风能是解决传统能源匮乏和环境保护问题的必要手段,近些年风力发电技术在世界范围内得到了广泛应用,正向着规模化和产业化的方向快速发展。本文以1.5MW变速恒频风力发电系统为研究背景,对变流系统中控制永磁同步发电机的电机侧变流器进行了研究。本文概述了当前国内外风力发电行业发展的情况,简要对比了各种变速恒频风力发电技术,分析了直驱式风力发电机组变流系统的运行原理。变流系统主要包括永磁同步风力发电机,电机侧变流器和电网侧变流器。重点分析了电机侧变流器的工作原理和控制技术,建立了不同坐标系下永磁同步发电机的数学模型,对比了永磁同步发电机可以采用的不同控制目标。本文分析了直接转矩控制的基本原理,提出了永磁同步发电机直接转矩控制系统的设计方案。解决了系统中的关键问题,比如:发电状态下的开关矢量表的构造、电机侧变流器启动时转子的位置估计以及不同控制目标下的磁链给定等。针对常规直接转矩控制存在电阻变化、磁链积分器饱和以及开关频率不固定等不足,提出了相应的改进措施。由于实际情况中风力发电机一般不安装位置传感器,本文还研究了发电机的无位置传感器控制技术。本文深入研究了直驱式风力发电变流系统中电机侧变流器的控制,设计了永磁同步发电机直接转矩控制系统,对所设计的系统进行了仿真和分析。在仿真环境下,对比了本文所研究的改进型磁链观测器与普通纯积分磁链观测器,并验证了本文所分析的基于反电势的发电机转子位置估计法。在仿真的基础上,搭建了实验平台,编写了控制程序,经过调试得出了实验波形,并进行了分析。实验结果表明本文所设计的永磁同步发电机直接转矩控制系统是切实可行的,具有相当的实用价值。