可再生能源发电系统的推广应用作为解决石油、煤炭等开发利用中存在的资源枯竭、环境污染、气候变暖等问题的有效途径,受到能源动力领域的高度重视。我国在大力发展风力发电的过程中,风力发电的装机容量和并网发电量逐年增加,电网系统面临风力发电高渗透率带来的电能质量问题和运行稳定问题更加突出,风力发电系统固有的一些缺陷也阻碍了其在电网系统总容量中所占比例的增加。本文主要针对双馈感应发电机(DFIG)由于转子侧变流器(RSC)与网侧变流器(GSC)的存在,使得发电机与电网“隔离”,不具备惯性响应能力。因此,需要通过附加控制使其具备模拟惯量。惯量模拟存在两方面需要注意,其一为风特性的扰动影响,其二为风机自身转子动能有限,过度汲取动能会影响风机正常运行。本文研究的核心内容是围绕着将常规双馈感应发电机和超级电容储能(Supercapacitor Energy Storage System,简称为SCESS),构成一个具有较强电网致稳能力和较强风力波动抗扰能力的双馈感应发电系统(称之为SCESS-DFIG系统),以及该系统参与电网频率惯性响应相关技术的研究。首先,在分析影响风电并网渗透率核心问题的基础上,提出通过超级电容储能和双馈感应发电机结合构成SCESS-DFIG系统,提升风力发电系统的惯性响应能力。建立SCESS-DFIG系统的动态数学模型,为该系统的原理研究和仿真分析提供技术条件。同时,对不同运行工况下SCESS-DFIG的功率流进行分析,并对SCESS-DFIG系统与常规双馈感应发电机系统的瞬时功率流变化规律进行了仿真对比,证明SCESS-DFIG系统的瞬时功率可以主动调节,具备参与网频惯性响应能力。其次,考虑SCESS-DFIG系统参与网频惯性响应对系统输出功率进行定量调节时需要实时的电网频率波动值,开展复杂电网条件下对网频检测的研究,分析复杂电网电压的直流偏移、三相不平衡、高次谐波扰动和次同步振荡对αβ-EPLL的影响,提出改进的αβ-EPLL网频检测方法,并对电网频率跌落的状态下该方法的有效性进行仿真验证和实验验证。论文研究SCESS-DFIG系统惯性响应下RSC-GSC间直流母线电压波动抑制方法,为了提高系统的动态响应能力,分析多变流器间功率-能量平衡关系,对系统中多变流器之间的协调控制进行优化,并通过仿真及实验进行验证。在论文的研究中,考虑风特性对SCESS-DFIG系统惯性响应能力的影响,进行计及风速变化的SCESS-DFIG的惯性响应定义,提出SCESS-DFIG系统惯性响应的功率及能量的定量方法。通过对比不同运行工况下双馈感应发电机转子动能与储能装置惯性响应的能力,对转子动能与储能装置协调控制的可行性进行分析。开展计及风速变化的SCESS-DFIG惯性响应控制策略研究,并通过扩张状态观测器(ESO)对SCESS-DFIG系统惯性响应过程中的捕获机械功率及惯性响应功率进行估计。搭建基于不同风速变化下的多SCESS-DFIG系统网频惯性响应仿真模型,对所提理论进行仿真验证。在论文的研究中,为了对理论分析和仿真研究的结论进行实验验证,开展物理模拟实验平台的研究工作。在保证风力发电机运行特性不变的情况下对于风力发电机参数进行缩比,建立相应的物理模拟实验平台。通过该物理模拟实验平台,对SCESS-DFIG系统中的一些关键技术进行了实验研究,其中包括:理想及复杂电网工况下改进的αβ-EPLL性能验证实验、SCESS-DFIG系统与模拟电网并网实验、SCESS-DFIG系统并网发电及功率调节实验和SCEES-DFIG惯性响应的实验验证与分析等内容。通过实验证明理论分析和仿真计算的结论是正确的。通过论文研究,对SCESS-DFIG系统的相关技术问题和其参与网频惯性响应的技术问题在理论上和实验上进行较为深入的探讨,尝试采用一些有别于常规DFIG风力发电的技术方法,在原有技术的基础上提出一些改进措施,为今后的研究和推广提供参考。