随着风电场的快速建设,经济有效的风能汇聚和传输方式日益受到关注。传统的交流风机对电能转换需要经过AC/DC-电解电容-DC/AC等过程,且需要采用庞大笨重的工频变压器升压结构,因其存在转换级数多,换流损耗高等问题而不利于小型或者分散式风电场的建设。因此,对先进的直流变换和直流风机进行研究,直流风机内部转换级数较少、机组输出为直流电,直流机组相互连接进而形成直流型风电场。本文从以下几个方面对直流风机和直流风电场并网系统进行了分析和研究:首先,分析和总结了目前风电场的发展状况与并网方式,对直流风机和直流风电场的工作原理、基本结构、技术特点及其应用范围等内容进行了详细论述,并对直流风机所涉及到的精简矩阵变换器拓扑结构和双极性电压空间矢量调制策略进行了详细分析。其次,建立了直流风电场并网系统风力机、永磁同步发电机、机侧整流器以及网侧逆变器等部分的数学模型,提出了全功率变流器机侧和网侧的协调控制策略。最后,在MATLAB/Simulink平台建立系统的仿真并网模型,仿真分析机侧换流器调制效果、风速变化时机组的最大风能追踪能力及电网电压跌落时系统的稳定性。研究结果表明:双极性电压空间矢量调制策略可以使精简矩阵变换器输出为高频脉冲电,达到了直流风机换流器的调制要求;在风速变化时直流风机可以实现最大风能追踪以及电网电压跌落时系统能够快速恢复稳定性且对有功/无功功率进行解耦,验证了协调控制策略的可行性。直流风电机组和直流风电场今后将成为理想的风能汇聚方案,此方案减少了换流过程,而且仿真结果表明直流风电场拥有较好的性能,具有一定的实际应用价值。