无刷双馈电机（Brushless Doubly-fed Machine，BDFM）由于取消了电刷和滑环，相比于有刷双馈电机提高了系统的可靠性，降低了维护成本。因而在变速恒频发电领域，特别是海上风力发电系统中具有广阔的应用前景。无刷双馈发电系统可工作在并网状态和独立运行状态。当用于小水电、船舶轴带发电等独立电源时，其发电系统的稳定性以及供电质量是系统运行的重要特性，也是衡量变频器控制能力的重要指标。本文以独立运行的无刷双馈发电系统负载侧变换器为研究对象，从输出滤波器与稳定性控制、母线电压抗扰动控制、动态无功补偿等方面进行了研究和探讨。　　针对基于单电感滤波的负载侧变换器，由于定子功率绕组漏电感较大，空载和轻载运行时公共接入点电压含有大量高次谐波的问题，分析了三种改进的滤波电路对负载侧变换器谐波电压和电流的抑制效果。综合考虑选择具有滤波性能好，同时体积和重量都最小的负载侧变换器接LC滤波器结构，并根据常规的LC滤波器设计的相关准则设计了滤波电感和滤波电容参数。推导了该结构的数学模型，并采用Nyquist稳定判据分析了电流环控制对象的稳定性。同时采用模型等效原理说明了数字控制下公共接入点电压前馈补偿可以等效为在滤波电容上并联了一个随频率变化的虚拟阻抗。指出等效阻尼电阻在谐振频率处呈现正阻尼特性与电流环被控对象稳定是等价的。　　当电流环呈现正阻尼特性时，根据电流环控制系统稳定的约束条件，再结合系统稳定裕度和调节器转折频率的约束条件，得到了电流内环 PI调节器参数的设计步骤以及选择范围曲线。实现了系统在不增加外加阻尼情况下的有源阻尼控制，同时具有较强的鲁棒性。对于电流环呈现负阻尼特性，由于此时 PI调节器参数的选择范围很小，设计比较困难。对于满足稳定条件的控制器参数，系统的鲁棒性也较差。因此建议在电流环控制对象呈现正阻尼特性下设计系统参数。本文还根据电压外环的动态特性和稳态性能指标，设计了电压环的PI调节器参数。最后详细介绍了独立运行的无刷双馈发电系统的仿真模型与实验样机平台，给出了独立运行的无刷双馈发电系统的启动过程以及负载侧变换器电流的缓启动方法，对负载侧变换器的控制性能进行了仿真分析和实验验证。　　为了提高直流母线电压抗负载扰动能力，一般采用电压外环的输出上增加直流母线电流前馈控制，提高直流母线电压的响应速度。但由于机侧变换器采用了PWM控制方式，导致直流母线电流含有大量的谐波成分，无法直接获取并用于电流前馈控制。本文首先在忽略所有损耗的情况下，利用系统的功率平衡关系得到了机侧变换器直流侧功率与负载功率的简化表达式，采用基于负载功率的前馈控制算法实现了直流母线电压抗扰动控制。该算法比较简单，适合于负载功率较小的情况。由于系统的损耗主要来自无刷双馈电机的铜耗和铁耗，根据等效电路中电机铜耗和铁耗计算方法，得到了机侧变换器功率更加精确的计算方法。该算法只需要测量负载侧变换器的交流电流、负载电流和接入点电压即可。同时由于电压闭环控制的作用，能够迅速消除前馈算法因电机参数、变换器损耗等引起的小误差，从而保证系统的稳态精度。　　大功率负载的投入和切出会引起无刷双馈发电系统公共接入点电压较大波动。对于投入含有无功电流的负载，可以采用负载侧变换器向负载提供瞬时无功电流补偿，减小公共接入点电压的跌落深度和恢复时间。首先推导了突加阻感性负载时负载无功电流和公共接入点电压跌落的表达式。分析了负载无功电流全补偿、稳态分量补偿与端电压跌落的特性关系。只补偿负载电流稳态无功分量可以明显抑制公共接入点电压瞬时跌落，加快电压恢复速度，而补偿全部全部无功分量会使得三相电压跌落畸变的更加严重。本文还给出了一种改进的无需锁相环的瞬时无功电流检测法，同时采用基于重采样理论的均值低通滤波算法，简化了计算量。对于负载切出引起的公共接入点电压骤升，通过分析负载侧变换器稳定工作的约束条件，提出了一种瞬时提供无功支持的高电压穿越方案。同时分析了瞬时无功电流对于直流母线电压动态调节的影响。