动态调节过程中的优越性。