近年来,大规模风力发电凭借其高度集中开发、发电利用小时数高、占用土地小等突出特点获得快速发展。其中,风电场主要应用双馈异步发电机或永磁同步发电机这两种机型,而双馈发电机相比永磁发电机具有技术更成熟、造价更经济等显著优势,使得目前大规模风电场仍以双馈发电机为主,因此本文以双馈发电机作为研究对象。同时,由于大规模风电场发电容量大,需通过一种高压直流输电方式来进行并网。在并网过程中,如果风电场输出有功功率与HVDC传输的有功功率不能保持一致,将会导致风电场侧有功功率不平衡,而引起风电并网系统送端频率不稳定,甚至可能出现送端系统频率偏离正常范围的“暂态失稳”现象。针对以上问题,本文开展了一种基于VSC-HVDC的大规模风电并网系统送端频率稳定控制方法的研究,具有重要的理论与应用价值。具体研究内容如下:首先,阐述双馈风力发电系统的运行机理及其运行特性;分析双馈发电机的各类数学模型、功率关系以及其定子磁链、电压定向理论,引出双馈发电机定子端电压、输出功率及其角频率各自之间的数学关系;介绍VSC-HVDC的工作原理及其数学模型,分析VSC传输有功功率、电压相位与双馈发电机输出功率、角频率间的内在联系。其次,提出一种解决大规模风电场频率和电压不稳定的VSC-HVDC控制方法。结合大规模风电并网系统运行特性,分析双馈发电系统与VSC-HVDC系统两者间的电压平衡与功率平衡,推导出双馈发电系统角频率与VSC-HVDC换流电抗两端电压相位差之间的传递函数关系式,以及风电系统交流输出电压与VSC的PWM调制比之间的传递函数关系式。基于以上函数关系式建立频率和电压控制器的数学模型,在频率和电压的恢复稳定时间和超调量双重考虑下,进行频率和电压控制器的参数整定,获得最优控制参数。最后,采用专业电力系统大规模仿真软件DIgSILENT Power Factory,对本文提出的解决大规模风电并网系统频率和电压不稳定的VSC-HVDC控制方法进行仿真验证。建立了双馈风力发电系统、VSC-HVDC系统及其相关控制系统仿真模型。在系统仿真时,主要考虑风速变化和典型单相接地故障两种扰动,以校验采用本文提出的VSC-HVDC控制方法时,大规模风电并网系统的暂稳态运行性能。仿真结果表明,所提出的控制方法能够显著增强大规模风电并网系统的频率与电压稳定性,提升风电大规模并网时的安全稳定运行水平。