风能因其清洁高效和蕴藏量丰富的优势,近年来建设规模得到不断扩大,但由于风电场多建于偏远地区或海上,其附近薄弱的网架容易出现电压跌落故障,因此要求风电机组具有低压穿越能力,并且电压频繁波动会不断造成变流器中绝缘栅双极型晶闸管（Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT）模块结温的波动,作为变流器核心器件的IGBT的可靠性将受到极大的考验。因此,为了提高永磁风电系统的低电压穿越能力以及准确分析永磁风电变流器在电网故障工况下的结温变化特性,以期能提高永磁直驱风力发电系统的运行稳定性,本文以永磁风电变流器为对象,在Simulink仿真平台搭建了永磁直驱风力发电系统模型和考虑电热耦合特性的永磁风电变流器结温模型,重点研究了故障工况下风电变流器的控制策略和结温变化规律,选题符合我国大力推进风电建设的发展方向,研究成果对提高永磁风电系统运行可靠性和降低其维护成本具有学术意义和应用价值。本文主要内容包括:（1）为了给后文提供基础控制系统模型,先分析了风电机组在不同风速下的运行特性和风力机的数学模型,然后分析了网侧变流器在dq坐标系下的数学模型和基于电网电压定向的矢量控制策略,接下来分析了机侧永磁发电机在dq坐标系下的数学模型、基于爬山法的最大功率跟踪控制以及基于转子磁场定向的矢量控制策略,最后在MATLAB中搭建了整体的永磁直驱风力发电系统的模型,通过仿真验证了机侧和网侧矢量控制策略的优良控制效果。（2）为了深入研究电压跌落情况下永磁风电系统的低压穿越控制策略,从理论和仿真两个层面上分析了电压跌落情况下永磁直驱风力发电系统的动态响应特性,确定了电网电压跌落故障对网侧电流、直流电压和网侧功率产生的影响;对常见的直流侧撬棒电路的工作原理和控制方法进行了阐述,综合考虑下选择了直流电压偏差经PI调节控制下的耗能电阻型直流侧撬棒电路保护方案,并对该控制方案在两种不同电压跌落深度情况下进行了仿真验证;鉴于单独使用直流侧保护电路的不足,提出了改进的网侧变流器提供无功功率的控制与撬棒电路组合的控制方案,在Simulink中验证了该组合保护方案在永磁风电系统进行低压穿越时的有效性。（3）为了深入且全面地分析永磁风电变流器IGBT模块在正常工况和故障工况下结温的变化规律,在掌握了IGBT的电热耦合特性和热传递过程的基础上,先采用线性插值法对任意温度下的损耗计算进行建模;其次基于集总参数法建立关于IGBT结温预测的Foster热网络模型;接下来在Simulink中搭建了考虑开关器件电热耦合特性的永磁风电系统的变流器IGBT模块热损耗仿真模型,对正常工况下机侧与网侧变流器IGBT模块的损耗和结温变化特性进行了分析;最后在第三章的组合低压穿越控制方案下,对网侧变流器IGBT模块的结温变化规律进行了仿真研究。上述的研究内容不仅可以为永磁风电系统提供了较为完善的低电压穿越控制策略,还为故障情况下IGBT模块结温的实时且准确的分析提供支持,对风电变流器的运维优化具有借鉴意义。