本文针对FACTS设备的设计及其在风力发电系统,主要在异步风力发电系统中的应用进行研究。从原理、算法、参数设计及EMTP仿真验证等几个方面进行研究,所做主要工作如下:(1)设计一种动态无功调节变流器,阐述其原理、控制规律、参数设计及性能。基于变流器两侧的功率传输原理,对控制算法的各个部分进行说明和设计,最终给出整体控制算法,并对算法效果进行了验证。用能量守恒原理的直流侧电压控制方法设计了三相动态无功补偿器,对于系统三相不对称的情况,提取三相不对称电流的基波负序分量,对动态无功补偿器的算法进行了负序分量校正。而对于三相谐波负荷的情况,通过对稳定谐波源进行谐波分析,提取其特征谐波进行补偿,即可起到同时补偿无功和谐波的作用。该方法具有较大工程实际意义。对于单相及三相系统在调节无功和补偿谐波方面具有一定的灵活性。(2)为在频率变化的情况下,仍能有效锁定频率并得到实时相位信息作为计算及变换的基准,分析了三相锁相环的原理、基本性能及误差特性,从理论和仿真两方面上分析了各种输入情况下对锁相环输出的影响。对其三相输入信号存在直流偏移、不对称、谐波等干扰情况对三相PLL检测相位误差的影响进行了公式推导,分析了谐波的含量并进行仿真验证,并对相位突变和频率突变的情况进行了仿真研究。(3)以动态无功补偿的变流器作为定桨恒频风电机组的新型励磁调节器,对该风力发电机系统进行仿真。在不同风速情况下对该系统进行了仿真分析,并与固定电容容量的无功补偿效果进行了比较,可得到稳定显著的补偿效果,补偿后系统电压与电流几乎同相且不会随风速的波动发生变化,动态补偿效果好,同时验证了第二章所设计算法的可靠性。(4)针对异步风力发电机,提出一种针对定桨恒频风力发电机组变速运行系统,并对其接线形式、运行方式及协调控制进行了讨论,并给出了仿真结果。采用了变频检测原理,保证补偿器输出频率与笼型异步发电机频率同步,补偿器用来调节发电机励磁所需的无功功率;控制输出的电压稳定或经过整流桥后能使其直流侧电压稳定,发电机有功功率直接输出至交流负载。由于变流器只提供无功功率,与负载相连的变流器只传送有功功率,因此容量比采用双PWM时的整流器容量小。(5)对异步风力发电系统的轴系机械部分、异步发电机及其他元件进行建模,对参数进行了等效和计算。对风力机与电气系统的相互振荡情况进行了前期研究。