作为可再生能源的风能资源以其蕴量巨大,分布广泛,没有污染等优势而在各国发展迅速,加快开发利用风能已成为全球能源界的共识。 风能的利用主要是发电,其开发利用是解决常规能源尤其是化石能源带来的能源短缺、环境污染以及温室效应等问题的有效途径之一,是理想的替代能源。 变速恒频发电技术是目前公认的最优化控制方式,也是未来风电技术发展的主要方向。变速恒频的优点是大范围内调节运行转速,来适应因风速变化而引起的风力机功率的变化,可以最大限度的吸收风能,因而效率较高,是国内风能领域重点研究的课题。 本文在对风力机和双馈发电机的运行原理进行了分析的基础上,分别建立了风力机和双馈发电机数学模型,为建立风力发电系统的励磁控制系统模型奠定了理论基础。 其次,阐述了在转子同步旋转坐标系下,励磁电压对双馈发电机磁链和电磁转矩的影响,以及双馈发电机直接转矩励磁控制系统的基本控制原理。并且对风力机、双馈发电机和直接转矩励磁控制系统建立了仿真模型,对仿真结果分别进行了分析。仿真结果表明了所建立数学模型的正确性,并对双馈发电机励磁控制策略研究和转子励磁控制系统的设计具有一定的参考价值。 针对常规的直接转矩控制系统中,通常采用PID控制器来实现直接转矩控制系统的速度调节存在的一些缺点,将滑模变结构控制理论引入到双馈发电机直接转矩励磁控制系统,从而改善了控制系统的鲁棒性,并对外界的干扰和系统参数变化引起的摄动具有不敏感性。本文还设计了一种新型的速度滑模控制器和一种滑模磁链观测器设计方法,实现了电磁转矩对输入机械转矩的良好跟踪,并提高了磁链的观测精度。