发展和利用风能是国际的大趋势，我国风能资源丰富，风力发电在我国的的发展速度日益加快。目前，风力发电以其自身无污染可再生的独特优势，成为世界发展最快的新能源之一。随着风电技术日益成熟，兆瓦级风力发电机组的引进，风电在电网中占的比重也持续升高，风力发电系统的低压运行的能力，成为了我国大规模利用风力发电所必须面对的问题。本文主要围绕变速风力发电系统低电压穿越相关控制技术展开研究，并通过仿真对双馈式和直驱式风力发电机组电网电压跌落期间的运行特性进行分析，采取相应措施以提高风电机组的低电压穿越能力。首先，对风力机进行了分析，结合双馈感应电机的工作原理和特点，给出了同步旋转坐标下双馈感应发电机的数学模型，研究了发电机转子侧变换器控制策略，采用基于定子磁链矢量定向的控制策略,实现了发电机定子有功功率和无功功率的解耦控制，为双馈风力发电系统低电压穿越分析和仿真研究打下了基础。其次，采用改进的定子磁链定向矢量控制方法，调节电机转速，控制定子输出无功功率，实现了对双馈感应风力发电机组在外部电网故障时转子侧出现的过电压和过电流的抑制，并在电网波动的情况下，建立了双馈感应发电机数学模型，最后在MATIAB/SIMULINK环境中对其进行数值仿真，结果表明改进方案有效提高了外部电网电压故障时对转子电流的控制，增强了电力系统并网运行的稳定性以及风电机组的低电压穿越能力。第三，针对双馈异步风力发电系统，在电网电压深度跌落时，提出应用基于滑模变结构控制策略的STATCOM(静止同步补偿器)，提高风电机组低电压穿越能力。基于STATCOM工作原理和滑模变结构控制策略的特点，建立了含STATCOM的双馈风电机组模型。仿真结果显示，应用基于滑模变结构控制策略的STATCOM，在电网电压深度跌落时，有效抑制了直流母线电压过压、转子电流激增、无功功率大幅振荡的现象，改善了并网电能质量，提高了风电机组低电压穿越能力。第四，针对直驱永磁风力发电系统，提出在直流侧增加多硫化钠-溴液流电池（PSB）储能装置提高风电机组的低电压穿越能力。改进了储能装置结构，研究了所采用双向DC/DC变换器的控制策略，对具有储能电池的风力发电系统建立了仿真模型，仿真结果表明，在直流侧加PSB储能装置，能够平衡电网需求功率，平抑系统发电机输出功率波动，提高了直驱风电系统并网运行性能和低电压穿越能力。