随着资源危机和环境污染的不断加重,人们探索和利用新能源的愿望越来越迫切,风力发电以其技术成熟,发电成本低,安全可靠等优点,在新能源领域有着十分重要的地位。永磁直驱风电系统具有发电效率高,运行可靠,控制系统简单等优点,受到了各界广泛的关注。本文以永磁直驱风电系统为研究对象,以滑模变结构控制算法为基础,研究了各段风速下和电网电压跌落下的能量均衡控制策略。本文首先建立了永磁直驱风电系统的数学模型。将风机的气动模型在某一工作点泰勒展开,并考虑风机工作点的变化和外界的干扰,得到了包含不确定项的线性模型。基于电机转子磁链定向,得到永磁同步发电机在dq轴坐标系下的数学模型。基于电网电压定向,得到网侧逆变器在dq坐标系下的数学模型。然后,在额定风速以下,完成了基于分数阶滑模的永磁直驱风电系统最优功率控制。采用最佳叶尖速比法。机侧采用转速外环和电流内环的双闭环控制系统。控制电机始终跟随给定的最优转速,输出最大功率。网侧采用电压外环和电流内环的双闭环控制系统,稳定直流母线电压,实现单位功率因数并网。为了验证所设计分数阶滑模控制器的优越性,将所设计控制器与传统的PI控制器进行比较,仿真验证了所设计控制策略的响应快,精度高。接着,在额定风速以上,为了使风机输出功率恒定,分别设计了非奇异终端滑模变桨距控制器和自适应滑模变桨距控制器。控制器设计时考虑了风机模型参数的不确定和外界的扰动对风机数学模型的影响。为了保证控制器的稳定性,非奇异终端滑模变桨距控制器的参数选取往往过于保守。自适应滑模变桨距控制器的参数可以在线调整,对模型参数的改变和外界扰动具有抗干扰能力,同时避免了模型参数的精确辨识。仿真验证了两种控制算法的有效性。最后,分析了永磁直驱风电系统低电压穿越问题产生的原因,提出了一种新型的电网电压跌落时永磁直驱风电系统功率协调控制策略。机侧变流器稳定直流母线电压,网侧变流器向电网注入无功功率,支撑电网电压恢复,同时配合变桨距控制,降低低电压期间的不匹配能量。为了验证所设计控制器的优越性,将所设计控制策略与传统的低电压穿越控制策略进行比较。从仿真结果来看,所设计功率协调控制策略在无需任何附加电路的情况下,减轻了电网电压跌落时风电系统所受到的冲击,在一定程度上提高了永磁直驱风电系统的低电压穿越能力。