随着可再生能源与电力电子器件在电力系统中的比重逐步提高,“双高”会对电力的平衡能力、电网的调节能力造成负面影响,使得电网的故障形态更加复杂。而高比例的电力电子设备投入,使得电力系统的惯量出现大幅降低的形势,现有的电网控制模式可能失效,给电网的安全、平稳运行带来极大风险。同时,并网逆变器有着不同的控制方式,分布式电源输出功率存在着随机性的变化,无法做到即插即用和自主协调工作。因此,如何使得系统高质量稳定运行是本文研究的关键问题。本文以直驱式风力发电作为研究背景,深入分析了同步发电机的数学模型,针对风电系统中背靠背变流器这一关键结构,分别进行了两种方式的建模对比分析,即详细模型和均值模型。为了使发电机输出当前时刻的最大功率,对电机侧变流器提出了最大功率点跟踪控制策略。同时,针对电网侧变流器的特点,提出了电网电压定向矢量控制思想,以使直流母线电压稳定和有功无功解耦。为了缓冲或消除风力发电的随机波动性以及为并网逆变器提供能量支撑,通过研究蓄电池和超级电容的自身特性,发现在风电系统的基础上配备混合储能装置,它能够在系统功率不足时加以补充或系统功率过剩时加以储存,这样可有效缓解风电随机波动性的问题。同时为了让二者相互配合,针对混合储能中双向DC/DC变换器,设计了直流母线电压控制和功率分配策略,推导计算了储能装置关键参数,有效提高了系统的工作效率及使用寿命。为了使电网能够安全稳定运行,对同步发电机运行特性进行分析,研究发现同步发电机对电网有着先天的优势,如果并网逆变器能够模拟同步发电机的工作特性,那么相应就具备了同步发电机的惯性阻尼特征,于是对并网逆变器提出了一种虚拟同步发电机技术的控制策略。当风电并网受外界扰动时,系统的功频会发生变化,传统固定的惯量阻尼无法对系统进行实时的最优调整,缺乏一定的动态调节能力。因此在这基础上,进一步提出自适应虚拟同步发电机技术来改善惯量阻尼,以达到自适应的变化,这样既增强了系统的动态调节能力,又提高了系统稳定性。基于MATLAB/SIMULINK和RT-LAB搭建风电并网仿真平台进行验证分析,其结果表明虚拟同步发电机技术能够有效降低系统的功频波动,提高并网系统的抗干扰性和稳定性,验证了控制策略的可行性和有效性。