随着直驱风机(direct drive permanent magnet synchronous generator,D-PMSG)的大规模接入,我国多地区发生了与风电机组相关的次同步振荡(Sub-synchronous Oscillation,SSO)问题,其严重威胁电力系统的安全稳定运行。因此,亟需建立合适的直驱风电系统模型来量化分析SSO特性,从而为SSO的抑制提供理论依据。本文展开如下研究:为准确地量化分析确定风速和D-PMSG台数对SSO特性的影响,本文首先建立了直驱风电并网系统的状态空间模型。模型的建立考虑了直流动态环节、电压外环、电流内环、锁相环以及滤波等环节的影响,并在直流动态环节利用风速与风机输出功率的关系将风速引入状态空间模型中。基于状态空间模型,采用特征值分析方法量化分析了风速和D-PMSG台数对SSO频率和阻尼的影响,揭示了 SSO时变特性,并在PSCAD/EMTDC中进行了时域仿真验证,证明了状态空间模型的准确性。针对直驱风电系统SSO时变的特点,本文基于状态空间模型,采用最小二乘法多项式拟合,准确获取了不同风机台数场景下风速和次同步振荡频率、阻尼的关系曲线;基此,在风机运行的全风速范围内,引入风速的概率分布,提出了 SSO概率评估方法,在不同D-PMSG台数和不同平均风速场景下获得了SSO频率和阻尼的概率分布和累计概率分布,并通过案例分析复现了中国哈密地区实际事故场景中SSO频率的变化范围。SSO频率的概率分布以及发生不稳定SSO的风险能为SSO抑制解决方案的制定提供指导。针对大规模直驱风电并网系统SSO特性量化复杂问题,本文建立了考虑电压外环等环节影响的直驱风机阻抗模型,并将风速变量引入模型中。基于直驱风机阻抗模型以及输电线路阻抗模型,根据系统的拓扑结构将各阻抗进行串、并联形成多风电场并网系统阻抗网络模型(Impedance Network Model,INM)。基于SSO稳定判据及聚合RLC电路法量化分析了风速对D-PMSG并网系统SSO特性的影响,且与特征值分析结果进行了对比,证明了 D-PMSG阻抗模型的准确性以及阻抗分析方法的有效性。最后,基于INM量化分析了大规模直驱风电系统分布式风速以及网络拓扑结构等因素对SSO特性的影响,并在PSCAD/EMTDC中进行了时域仿真验证,结果证明了 INM在分析大规模直驱风电并网系统的SSO问题中的有效性,这对大规模直驱风电系统的规划及SSO的抑制具有重要意义。