因风电并网导则要求的日益严格及传统定速异步风电机组(fixed-speed induction generator,FSIG)的不可控性,针对定速异步风电场的低电压穿越(low voltage ride through,LVRT)改造方案的研究亟需开展。目前增加并联无功补偿设备来增强传统异步风电场故障穿越能力的技术方案得到国内外认可。随着风电产业在我国的大规模基地化发展,由不同装机类型的风电系统组成混合风电场成为并网风电场的主要构成方式。因此可以通过永磁直驱风电机组(permanent magnet synchronous generators,PMSG)在电网故障期间向邻近的异步风电机组提供暂态无功支撑以代替传统的无功补偿设备辅助定速异步风电场完成低电压穿越运行。本文以由FSIG和PMSG组成的混合风电场为研究对象,从保证混合风电场实现故障穿越运行、提高混合风电场输出电能质量的角度出发,对该类型混合风电场在电网对称、不对称故障下的运行与控制展开了深入研究。(1)建立了含电网线路参数的FSIG风电场等效模型,在此基础上分析了异步风电场在电网故障期间的暂态特性与功率特性,并进一步揭示了异步风电系统的临界切除转差与其实现低电压穿越所需无功补偿容量之间的关系,为进一步研究电网故障条件下混合风电场的容量配置奠定了理论基础。(2)分析了故障类型、位置以及PMSG风电场无功控制策略对混合风电场容量配置的影响,结合异步风电场功率-转差特性,提出了电网故障下混合风电场的容量配置方法,并通过仿真验证了所提容量配置方法的正确性。此外,进一步分析了线路参数及PMSG风电场无功容量对FSIG风电场故障穿越运行的影响,并通过仿真研究揭示了线路参数和无功容量与混合风电场故障穿越性能间的关系。(3)分析了不对称故障期间电网正负序电压间的耦合关系,并研究了不对称故障期间并网风电场的暂态无功支撑控制及负序电压抑制控制对电网电压的影响,在此基础上,提出了混合风电场的正负序协同控制策略。通过仿真验证了所提控制策略可在保证混合风电场动态无功支撑能力的同时,协同控制负序电流抑制电网负序电压,平衡PMSG风电场的运行行为对FSIG风电场运行性能及并网电能质量的负面影响。(4)建立了含FSIG和PMSG的混合风电实验系统,利用实验系统进一步验证了所提混合风电场容量配置计算方法的正确性。通过实验对FSIG风电系统分别在有、无PMSG提供暂态无功支撑下的故障穿越运行进行了深入研究。