在众多的新能源形式中,风能是一种可持续且应用较为成熟的清洁能源。由于风能具有随机性、爆发性和不稳定性,采用变速恒频风力发电机组既能够有效提高风能利用率,又可以使风机承受的机械载荷最小。变速恒频风力发电机组中,永磁直驱型风力发电机组具有良好的电网适应性,并且永磁同步电机具有较高的功率因数、功率密度和效率,这将使得永磁直驱风力发电机组得到较为广泛的应用。任一风速下都有一个最优的风机转速与之对应使风机捕获的风能最大,为此,风力发电机组主控系统常常根据当前风速计算出最优转速下的电磁转矩,并将此转矩指令下发给永磁同步电机控制系统,进而调节风机运行在最优转速。常规的永磁同步电机转矩控制是通过稳态转矩表达式计算出电机的转矩电流指令,该方法对电机参数的依赖性强,参数鲁棒性较差,虽然通过参数辨识可以有效改善转矩控制的精度,但多个参数辨识算法使控制系统变得复杂。本文提出采用转矩闭环来实现精度较高的转矩控制,这需要精确的转矩观测,永磁同步电机的电磁转矩可以通过定子磁链与定子电流叉乘运算获得,因此定子磁链观测至关重要。本文采用一种扩展转子磁链状态观测器,并通过定子磁链与扩展转子磁链的关系计算出定子磁链。该定子磁链观测方法主要受定子电阻影响,基本不受直轴电感、交轴电感和永磁体磁链的影响,参数鲁棒性好。本文的永磁同步电机采用的是基于磁链定向的矢量控制策略,因此需要使用转子位置。由于永磁直驱风力发电机多为外转子结构,安装位置传感器较为复杂,成本较高,本文在进行定子磁链观测时观测的扩展转子磁链中包含了转子位置信息,通过软件锁相环可以提取出转子位置信息。由于本文对永磁同步电机进行转矩跟踪控制,但电机本体设计及逆变器的非线性特性使得定子电流中常常含有电流谐波,而电流谐波会引起一定程度的转矩脉动,进而影响转矩跟踪控制的性能。本文针对电机运行过程中出现的5、7次主要谐波,设计了基于准谐振控制和PI控制并联的电流调节器,可以有效抑制电流谐波。最后,搭建了11KW的永磁同步电机矢量控制仿真模型和实验平台,并对文中设计的定子磁链观测、转子位置估计以及电流谐波抑制方案进行了仿真和实验研究,结果验证了各方案的可行性及有效性。