本发明公开了一种基于双变频结构的无刷双馈发电系统及其控制方法，属于电机发电领域，无刷双馈发电系统中，控制绕组侧控制器利用负载电压UL、直流母线电压Udc及原动机的转速信号nr计算Uc'及fc'；功率绕组侧控制器将Udc转化为幅值与频率fL'恒定的负载电压UL'并输出；交直交变频器设定直流母线电压的目标值，并在Uc'及fc'作用下使控制绕组输出合适幅值与频率的电压，以对功率绕组的输出电压的幅值和频率进行调节；不控整流模块使得直流母线电压达到并保持目标值；逆变模块保持输出固定幅值和频率的UL，以向外供电。本发明能够实现直流母线电压及负载电压的稳定控制，节省研发成本和时间，并且提高了直流母线电压的稳定性和系统的动态响应。