随着经济社会的不断发展,人类对能源的需求越来越大,石油、煤、天然气等传统能源带来的能源枯竭和环境污染问题已成为整个世界经济发展的重要限制因素。风能作为新能源,以其清洁、高效等特点成为电力可持续发展的最佳战略选择。目前,风能已超过石油、煤和天然气成为世界能源电力市场发展最为迅速的可再生能源之一。世界各国采用多种方式积极激励、扶持发展风电技术。因此开展风能利用及相关技术研究具有重要的理论意义和实用价值。建立风电机组数学模型是研究分析风电机组性能与设计风电机组控制系统的基础。论文以目前在风电场主要采用的双馈感应风力发电机(DFIG)和永磁直驱风力发电机(PMSG)为研究对象,建立了双馈感应发电机和永磁直驱发电机的数学模型。在上述模型的基础上,利用DIgSILENT PowerFactory仿真软件对双馈感应发电机和永磁直驱发电机进行了仿真研究。模型建立和功能仿真以湘潭湘电风能公司生产的XD-9600型永磁直驱风力发电机组为例,论文给出了包括变桨距控制、最大功率跟踪控制、全功率变流器控制的解耦控制系统建模的详细过程。仿真过程中采用无穷大电压源为算例,验证矢量控制和前馈补偿方法的有效性,实现机侧变流器和网侧变流器的有功无功解耦控制,并且对所建立的模型进行三相对称短路故障来进一步验证系统的运行特性。仿真结果验证了所建立模型和控制系统的可行性和正确性。STATCOM在风电场中能有效的治理电压波动、谐波等电能质量问题。论文建立了 STATCOM用于改善风电场暂态电压稳定性和改善电能质量的控制系统模型,提出了一种利用STATCOM与感应滤波调谐支路并联的新型的风电并网系统。为验证STATCOM控制策略以及新型风电并网系统的可行性和有效性,对应用于风电场的STATCOM进行了仿真分析,仿真结果表明风电并网系统可以改善接入点暂态电压稳定性,对谐波具有良好的抑制作用。