风力发电正在世界范围内得到快速发展，成为当今世界增长速度最快的能源，我国的风力发电也正在进入一个快速发展的时期。随着风力发电装机容量的增长，将不可避免的为电力系统带来一些新的问题。风力发电机组的发电能力取决于风能资源的状况，因而无法控制和准确预测，这给风力发电投资和电力系统运行管理带来了一定的困难。风力发电机组还经常处于风速变化的扰动之中，对其自身以及与之相联系的电力系统造成影响，掌握风力发电机组和电力系统之间相互作用和相互影响的规律是保证系统安全和经济运行的重要保证。针对这些问题，本论文展开了相应的研究。 由于短时风速变化是对风力发电和电力系统动态相互作用分析的重要因素之一，所以本论文首先建立了满足一定功率谱密度(PSD)特性的短时风速的自回归滑动平均(ARMA)模型。仿真分析表明这种ARMA模型能够产生符合短时风速变化规律的风速信号。 在评估风力发电机组的长期发电能力时，不仅考虑了风速变化和分布的长期统计规律特性，还充分考虑了前述风速的短时变化特性。提出用频率响应法来确定具有较大转动惯量的风力机吸收和转化风能的效率，建立了一种估计风力发电机组容量因数的新方法。用该方法对风力发电机组长期发电能力进行评估的结果更加符合实际的情况。 除风速变化特性之外，发电机特性是影响和决定风力发电系统性能的又一主要因素。在建立双馈感应发电机同步旋转qd0坐标模型的基础上，用等效集中质量法建立了风力发电机组轴系动态的两质量块模型，该模型与发电机详细模型接口，并在Matlab/Simulink中建立了仿真模型。 在得到风力发电机组模型的基础上，用多变量非线性控制逆系统方法研究了发电机转速与无功功率解耦控制策略。用状态反馈得到了风力发电机模型完全解耦的伪线性系统，在此基础上进一步设计了闭环反馈环节，使之构成完整的转速与无功功率解耦控制系统。该控制系统在Matlab/Simulink中建立了仿真模型，仿真结果表明这种解耦控制规律是非常有效的。 在动态仿真中设计并建立了风力发电机组初始化的过程。用超导体回路磁链守恒原则分析了短路暂态过程中各种电流分量出现的原因和变化规律，在相应的等效电路的基础上推导了短路电流计算的表达式，计算结果与仿真程序结果的对比表明该方法具有非常好的工程实用性。分析了各种模型在电压闪变分析中的效果，说明可用集总质量模型代替轴系模型进行电压闪变的研究。进行了风力发电机组抵御电网故障能力的研究，短路故障后暂态过程仿真的结果表明，发电机具有很好的变速运行能力和电压恢复能力，但是转子变流装置的行为将对发电机最终的稳定性具有重大的作用。 在分析风力—光伏互补自治供电系统的基本运行原理的基础上，建立了系统容量优化设计的模型。该模型可对资源状况和负荷某种平均值已知的系统进行优化设计，一个实例系统设计的结果表明了模型的正确性和有效性，并说明了风力—光伏互补运行系统相对于单一电源系统的优势。