无刷双馈电机是一种由级联感应电机发展的新型交流电机,内部具有两套互相独立的定子绕组和一套特殊设计的转子绕组。无刷双馈电机取消了电刷和滑环,具有结构牢固、可靠性高的优点;控制绕组连接部分功率变频器,通过改变其输入电压的幅值频率来调节转速或功率侧输出电压,具有变频器容量小,功率因数可调等优势。无刷双馈电机以其运行可靠性和系统经济性等优势在变速恒频发电、大型水泵以及变频调速领域具有广阔应用前景。本文以绕线转子无刷双馈电机为研究对象,从电机结构出发,分析了无刷双馈电机的基本运行原理和运行特性。在一系列理想假设前提下,建立了绕线转子无刷双馈电机在静止三相坐标系下的数学模型,进而通过坐标变换推导得到功率绕组同步速的统一dq坐标系数学模型。基于统一dq模型进一步分析了无刷双馈电机稳定运行的一相等效电路,并给出了无刷双馈电机的功率分配和能量流动情况,为后文的控制研究打下夯实基础。深入研究了无刷双馈电机独立发电系统的运行状态和控制方法。首先通过MATLAB仿真验证统一dq坐标系数学模型的正确性并分析了独立发电运行时电机各绕组物理量之间的关系。基于功率绕组同步速的统一dq坐标系数学模型推导得到功率绕组电压幅值和频率双闭环的功率解耦控制策略,并通过仿真验证其能有效满足独立发电工况变速恒频恒压的运行要求。为了提升无刷双馈电机带感性冲击性负载时的响应速度,在原有控制策略基础上进一步提出功率绕组电流前馈的补偿方法。进一步研究了适用于绕线转子无刷双馈电机独立发电系统的无速度传感器控制,取消转子上的速度传感器,从根本上解决传感器损坏造成的系统运行故障,提高系统的运行可靠性。结合独立发电工况提出了基于控制绕组磁链观测的模型参考自适应转速估计方法,实时对定子绕组电压电流进行检测反馈,在模型参考自适应思想的指导下建立转速估计模型,其中主要包括参考模型、可调模型和自适应控制机制三部分。为了解决电机运行于自然同步速附近定子电量检测精度较低而影响速度估计的问题,进而提出了基于控制绕组高频电压注入的转速估计方法,该方法只与电机磁场关系有关,不受数学模型和电机参数的影响。最后,在绕线转子无刷双馈电机独立发电实验平台上进行实验研究,进行了独立发电系统的带负载启励、有功负载突变和突加电机冲击性负载等相关实验并对实验结果进行分析,验证本文提出的解耦控制和无速度传感器控制的可行性和有效性。