由于有限资源的逐步枯竭和人类生存环境的日益恶化，以化石燃料为主体的传统能源体系将逐步过渡到以新能源和可再生能源为主体的新型能源体系。大力发展新能源是人类社会可持续发展战略的一个重要组成部分，风力发电已经成为当今发展最快的新能源之一。无刷双馈风力发电技术是目前最具发展潜力的风电形式，而矩阵变换器作为一种能量可以双向流动的直接变换器，在无刷双馈风力发电机组的励磁控制中具有明显的优势。本论文以无刷双馈风力发电系统为应用对象，研究了矩阵变换器的原理、模型、控制、设计以及在系统中的应用。论文就以下几个方面开展深入系统的研究，并取得了一些成果。　　 本文介绍了风力发电技术在国内外的发展概况，对风力发电机组的结构形式，特别是变速恒频风力发电技术进行了讨论。然后对变速恒频风力发电中的电力电子技术进行了综述，其中重点介绍了矩阵变换器的概况和国内外研究现状。　　 功率变换装置是风力发电系统中的关键装置之一。作为新型“绿色”变换器的矩阵变换器最大程度展现了电力电子技术的特色和功能，是一种能量可以双向流动的直接变换器，在风力发电中具有较大的应用潜力。论文首先介绍了矩阵变换器的基本原理和调制方法，其中重点介绍双空间矢量调制法的思路、原理以及实现方法，之后对其能量流动和回馈的机理进行了研究，并进行相应的仿真分析。基于交直交等效结构，本文分别对虚拟整流侧和虚拟逆变侧进行了闭环控制。以输入的电流为控制对象，采用无源性理论的方法对虚拟整流侧进行了建模和控制；以输出的电压为控制对象，采用自校正模糊控制对逆变侧进行了闭环控制。仿真结果表明，控制性能良好。　　 在理论研究和仿真分析的基础上，对矩阵变换器进行了设计、制作和实验。在功率级，设计了矩阵变换器的主电路、输入电路、滤波电路和缓冲电路，并对功率电路的结构进行了优化。在控制级，采用单片机、DSP和FPGA的分层数字化控制方式。单片机负责人机接口、与上位机通讯等管理工作，DSP负责核心的检测和控制算法，FPGA实现对实时性要求比较高的底层硬件逻辑功能，其中空间矢量调制采用FPGA来实现，自校正模糊控制采用软硬件结合的方式用DSP和FPGA共同来实现。在这些设计的基础上制作了实际的装置，实验结果表明设计方案合理可行。　　 本文还对无刷双馈电机的原理和简化模型进行了研究，并对基于矩阵变换器的无刷双馈风力发电系统的能量关系进行了分析，在此基础上进行了仿真验证。最后归纳了本文的研究成果和创新工作，并对进一步的研究提出了建议。