近几年来,风力发电作为新能源发电技术中最成熟的一种,但由于接入电力系统的风力发电装机容量逐年增长,风电的波动性和不可预测性也影响了并网运行的稳定性,且逆变器控制技术不具备转动惯量的静止元件,不能够像同步机一样具有惯量支撑参与系统频率调节的作用。针对上述问题,借鉴传统电力系统运行经验,提出了一种基于虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator,VSG)原理的风机并网发电控制结构。把储能系统与风电场并联输出的接口特性模拟同步发电机的外特性,等效成一台虚拟同步发电机,对风电场进行惯量补偿。对电力系统体现同步发电机的特性,使得逆变电源对外输出具有一定的惯性和阻尼,在受到负荷的扰动和新能源出力的波动时提高系统的频率稳定,有效提高了风机并网发电系统的性能。本文首先结合并网逆变器和同步发电机数学模型之间的关系,建立了虚拟同步发电机的控制算法,分析了虚拟同步发电机的实现原理,并对控制器进行了建模和仿真,包括有功频率控制器、无功电压控制器和本体算法。以及双馈风机模型的建立,包括风速模型、风力机运行特性和电机,并列出了数学模型,分析了其功率特性,验证了控制策略的有效性。然后利用仿真软件搭建了VSG和下垂控制策略系统模型,通过对比仿真验证了VSG控制策略能增大系统等效惯量的作用,同时针对VSG控制中关键控制参数进行研究,给出了惯性、阻尼和调差系数参数的数学模型,建立了逆变电源的小信号模型,并探讨了其对系统动态稳定性的影响规律,最后针对三种不同工况进行了仿真验证,为控制参数大小的选取提供了一定的参考。最后重点介绍了一种基于虚拟同步发电机控制策略的双馈风机并网发电系统结构,将虚拟同步惯量控制的储能装置应用到双馈风力发电系统并网中,把储能系统与风电场并联输出的接口特性模拟同步发电机的外特性,等效成一台虚拟同步发电机,在Matlab平台对虚拟同步发电机的外特性和并网调节特性进行了仿真验证。仿真验证了设计的VSG型双馈风机能有效模拟实际同步发电机的惯性响应特性和频率响应特性,当受到外界扰动时,虚拟惯量控制策略能够协助风电场实现虚拟惯量控制,快速抑制输出功率和系统频率的波动范围,增强系统的稳定运行。