随着风力发电在电力系统中的占比持续快速增长,风电系统的动态特性对电力系统的频率和电压动态行为产生深刻影响。在典型的锁相同步矢量控制中,风电不具备传统同步发电机的惯性响应能力,使得高比例风电并网系统的惯性支撑能力不足,电网频率失稳等问题凸显;此外,风速的随机性变化会导致风电并网公共连接点(Point of Common Coupling,PCC)电压跌落、波动,这将对电力系统的稳定产生不利影响,采用静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator,STATCOM)可抑制风电系统并网电压扰动,但其受PCC电压幅值和频率波动的阻碍,无法正确跟踪电网频率,进而恶化总体补偿性能。目前,虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator,VSG)技术因其能模拟同步发电机的运行特性而成为一种有效的解决方案,不仅可以避免传统锁相环带来的稳定性问题,且能够提升系统的调频调压能力,鉴于此,本文以永磁直驱风电系统为研究对象,对基于虚拟同步控制策略的风电系统展开研究。主要完成以下内容:(1)建立了典型永磁直驱风电系统的数学模型,分析了风电机组经“背靠背”变流器并网对系统稳定性的影响。对比同步发电机的工作原理,介绍了VSG的控制算法及其运行特性,明确了下垂系数的选取原则和VSG控制的惯量响应特性。(2)提出了减载运行方式下永磁直驱风电系统虚拟同步控制策略。该策略在永磁直驱风电系统的机侧变流器控制中引入了VSG控制算法,并利用风机自身超速控制和变桨控制配合的方案使风电机组在全风速下充分减载以留有有功备用容量,为系统提供额外的功率支撑,实现了无附加储能的新型风电虚拟同步控制,可有效提升系统的惯量和频率支撑能力。(3)提出了永磁直驱风电并网系统中的STATCOM虚拟同步控制策略,进一步拓展了VSG技术的应用。该策略在抑制永磁直驱风电系统并网PCC电压扰动的静止同步补偿器控制中引入了VSG控制算法,设计了基于VSG的STATCOM控制器,详细分析了控制器中虚拟参数的影响,并将该控制器与传统d-q坐标控制器进行比较,验证了基于VSG的STATCOM控制器在风电系统并网点处可呈现出较好的电压调节能力。