随着风力发电技术的快速发展，使得风电的并网容量不断增加，这势必给电网的安全稳定运行和调度带来不利影响。由于世界各国中多数风电场都接在电网末端，因此风电场大都远离负荷中心。这种电网结构相对较弱，易发生波动，从而影响到风电场中风电机组的稳定运行。较为严重的情况是当电网电压出现大幅度跌落，若电网中风电渗透率较高，风电机组的大规模解列将导致一系列连锁反应，严重威胁电网的安全运行。为了保证电网的稳定运行，目前在大规模风电并网技术中，电网发生故障时不再允许风电机组自动脱网，需要具备一定的低电压穿越(Low Voltage Ride Through, LVRT)能力。我国也出台了针对风电场低电压穿越方面的相关政策，对风电机组的LVRT做出了硬性的规定。因此，研究风电机组的低电压穿越特性具有重要的理论和实际意义。本文主要对双馈风力发电系统在电网电压跌落时的暂态机理、控制方式和无功补偿等方面进行了深入的研究。首先，建立了DFIG在三相静止坐标系和两相同步旋转坐标系下的稳态数学模型。利用向量法推导出电网发生三相对称故障时，DFIG中磁链及电压的变化过程，分析了电网电压跌落对直流母线产生的影响，为DFIG在后续研究分析提供理论基础。针对基于Crowbar保护电路的DFIG机组的低电压穿越问题进行研究。提出了Crowbar阻值的选择原则。量化分析了Crowbar电路投入后DFIG的无功吸收情况。并通过仿真详细分析了电网故障时Crowbar切除时间对低电压穿越性的影响。并针对风电场故障的时刻电压大幅跌落的情况，提出了一种的新型无功协调控制策略。该策略维持了并网点电压水平，提升了风电场低压穿越能力，充分调动了风机无功调节能力，使得风电场表现出了灵活的无功电压调节特性。最后，分析了基于Crowbar保护的含风电场系统模型进行了低电压穿越特性。对不同故障位置以及不同故障类型的LVRT特性进行分析，分析结果表明，不同故障对系统的影响不尽相同。并分析了Crowbar的投入对风电场继电保护的影响因素以及改进策略，包括适当降低电流保护整定值、采用自持电路等策略，确保故障的可靠切除。本文工作得到国家高技术研究发展计划(863计划)项目《高渗透率间歇性能源的区域电网关键技术研究和示范》(2011AA05A105)的资助。