以新能源为主体的新型电力系统,呈现高比例新能源接入与高度电力电子化的“双高特点”,这导致系统频率稳定性不足以及大规模新能源机组脱网事故频发,严重危害大电网安全运行。为此,本文针对永磁直驱风电机组,为提升其电网频率主动支撑能力和高、低电压故障穿越能力,开展了以下四个方面的研究工作:（1）在风力发电机传统最大功率跟踪控制的基础上,增加惯量支撑和一次调频功能,可以使风机表现出并网友好性特点。合理设计调频功能的供能方式至关重要,并且不同功能间的协调控制是技术难点。针对单台并网直驱风机,提出一种“惯量支撑与一次调频协调控制策略”,通过采用附加功率给定控制,利用风轮机机械动能实现虚拟惯量支撑,在背靠背变流器直流母线侧配置储能,并结合变功率跟踪控制实现一次调频功能。该策略通过多种能量形式的互补配合,不仅能降低储能配置容量,还可解决频率的二次跌落问题,并避免常规减载预留备用带来的电能浪费、调节裕度不足等问题,从而整体提升风机控制性能和调频经济性。根据行业标准,设计了协调策略的逻辑控制原则,以实现电网频率发生波动后不同调频方式间的平滑切换。通过搭建四机两区域仿真系统验证了策略的优良特性。（2）风电场因故障切机脱网继而导致大停电事故,暴露出风电机组在故障穿越以及主动调频两方面能力的不足,但少有研究同时兼顾这两种需求进行综合分析。针对直驱风电机组,在故障穿越与频率调节原理分析的基础上,提出一种基于旋转备用加直流侧储能的风储联合控制策略,利用风轮机机械动能提供虚拟惯量支撑,超级电容储能实现一次调频和故障穿越;并依据行业标准,定量分析了故障和扰动期间的功率调节公式及参数设计,通过逻辑控制原则实现多运行模式切换。该策略在只增加储能的基础上,带来了机组多方面的性能提升:保证了高/低电压穿越期间的有功平衡,满足优先向电网提供动态无功以支撑电压恢复;同时有效解决了传统调频策略中频率的二次跌落,预留备用的电能浪费、调节裕度不足等问题,从而整体上提升风机运行稳定性和经济性。通过仿真系统验证了策略的优良特性。（3）在风电机组脱网事故中,暂态过电压导致的脱网占有重要比重,增强风机高穿能力至关重要。首先通过分析变流器相量控制原理,从理论上得出:电网暂态过电压易导致网侧变流器达到其交流电压调节上限,从而造成交直流功率耦合振荡,引发失稳或过压切机保护。然后确立了基于功率因数调节的高电压穿越改进控制策略。该策略通过在故障期间向电网注入无功电流,利用滤波电感的分压作用缓冲过电压冲击,以此满足变流器电压相量的控制要求;与此同时增加了机组的无功支撑能力,利于电网电压恢复。改进控制根据电压不同,采取分段优化设计,并通过在直流侧加装储能辅助电感分压,提升变流器无功支撑能力和穿越电压上限。最后以风电机组典型参数为依据通过数值定量计算做理论验证,并结合仿真平台做实验验证,理论和实验结果证明了基于暂态过电压故障特性分析的准确性以及对应改进策略的可行性。（4）“双高”电力系统中并网风机机端故障电压越发呈现高、低连续振荡的特点,这增加了机组穿越难度和脱网概率。基于虚拟同步技术设计了一种直驱风机高、低电压连续故障穿越策略:有功控制通过改进虚拟同步机技术,设计功率补偿项,对外增加系统频率支撑,对内减少母线电压波动;无功控制以行业标准为依据,通过向电网注入无功电流支撑电压恢复。其中,低穿时通过超速限功率、紧急变桨等变功率跟踪方法快速、精准平衡有功流动,高穿时通过动态调节直流母线电压增加机组网侧变流器可控性,以此提高机组故障连续穿越能力。相较于传统电流源特性的双闭环控制,应用电压源特性的虚拟同步机技术有利于提升故障期间风机的电网支撑作用。设计的穿越策略可持续性更强,能承受长时间、多频次、大范围的连续故障电压冲击,提高了机组在恶劣工况下的并网生存能力。综上,本课题在充分研究电网频率波动及高、低电压故障成因的基础上,分析频率稳定性不足以及风机脱网对系统安全运行的危害,在充分总结归纳现有控制方案的不足后,提出相对应的改进优化策略,以此增强风机参与电网频率调节能力以及故障穿越能力,提升风机并网友好性。