虚拟同步发电机控制技术虽然使风机具备了模拟常规发电机组的惯性及阻尼特性的能力,但虚拟同步特性的引入不仅大幅增加了参数设计的难度,并且限制了电力电子设备赋予风电机组的运行灵活性。为避免风电高渗透电力系统存在的虚拟同步运行风险,提升风机对系统对系统频率、功率振荡具有主动支撑能力,本文深入分析附加虚拟同步控制的风电机组与系统间的功率耦合关系,并提出一种新型的非线性耦合控制器,主要研究成果如下:（1）建立风电高渗透系统数学模型,分析了在虚拟同步控制下双馈风电机组与并网系统间的功率耦合关系,通过引入虚拟同步力矩系数,建立风机与同步机之间的线性力矩耦合关系,得到在线性力矩耦合控制下同步机功角幅频响应曲线,分析了风机与同步机之间的功率振荡特性。（2）基于机械振动力学领域中的Duffing弹簧振子模型,建立双馈风电机组与同步机之间的动态非线性功率耦合关系,在此基础上,建立了双馈风电机组并网系统的小扰动模型。利用谐波平衡法得到同步机功角幅频响应曲线,并与线性功率耦合控制下的幅频响应曲线进行对比,在理论上验证非线性力矩耦合控制对系统功率振荡抑制的优越性。（3）从抑制系统功率振荡的效率和频带宽度的角度分析非线性力矩耦合控制的优缺点。利用复变量—平均法推导在非线性力矩耦合控制下系统功率振荡过程中暂态能量的传递机理。通过哈密顿能量函数分析,得到计及功率耦合后暂态能量完全转移的必要条件,从而在两类机组间建立高效的暂态能量传递路径,并根据系统暂态能量完全传递机理对风机的虚拟惯量进行了优化。（4）为验证非线性力矩耦合控制的有效性,搭建含风电高渗透的电网仿真系统模型。通过合理配置风机在虚拟同步控制器的参数,对比风机在虚拟同步控制、线性力矩耦合控制与非线性力矩耦合控制下系统的功率振荡响应。验证所提非线性力矩耦合控制策略能够利用快速响应系统有功功率的变化,获得显著的功率振荡抑制效果,进而提高新能源电力系统的动态稳定性。