在全球能源和环境危机下,风电作为最具有开发性和经济性的可再生能源,其在电网中的装机容量不断增大。由于风速具有间歇性和随机波动性的特点,风力发电机组出力波动幅度较大,同时通过电力电子器件并网的直驱型永磁风电机组转速与电网频率解耦,从而降低了电网的惯性和阻尼,大规模的风电并网将影响电网的稳定运行和电能质量。针对上述问题,本文提出将虚拟同步发电机(Virtual synchronous generator,VSG)控制技术应用到直驱型永磁风电机组电网侧变流器控制系统中,以保证风力发电机组具有响应系统频率变化的能力,为电网提供有功功率支持。同时,飞轮储能装置在弥补风电机组备用容量不足和抑制风电功率波动方面发挥着重要作用。因此,本文针对基于VSG控制的风电机组与飞轮储能系统协调控制方法进行了深入研究。首先,通过分析直驱型永磁风电机组的结构组成及工作原理,建立包括风力机,永磁同步发电机的数学模型,进而分析出风电机组在传统并网方式下对电网惯性的影响。对比同步发电机惯性响应原理,推导出风电机组的虚拟惯量,并分析了风电机组的虚拟惯量参与系统调频对电网稳定性的影响,为下文研究VSG控制策略奠定理论基础。其次,针对风电机组无法为电网提供惯性支持的问题,提出直驱型永磁风电机组电网侧变流器采用VSG控制策略以响应系统频率变化,电机侧变流器采用恒电压控制维持母线电压稳定。通过模拟同步发电机控制系统设计出虚拟同步发电机的励磁器、调频器和内环控制器,结合VSG有功功率的小信号闭环传递函数和最优阻尼比理论对VSG控制器的参数进行整定,并通过仿真验证了 VSG控制理论的有效性。最后,针对基于VSG控制策略的风电机组备用容量不足的问题,提出风电机组与飞轮储能系统的协调控制方法。为解决基于VSG控制的网侧变流器惯性响应会影响母线电压稳定性的问题,提出飞轮发电机侧变流器在并网启动阶段采用转速追踪控制策略,在稳定运行阶段采用直流母线恒电压的控制策略,采用零极点对消法进行控制器参数整定。通过分析风电机组的转动惯量和飞轮转子的转速限定范围,从电网功率调度指令的角度,在风电系统和飞轮储能系统满足约束条件下,调动飞轮储能系统配合风电机组为电网提供有功支持。在Matlab/Simulink中搭建了风储联合系统仿真模型,通过仿真分析验证了文中所提控制策略既提高了抑制风电功率振荡的能力,又达到了维持母线电压稳定的目的。