国内外目前对双馈和直驱式风电系统低电压穿越的研究较多，但是对前端调速式风电系统低电压穿越特性的研究还不是很多。前端调速式风电机组因其具有一系列的优点，具有极大的发展潜力，是未来风电机组技术发展的新方向。因此，分析和研究前端调速式风电机组的低电压穿越特性和动态无功支持能力是亟须解决的热点问题。本文以前端调速式风电机组为研究对象，对前端调速式风电机组的低电压穿越控制策略以及不同故障不同电压跌落情况下机组的LVRT(Low Voltage Ride Through,低电压穿越)特性进行了研究，并通过仿真验证了控制策略的有效性。首先分析了前端调速式风电机组的运行理论，主要从四个方面来阐述，前端调速式风电机组基本原理、前端调速式风电机组数学模型、前端调速式风电机组效率及系统级建模方法。阐述了机组结构，分析了导叶调节机构调节原理，重点研究了前端调速式风电机组运行原理；在此基础上，针对研究问题建立了前端调速式风电机组主要组成部件的数学模型，推导了机组效率，讨论了系统级建模的方法。其次针对不同类型的电压跌落故障，采用了快速准确的低电压检测方法。对低电压持续时间的检测采用了基于自适应阈值信息熵的低电压持续时间检测和基于自适应阈值分形测度的低电压持续时间检测，并分别对这几种检测方法进行了仿真。然后针对前端调速式风电机组的特点，确定了机组的控制结构，在此基础上重点研究了前端调速式风电机组的低电压穿越控制，对故障期间如何发挥前端调速式风电机组的动态无功支持能力进行了探讨。前端调速式风电机组实现低电压穿越要从三个子系统出发，即针对变桨系统的变桨控制、液力变矩器的导叶控制及无刷电励磁同步发电机的励磁控制，这是解决前端调速式风电机组LVRT的三个方面。以上三方面都可以减小功率的不平度，变桨控制和导叶控制是减小原动机的输入机械功率，而无刷励磁控制则是增加发电机的电磁功率。针对不同的方面分别提出了基于灰色预测模型的具有LVRT功能的变桨控制、基于多种群遗传算法的液力速度控制系统的变论域模糊控制和基于灰色模型的无刷励磁系统的预测模糊PID控制。针对变桨和液力变矩都采用变论域模糊控制，利用多种群遗传算法优化伸缩因子的参数；对无刷励磁控制采用预测模糊PID控制，利用ICA(Imperialist Competitive Algorithm,帝国竞争算法)优化量化比例因子。对三个不同方面的具体控制策略和控制器的设计进行了详尽的阐述。电网故障下，前端调速式风电控制系统由正常运行状态控制模式切换为故障状态控制模式，风电系统主控以电压作为触发条件进行相应的操作。在此基础上提出了电网故障下前端调速式风电机组LVRT的协同控制策略，搭建了系统级仿真模型并对不同故障不同电压跌落情况下LVRT运行特性进行了仿真分析。仿真结果表明，所采用的控制策略可以较好地完成各个系统的控制目标，前端调速式风电机组可以适应不同故障不同电压跌落情况，具有良好的低电压穿越特性，满足风电场接入电力系统技术规定。仿真结果验证了上述控制策略的有效性。最后讨论了前端调速式风电机组风电场对电网的支持能力，从风电场并网等值模型详细推导了风电场的LVRT能力，即电网故障情况下风电场所能提供的无功。首先详细回顾了我国最新的风电场接入电力系统技术规定；其次，从风电场并网等值模型出发，采用机理分析，详细推导并量化了风电场并网点电压支持能力以及定性的分析了风电场对PCC(Point of Coupling Common,并网点)电压支持能力的约束条件；再次，在此基础上提出了前端调速式风电机组风电场的LVRT控制策略，即基于输出反馈的非线性励磁控制器和基于电压跌落幅值的减小有功功率的控制方法。基于前端调速式风电机组CA-2.0MW-WD的动态仿真模型对前端调速式风电机组风电场的暂态稳定性进行了仿真。仿真结果表明，前端调速式风电机组可以适应不同故障不同电压跌落情况，具有良好的低电压穿越特性，满足风电场接入电力系统技术规定。仿真结果表明了所提算法和控制策略的有效性。