随着风力发电技术的迅速发展,直驱式永磁同步风力发电机(PMSG)作为一种常见的风力发电机型,可将捕获的风能传输到电力系统中去。然而,在风电大规模接入电网后产生了有别于传统电力系统的新问题,常规的直驱风力发电机组对系统频率的支撑能力不足,在扰动过程中可能会造成系统频率的不稳定。本文介绍了PMSG的模型、具有虚拟惯量的PMSG系统整体控制策略,分析了含传动轴的PMSG系统的稳定性,并且在常规虚拟惯量控制的基础上进行改进,提出了基于惯性参数自适应的虚拟惯量优化控制和基于多目标模型预测的虚拟惯量优化控制,对扰动下的系统频率进行了改善。在基于惯性参数自适应的虚拟惯量优化控制中,本文结合现有方法提出了三种控制策略分别为:改进的bang-bang控制、幂函数控制和优化控制。其主要目的是针对系统频率变化的趋势对扰动过程中的动态过程进行优化,实现了频率响应的改善,并通过两种不同的方法对虚拟惯量自适应的风机系统进行了稳定性分析。最后,搭建了2MW的直驱风力发电机仿真平台,验证了控制策略的有效性。基于多目标模型预测的虚拟惯量优化控制应用了模型预测控制(MPC)具有的多目标调节能力和高效的跟踪能力,通过对下一时刻预测模型的建立,实现对直驱风力发电机组电流、频率的优化控制。本文详细介绍了各分量的提取方法和具体步骤,并且根据不同工况合理分配权重系数,提高直驱风力发电机组的稳定性。最后,搭建了2MW的直驱风力发电机仿真平台和5KW的实验平台验证了控制策略的有效性。