世界对清洁能源的需求,推动着风力发电行业迅猛发展。但大规模的风力发电系统的接入对电网稳定性产生了较大影响,为此对风力发电系统并网提出了新的挑战——故障穿越能力。目前日益完善的大功率变流技术和高性能永磁材料技术,以及直驱永磁风力发电系统的简单结构、可靠技术、高电能质量和低维护成本等优点在全世界都得到了验证。较之双馈风力发电系统1/3的变流器容量,使用全功率变流器技术的直驱永磁风力发电系统更容易实现低压穿越,并且不需要吸收电网无功,所以更能满足电网对风力系统并网的苛刻要求。本文围绕直驱风力发电系统低压穿越技术展开相关研究,并依托西南交通大学实验建设项目“微网及控制实验平台”展开了一系列的实验工作。首先研究基于时空矢量图的直驱永磁电机稳态分析方法和基于坐标变换理论的电机动态分析方法,以此推导并建立电网三相电压非故障条件下永磁电机和网侧变流器的数学模型和单位功率因数矢量控制算法,并通过Matlab/Simulink仿真验证模型和控制算法的正确性。其次,完成负序电压在正序坐标系中存在形式的物理分析和数学推导,建立出基于电网不对称故障条件网侧变流器的数学模型,并完成正负序分解控制策略方案设计。然后着重研究直驱风力发电系统的单位功率因数矢量控制在电网对称故障和非对称故障条件下的系统响应,得出系统在电网电压跌落期间失控原因的结论。据此提出基于Crowbar卸荷电路和STATCOM运行策略的直驱风力发电系统的低压穿越方案,并利用Matlab/Simulink验证方案的有效性和可靠性。最后,依托“微网及控制实验平台”项目设计5KW实验样机,包括双DSP+FPGA构架的数字控制系统、直驱永磁发电机和并网变流器三大部分,进行直驱风力发电系统各种关键技术实验与测试,有效完成了机侧和网侧单位功率因数的矢量控制策略,验证算法的有效性。