作为永磁直驱式风力发电系统的关键与核心,功率变流器系统的故障或功能丧失将会严重威胁发电装备的稳定运行和整体安全。开展变流器容错控制方法的研究,避免因变流器故障造成的系统停机和二次故障,对于建立高可靠、强容错性能的风力发电系统具有重要现实意义。首先,分析了机侧变流器的数学模型并基于Matlab/Simulink搭建了仿真模型。根据电路拓扑等效和开关管替换的原则引出了电路等效替换的容错控制方法,该方法仅适用于单管故障的容错控制。总结了四种典型的开路故障模式,分析了功率开关管的单管、双管以及多管故障对矢量空间扇区的影响。然后,采用矢量空间扇区细分的策略,具体提出了八扇区容错控制方法和十二扇区容错控制方法,这些方法适用性更强,十二扇区法甚至可以实现三管故障的容错控制。通过研究矢量等模补偿和等轴补偿,发现矢量补偿比例大小不可忽视,具体取值会对容错效果产生较大影响。接着,为解决三相电流“尖刺”失真现象,在矢量空间扇区细分的基础上进一步提出了四种容错效果提升方法,包括扇区缓冲法、开关频率法、d轴电流注入法和抗饱和PI控制法。这些提升方法具有各自的特点和局限性,结合八扇区法或十二扇区法,可以获得更好的容错控制效果。最后,在理论和仿真分析的基础上,本文设计并搭建了机侧变流器实验平台,对新方法逐一进行了实验验证。实验结果表明,所提出的容错控制方法能够有效地改善当功率开关管发生故障之后机侧变流器的三相电流输出正弦度和发电机转速稳定性,大幅度地提高了机侧变流器的可靠性。本文所提的容错控制方法只需对控制器进行重构,不需要额外增加系统的硬件成本,具有适用性强、可移植性高、成本低的特点。