风能发电经过半个多世纪的研究和应用,并网型风力发电技术取得了长足的进步。双馈异步风力发电机系统具有功率变频器容量小、有功功率与无功功率可以实现解耦调节、转速可调范围广等特点,在现代风电产业发展过程中,得到广泛的应用。双馈风力发电机组能较好的实现将风能转换为电能的基本功能,对能源结构的优化调整的作用逐渐显现。随着双馈风力发电机组的单机容量的不断增大,提高机组发电效率成为风电行业的重点研究问题；随着风电在一次能源发电所占的比例逐步升高,风力发电的随机性和波动性会影响电网的稳定性,电网对风力发电机组的要求也越来越高。本文首先总结了国内外风能利用和风力发电发展现状和风力发电产业化状况,分析和阐述风力发电技术特点和热点研究问题,提出了本文的选题背景和选题意义。然后分析了变速恒频的双馈异步风力发电机的数学模型和控制原理,建立了双馈风力发电机在两相旋转坐标系下的数学模型。在建立的数学模型的基础上,分别对双馈风力发电机的最大风能捕捉；不平衡电网电压下双馈风力发电机的谐波抑制；电网低电压故障下,双馈风力发电机组的低电压穿越技术展开研究。研究了风力发电机组的最大风能捕捉机理,分析现有控制方法和和最大风力捕捉策略。指出现有最大风能捕捉主要控制对象为发电机,忽略了风力机桨距角调节可提高风力发电机组最大风能捕捉效果的作用。将变桨系统引入最大风能捕捉控制闭环,阐述引入的原因和方法,提出了一种基于微距变桨极值法变速双馈异步风力发电机组的最大风能捕捉策略。通过试验对所提出的控制策略进行了验证,试验结果验证了所提控制策略的优越性。分析了不平衡电压下双馈异步风力发电机的响应特性,研究了不平衡电网电压对风力发电机定子、转子、网侧变频器电流和直流母线的影响,得出在不对称电网电压下,变频器电流控制环偏离设计控制工况会产生控制偏差,导致转子电流中包含明显的谐波分量,导致直流母线电压也产生震荡,使网侧变频器电流输出电流波形发生畸变。基于现有变频器的控制算法,提出了一种基于陷波滤波的改进型矢量控制策略,分别对网侧和机器变频器电流控制环dq轴中的交流分量进行了滤波,消除了变频器在偏离设计工况下的控制输出的震荡。通过仿真计算,验证了所提出控制策略有效的抑制双馈风力发电机的谐波。分析了双馈风力发电机组的低电压故障的暂态过程,重点探讨了电网低电压下的转子故障电流的暂态过程,转子故障电流分解为两部分,一部分是跌落后的稳态电流,另外一部分是随时间衰减的电流。转子电流在电网电压跌落时快速上升,此故障电流可达到额定电流的3-5倍,可超过机侧变频器的过流能力。故障电流会随时间衰减,可降至机侧变频器电流容量以下,可启动变频器恢复风力发电机的励磁调节。结合对现有的双馈发电机低电压穿越方案的分析,提出了基于DBR的交直流复用Crowbar低电压穿越控制方案。所提出方案在发电机转子侧与直流母线之间增加一组不可控整流桥。对电压轻度跌落故障,风力发电机为背靠背变频连接,低电压穿越工作在直流Crowbar方法,故障过程持续全可控,通过励磁调节对定子侧功率进行控制,实现低电压穿越全过程持续向电网提供无功支撑；对电压深度跌落故障,故障前期机侧变频器因故障切除运行,通过增加的不可控整流桥单元替代机侧变频器输送转子故障能量至直流母线,低电压穿越工作在交流Crowbar方式,规避了机侧变频器过流能力不足的缺陷。随故障电流下降,机侧变频器重启,风力发电机恢复交直交变频连接,低电压穿越工作在直流Crowbar方式,提高了双馈风力发电机组在电网电压深度跌落低电压穿越能力。所提出方案通过Crowbar工作方式自动切换,实现了风力发电机组对不同深度电网电压跌落的低电压穿越,提高了双馈风力发电机组的低电压穿越能力,故障期间无功的支撑满足电网导致的要求。最后,系统的总结了本文主要研究成果,并指出了进一步研究的方向。