随着风力发电的迅猛发展,风电场并网法规对风力发电系统提出了新的要求,即,风电系统在电网发生故障时必须不脱网运行,同时为电网提供电压支撑,使电力系统能够安全稳定的工作。基于矩阵变换器的双馈风力发电系统由于其紧凑的结构受到广泛关注,但由于矩阵变换器没有储能环节,故在不添加任何硬件的条件下,其故障穿越能力较背靠背变换器驱动的双馈风电系统弱。由此,此论文以基于矩阵变换器的双馈风力发电系统作为研究对象,提出了一种新型的矩阵变换器拓扑以提高风力发电系统的低电压穿越能力。首先,分析了双馈风力发电系统基本工作原理,并细致的构造了系统数学模型,实现系统在电网正常时的功率控制目标,为后续研究双馈感应电机的故障穿越控制奠定了基础。然后,针对电网发生三相电压和单相电压跌落的情况,分析了该双馈风力发电系统的行为特点及损害。在此基础上,从硬件角度提出一种新型的双级矩阵变换器拓扑。当电网出现故障时,此拓扑可通过附属硬件电路令矩阵变换器的整流级与逆变级解列,并分别以电流型静止同步补偿器与电压型逆变电路工作,辅助双馈风电系统完成故障穿越。在该新型拓扑的基础上,针对电网三相对称故障,提出一种简单可靠的双闭环PI控制方案,确保风电系统的不脱网运行;针对电网不对称故障,提出一种基于有限控制集模型预测控制的故障穿越方案,省略了复杂的正负序分解过程,大大简化了控制算法。最后,通过Matlab/Simulink模型仿真,验证了本文所提出的低电压穿越控制策略的有效性及正确性。