随着风电的快速发展及大规模集中接入,因电网电压突变和频率异常造成风机脱网事故频繁发生,使电网面临严峻的稳定性问题。因此,研究风电机组的电压穿越控制与频率响应控制对于提升风电机组并网稳定运行能力具有重要的理论和实际意义。同时,为研究风电场域层面并网后的安全稳定运行,有必要对风电场的等值建模展开研究以提供模型基础。基于以上背景,本文从电压穿越控制、频率响应控制和风电场的动态等值建模等方面对双馈风电机组并网稳定运行控制及风电场等值建模展开研究。针对双馈风电机组在电网电压骤降/骤升期间出现的转子过电流问题,提出了计及定子磁链变化的电压穿越控制策略。分析了电网电压突变及恢复过程中定子磁链暂态全过程,考虑故障期间定子磁链动态变化对转子侧变流器控制效果的影响,在原有控制的基础上增加了功率外环前馈补偿和电流内环前馈补偿环节,以优化电网电压骤降/骤升期间转子过电流的抑制效果。仿真结果表明所提出的电压穿越控制策略可以有效抑制电压骤降/骤升期间转子电流的冲击幅度。针对双馈风电机组在高速高频和低速低频工况下难以提供惯性支撑的问题,提出了基于转子动能与直流侧电容储存能量协调的频率响应控制策略。首先,在转子动能虚拟惯量控制基础上附加直流侧电容响应系统频率环节,建立了直流侧电容电压与系统频率的耦合关系。然后,根据转子初始转速动态调整转子动能与直流侧电容储存能量的参与系数,充分挖掘双馈风电机组自身惯量响应能力,实现了全风速工况下的惯性支撑。仿真结果表明所提出的频率响应控制策略可以有效提升机组的惯性支撑能力。针对风电场等值过程中分群指标选取和聚类数目选取不确定的问题,提出了基于主成分分析法的双馈风电场等值方法。该方法在全部状态变量中提取了3个主导变量作为分群指标,再利用自适应K均值聚类算法得到最佳聚类数值,并根据主导分群指标对风电场进行分群。仿真结果表明所搭建的风电场等值模型能够更加准确地反映大规模双馈风电场的动态响应特性,且大大减少了仿真计算时间。综上,本文提出了计及定子磁链变化的电压穿越控制策略、基于转子动能与直流侧电容储存能量协调的频率响应控制策略及基于主成分分析法的风电场等值方法,提高了双馈风电机组并网稳定运行能力及风电场等值模型精度。