随着风力发电机组装机容量的不断增长,单纯作为功率源的传统风电运行模式逐渐难以满足电网的要求。为打造对电网更加友好的风电机组,促进风电消纳,需合理发掘风电机组自身潜力,积极参与电网电能质量治理。一方面,由于风电机组并网点多在电网末端,并网点电压极易受本地非理想负荷影响而发生不平衡、谐波等电能质量问题,因此存在改善电网电能质量的现实需求;另一方面,由于风能固有的不确定性和我国严重的弃风限电问题,风电机组通常并不处于满发状态,因此装机容量往往具有较大冗余,具备参与电网电能质量治理的客观条件。基于以上两点原因,利用风力发电机组的冗余容量参与电网电能质量治理具有突出的现实意义和可观的研究前景,正受到国内外研究者越来越多的关注。基于双馈感应发电机(doubly fed induction generator,DFIG)的风电机组由于具有变流器容量小、成本低廉等优点,是目前主流的风电机型。本文以DFIG机组为研究对象,围绕风电机组参与电网电能质量治理这一主题,通过理论分析、控制方案设计和实验研究,完成了如下工作:1、为充分利用DFIG机组的剩余容量参与并网点电能质量治理,针对DFIG提出了不平衡电网电压补偿技术。传统用于并网点电压不平衡补偿的DFIG控制策略均按照纯感性电网的情况进行设计,这就导致传统控制策略对电网阻抗的适应性不足,在阻性较明显的电网下补偿性能下降甚至发生失稳;同时传统策略的补偿回路是基于正、负序坐标系下的电压-电流双层PI结构,导致控制结构复杂,依赖多重坐标变换和正、负序分量提取,进而增加运算负担并引入相位偏差,同时对电机参数具有依赖性。在本文中,首先考虑电网阻抗的影响,提出一种适应实际电网阻抗特性的电压不平衡解耦控制策略,该策略可在不同电网阻抗特性下实现对并网点电压不平衡的有效补偿。接着针对控制结构复杂的问题,提出一种不平衡电网电压直接谐振控制策略,可采用谐振调节器在正向同步旋转坐标系中构成单层补偿回路,实现并网点电压不平衡补偿,且无需多重坐标变换和正、负序分量提取,同时可降低参数整定难度,避免电机参数依赖性。2、为兼顾DFIG机组自身运行性能与电网电能质量,针对DFIG系统提出了基于混合虚拟阻抗的电网电压灵活补偿技术。在不平衡或谐波电网下,传统DFIG控制策略可分为两类,第一类着眼于机组自身运行性能的提升,但无法为电网提供任何电能质量补偿功能;第二类着眼于并网点电能质量的提升,但补偿力度不可调节,补偿过多时易对DFIG的变流器、传动齿轮、直流母线电容等造成危害。为兼顾机组自身运行性能与电网电能质量两个目标,本文提出一种灵活补偿控制策略,可在并网点电压质量和输出电流质量之间实现连续、灵活的折中和兼顾。该策略本质上要求对DFIG机组的负序和谐波输出阻抗进行灵活、大范围重塑,而这是传统虚拟阻抗法无法实现的,因为在大范围阻抗重塑过程中将无法避免地放大反馈和前馈增益,进而引入失稳和过调制等问题。本文提出一种混合虚拟阻抗法,可在实现输出阻抗从0到无穷大全范围调节的同时避免失稳和过调制问题。3、针对多台DFIG机组共同参与电网电压不平衡补偿时的协同问题,提出了基于双层控制结构的多台DFIG系统自治协同补偿技术。由于直流母线电容的解耦作用,对于负序分量而言,DFIG系统的机侧和网侧变流器可视作两个独立的电源。在本文中,利用多台DFIG发电机及其网侧变流器协同、自治地参与并网点电压不平衡补偿,可同时实现以下两个目标:一是对并网点电压不平衡度进行闭环控制,进而灵活调节整个风电场的补偿力度;二是将负序补偿电流在各台DFIG发电机及网侧变流器之间按照剩余容量进行均匀分配,以最大限度地保护所有机组。该控制策略完全在各台机组本地控制器中实现,无需中央控制器和实时通信,避免了高速通信系统的建设成本问题和通信延时带来的稳定性问题。