随着风电比重的持续增加,风电机组遭遇外部故障导致规模化脱网的问题已经成为电网安全稳定的重大隐患,同时,传统发电份额不断被挤占,导致系统惯量下降,热备用容量减小,降低了电网的安全稳定裕度。双馈感应风力发电机（Doubly-Fed Induction Generator,DFIG）作为主力风电机型对电网至关重要,其弱的抗扰性和并网稳定性问题亟待解决。故本文旨在提高风电机组的抗扰性和致稳性,提高风电机组友好并网性,首先,基于低电压穿越的实测数据精确建立DFIG全电磁暂态仿真模型,在此基础上,提高风电系统暂态稳定性,完善DFIG连续故障穿越方案,研究双馈感应风力发电机的有功暂态稳定机理,提出采用变功率点跟踪的暂态运行策略和振荡电压逐波穿越综合控制方法,实现机组的连续高、低电压故障穿越,破解风电机组弱抗扰性难题,在本文第2、3章进行具体阐述;其次,采用直流侧母线配置少量储能的新思路增加控制自由度,研究在考虑源-荷功率随机波动性下,提出基于超级电容器控制的DFIG惯量支撑和一次调频方法以及变功率点跟踪与超级电容器协调控制的DFIG一次频率平滑方法,在本文的第4、5、6章进行具体阐述;最后,研究DFIG定子侧和网侧变流器动态无功协调控制,提高无功极限能力,在本文第7章进行具体阐述。其主要研究内容如下:1)风电机组的仿真模型及参数是高比例新能源接入大电网后安全仿真运行的重要基础,根据实际风电机组运行情况精确建立DFIG的全电磁暂态模型尤为重要。针对该问题,本文基于现场低电压穿越实验的实测数据,结合实际运行曲线确定DFIG的动作特性及控制策略,采用改进遗传算法对DFIG本体参数、风机功率控制参数以及低电压穿越保护装置Crowbar电阻值进行参数辨识,并结合风机生产厂商提供的电气参数,建立了中国蒙西某风电场实际双馈风电机组的全运行工况下快速启动的精确电磁暂态仿真模型,可实现在全风速范围内,风电机组启动后1s内快速进入稳定运行状态。最后通过数据比对验证了本文所提出的参数识别方法能够反映实际风电的关键特性,所建立的电磁暂态仿真模型准确无误,具有较好的实际应用价值。2)由于风力发电并网规模的不断扩大,风电机组遭遇外部故障导致规模化脱网的电网安全稳定问题日益加剧。针对该问题,本文提出一种基于变功率点跟踪的暂态稳定运行策略和振荡电压逐波穿越的综合控制方法,分析了 DFIG的转子“飞轮效应”和输入机械功率的转速变化特性,并提出基于自抗扰控制（Active Disturbance Rejection Control,ADRC）的正序电压分量补偿法来稳定电网电压,有效增强双馈风电机组的自抗扰能力。结合2019年英国“8·9”大停电事故,通过构建英国霍恩风电场系统模型进行事故复现,最后根据仿真结果表明以上控制策略应用到该区域电网上可有效避免该事故的发生,实现风电机组的连续高、低电压故障穿越,可为研究其他区域电网类似问题提供参考。3)DFIG在最大功率点跟踪控制下,发电机功率输出难以响应电网频率波动,而常规超速减载控制虽然可保留部分有功备用参与系统调频,但存在风电机组发电效益降低、转速调节范围减小及桨距角控制启动频繁等问题。针对该问题,本文结合DFIG网侧变流器的控制特性,提出基于超级电容储能控制的DFIG惯量支撑与一次调频策略。其中,虚拟惯量调节和一次频率调节都由超级电容器控制实现,无需改变或增加风电机组额外附加控制,提高了单台风电机组的致稳性和抗扰性。根据实际超级电容模组的成本和充放电效率对储能单元容量进行优化配置。通过对比评估预留备用一次调频方案的经济性,表明所提方案具有较强的经济优势。最后,通过仿真和实验表明其惯量支撑和一次频率调节能力及发电效益相较于常规一次频率控制具有明显提高。4)在基于超级电容器控制的DFIG参与系统惯量支撑与一次调频时,若仅采用虚拟惯性控制,无法降低稳态频率偏差,若仅采用虚拟下垂控制,则无法阻碍频率下降速度和降低最大频率偏差变化量,故二者单独使用都无法合理协调稳态频率偏差与暂态频率下降速度和最大频率偏差变化率之间的矛盾。针对该问题,本文提出了计及超级电容储能荷电状态（SOC）控制的DFIG惯量支撑与一次调频自适应控制策略。在维持储能SOC的基础上,结合虚拟惯性控制与虚拟下垂控制的优势,提出可随频率偏差值和频率偏差变化率变化而自动调整的比例系数模型,实现两种调频模式的平滑切换,提升频率调节效果。最后通过仿真实验表明该控制在提高频率调节能力的同时,实现平滑超级电容器出力,减小其充放电深度,提高使用寿命,为DFIG的改造升级提供了新思路和新应用。5)目前风电场内部或并网点变压器中低压侧的频率波动幅度较大,超过一次调频动作阈值（0.033Hz）的情形频繁出现,并且风电机组直流母线上并联配置储能装置进行充放电参与系统一次调频所需容量较大,充放电所需频率调节次数较多,影响储能系统寿命。本文综合考虑源-荷功率随机波动对系统频率产生的影响,提出DFIG变功率点跟踪与超级电容器协调控制的一次频率平滑调节方法。根据风电场一次大风气象周期的风电功率波动历史数据,研究了单台风电机组在不同时间尺度下风电功率波动对系统频率产生的影响,确定最佳时间尺度下一次频率平滑调节所需储能装置的容量,并对其进行优化配置。最后通过仿真与实验表明本文所提控制策略在减小配置储能装置容量的同时,大大改善系统频率品质,提高系统稳定性。6)随着风电场规模不断扩大,加快提高DFIG的无功电压调节能力和响应速度,改善大规模风电接入电网的安全稳定特性是目前亟待解决的关键问题。针对该问题,本文定量分析了某风电场单台DFIG的无功电压调节能力及限制因素,根据其单台机组的无功调节机理制定动态无功协调控制策略。若系统无功需求超过DFIG无功出力极限时,在保证机组最大发电效益的基础上,提出基于无功差值的DFIG有功附加控制。并且通过改进的遗传控制算法辨识得到附加控制器参数,该控制在降低机组最小出力的同时保证提高机组无功出力极限,进而满足系统无功需求。最后通过实验验证了本文所提出的DFIG动态无功协调控制的可行性和准确性,增强机组的电压稳定能力。