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风电渗透率的提高使电力系统中转动惯量和阻尼减小,从而无法为系统的频率和电压波动提供有效的支撑和调节。尤其当风机接入弱电网时,该情况将变得更糟。因此,为了提高风电机组的主动支撑能力以及在弱电网下的稳定性,本文采用了一种适用于永磁直驱发电机(Permanent Magnet Synchronous Generator,PMSG)的主动支撑控制策略。该策略将网侧变流器等效成一个电压源型的虚拟同步发电机,使PMSG在系统功率发生波动时,可利用风机的转子动能为系统提供惯量支撑。另外,转子侧变流器通过恒直流电压控制使直流侧电压保持恒定。与传统基于锁相环(Phase-Locked Loop,PLL)的虚拟惯量控制不同,主动支撑控制策略不仅可以为系统提供必要的惯量和阻尼,而且能够实现与电网的自同步,从而避免了弱电网下PLL动态性能恶化等问题。本文所提控制策略对提高风电机组参与电网的调频调压能力,以及在弱电网下的稳定运行有着重要的意义。首先,建立了 PMSG并网系统的整体结构与传统PLL型控制模型,并对PMSG接入弱电网前后系统的惯量进行分析,进而引入了虚拟惯量以提高系统的惯量支撑能力。接下来在PSCAD/EMTDC中搭建PMSG并网系统仿真模型,通过仿真对比分析了在不同电网强度下,基于传统PLL型控制策略的PMSG参与系统频率和电压支撑的情况,结果表明在弱电网环境下,即使采用含虚拟惯量的PLL型控制策略,系统频率和并网点电压仍会发生震荡,难以维持稳定。其次,针对上述PMSG接入弱电网时存在的问题,设计了一种主动支撑控制策略。该控制策略对照传统同步发电机模型分别设计了无功-电压控制器、有功-频率控制器和内环控制器,并利用电压前馈补偿环节,实现了并网点电压的恒压控制;另外,在所提控制策略的基础上,对PMSG并网系统的输出外特性进行分析,从而设计了虚拟阻抗来调整变流器输出阻抗以满足输出功率解耦条件。最后,针对所提控制策略在弱电网下的适应性问题,建立了主动支撑控制的小信号模型,并利用Bode图分析了不同短路比(Short Circuit Ratio,SCR)和主要控制参数对PMSG并网系统稳定性的影响。另外,还分析了弱电网下PMSG并网系统的有功传输能力下降和电压失稳的原因,并基于主动支撑控制对该问题进行了改善。为了验证所提控制策略和上述理论分析的正确性,通过仿真对比分析了该控制与传统PLL型控制下PMSG接入弱电网的运行情况,并在不同工况和不同SCR下仿真验证了所提控制对系统频率和电压的主动支撑能力。