随着陆地资源的日趋减少,更多的目光开始投入到开发海洋资源中。潮流发电系统通过被水平潮汐推动的涡轮机获得机械能,带动电机转动产生电能,经变流器变换传输到电网中,与风力发电中捕获风能的方式相同。尽管运行环境和结构有差异,潮流发电技术目前的研究均是基于风电系统运行经验,其环境特殊性使得维持系统运行稳定和减少运行维护成为重要的衡量标准。故而可节省齿轮装置无滑环且可免维护的直驱永磁同步电机拓扑结构为潮流发电的首选。一方面,为优化系统的运行,本文通过比较PI、无差拍和模型预测三种控制下的电流响应情况,选取出其中性能最优的无差拍预测控制进行进一步分析。考虑数字式控制系统固有量化和保持特性引入的脉宽调制占空比更新延时、死区等问题对预测控制变量暂态响应和稳态精度的影响。首先,分析了延时与死区存在的根本原因;其次,在一个周期内利用已知量计算出下个周期的未知量改进算法以消除延时对系统暂态震荡的影响;再次,考虑变流器开关的关断非线性而设置的死区时间对一个采样周期内的电压影响,计算出该畸变电压并补偿到电压矢量数值中,最终达到消除暂态震荡和提升稳态精度的目的。另一方面,为降低预期外的潮流发电系统停运可能性,基于风力发电系统运行故障数据,针对最为频繁发生的电机侧变流器单相开路故障,提出相应的故障容错措施,保证可容性故障发生后系统在降级运行模式下仍保持持续运行。本文分析比较了三相四开关式、并联备用桥臂、改变控制策略型、多相电机系统和变流器并联运行方式这几种故障容错拓扑结构在开关元件投资、方法的简便性和容错性能这几方面的优缺点,从中选取仅改变控制策略、并联备用冗余桥臂和变流器并联运行故障容错结构进行仿真分析。仿真结果证明,对单个变流器系统而言,仅改变控制策略型故障容错使得系统不至于失去控制,但容错效果较差,采取并联备用冗余型故障容错拓扑结构可以提升系统故障容错性能。针对并联变流器系统,本文所设计的转矩补偿器可以有效地保证容错运行中的转矩和功率输出与故障前一致。