风电等新能源的大量接入导致电网呈现低惯量趋势,电力系统频率稳定性面临重大威胁,提高风电机组惯性响应能力已成为新型电力系统建设的迫切需求。然而,现有以虚拟同步机和df/dt控制为代表的惯量控制方法,存在控制结构改动过大、惯性响应慢等缺陷,未能充分发挥机组自身控制器的调控潜力。锁相环作为机组的同步控制结构,能够快速感知电网频率变化。因此,优化锁相环是实现快速惯量控制的潜在思路。在此背景下,本文针对基于优化锁相环的双馈风电机组惯量控制方法展开研究,具体内容如下:1.基于双馈风电机组多时间尺度控制特性,建立了机电时间尺度下双馈风电机组内电势模型。首先根据双馈风电机组基本模型及典型矢量控制策略,分析揭示了双馈风电机组多时间尺度控制的特征。然后在惯性响应所处机电时间尺度下,忽略电流动态变化过程,建立了双馈风电机组内电势模型,明确了以内电势相位动态特性作为风电机组惯性响应分析和优化的切入点。2.类比同步发电机惯性响应原理,提出了一种基于电网频率偏差前馈的惯量控制方法。首先基于双馈风电机组内电势模型,分析了风电机组不具备惯性响应能力的原因。然后类比同步发电机惯性响应原理提出一种惯量控制方法,通过在锁相角中引入电网频率偏差信息前馈项,实现风电机组输出功率对系统频率变化的响应。接着通过建立双馈风电机组内电势相位运动方程,提取出等效惯性常数,分析了各控制器参数对机组惯性响应能力的影响规律。最后通过半实物仿真验证了所提策略的有效性。3.采用状态空间-特征值法,分析了引入惯量控制后的风电机组并网稳定性,给出了惯量控制的稳定性约束。首先建立机电时间尺度下风电并网系统小信号模型,得到其降阶状态空间方程。然后通过求解系统特征值在不同控制参数及工况下的分布规律,探究了惯量控制下风电机组并网稳定性及其影响因素,给出了惯量控制下各控制器参数的设计原则。