风能作为发展最为迅速的可再生能源之一,其发展得到了来自政府等各方面的支持。因此,近年来由于风能改善和转换技术的提高推动了风力发电的发展。风电比例的不断提高使得风电逐渐成为电力系统中一个重要的组成部分,也使得对与风电相关的问题以及风电机组与电网的交互影响的研究显得尤为必要。本文主要研究并网双馈感应发电机(DFIG)的多重控制,考虑了稳态和暂态情况下的电压控制和频率调节控制,同时分析了次同步谐振(SSR)现象和次同步振荡(SSO)现象和抑制策略。并网风机模型包括了风速、空气动力学以及详细的机械模型。模型中的电气部分则包括了含背靠背变换器的DFIG、变压器以及含串连补偿的输电线。两类FACTS装置——静止无功补偿装置(SVC)和控制串联电容器(GCSC)——在本文研究中分别用来提高系统电压稳定性和抑制风电SSR现象。基于PSCAD/EMTDC下自定义模型组件构建风机空气动力学、轴系和控制系统模型。不同的算例分析中采用特定的DFIG控制策略。控制方法考虑了众多直接影响DFIG运行的电力系统参数。所有参数都包含在了转子侧变换器(RSC)和电网侧变换器(GSC)的方程,通过调节这些参数进行电压控制并提高电力系统的稳定性。电压控制的目的是消除DFIG并网母线和电力系统中的电压波动。本文所用的主要控制方式为由矢量电压控制改进的电压定向控制(VOC),该方法可以防止电压漂移的出现。通过算例分析,针对恒定风速和变化风速,在系统稳定和动态变化的两种运行状态下验证了该控制方法的合理性,研究还发现该方法对于参数变化具有更好的鲁棒性。将电磁转矩作为GSC控制中的主要参数在风速变化情况下进行动态电压控制。用于电网侧变换器控制的参数为电磁转矩和直流环节电压,然而在转子侧变换器的参数为转子转速和无功功率。GSC和RSC两者均使用含两级脉宽调制的IGBT背对背变换器。结果显示该控制方法无论是动态还是稳态运行中均可在变风速情况下应用于DFIG。当前大规模DFIG并网下,电网面临着频率稳定的挑战,这主要是因为DFIG转子是由背对背变换器与电网连接,从而使得DFIG输出的有功功率与频率解耦,DFIG不对系统频率变化做出响应。另一个原因是DFIG一般运行在最大功率点跟踪(MPPT)模式下,因而输出功率不能高于最大功率水平。因此,文中在转子侧和定子侧设计了考虑频率问题的转换器充分模型以进行频率协调控制(FCC)。这个控制方法是基于系统频率和有功功率之间的密切联系的。FCC方法基于系统频率偏差,DFIG存储了与转动惯量常数和正常系统有功功率有关的动能。在此基础上本文介绍了一种新的用于RSC的d轴的FCC控制方法,该方法在系统稳定和动态运行、风速恒定或变化情况下均能够得到了很好的控制效果。分析得到,非正常运行状态下控制器动作导致了倾斜角增大,从而减小电机转矩,有助于短路故障后电压恢复。本文还提出了一种基于GCSC的含DFIG风电系统SSR的抑制策略。GCSC由三对逆平行的GTO晶闸管变换器构成,各自配备一个固定电容器,GCSC通过控制触发角减少暂态时补偿电容中的侵入电流。为了得到暂态过程的SSR现象,DFIG发电机通过详细轴系模型进行连接。仿真结果显示GCSC装置可以有效地抑制由机电扭振互作用问题(TI)和暂态转矩放大效应(TA)引发的SSR,同时可以抑制SSO。GCSC抑制SSR和SSO的能力在稳态和动态系统中得到了验证。最后,文中介绍了利用SVC对并联DFIG进行简化电压控制的例子。DFIG变换器中GSC采用电压源变换器和RSC采用电流源变换器。GSC和静止无功补偿(STATCOM)一样可以提供精确的控制以维持直流环节电压稳定。改进RSC用于控制DFIG的实际功率和无功功率。与在每个DFIG并网点安装两个SVC不同,文中仅在不同发电机的连接点使用了一个SVC,减少无功输出从而提高电压幅值来增强系统稳态和动态运行下的电压稳定性。结果显示SVC能够有效地提高系统电压稳定性,并提升系统的暂态响应能力。此外,文中分析了基于SVC特性,通过选择合适的变压器变比使用低容量SVC的可能性。理论分析的结果通过算例分析在稳态和动态运行状态下、以及恒定和随机风速条件下得到了验证。使用低容量SVC将降低输电损耗,最终降低发电成本。除了主要的DFIG控制概念外,本文主要介绍了DFIG变换器控制的新思路和新方法。