近年来,随着清洁能源发电技术的发展,电力系统中的新能源发电技术占比也日益增加,其并网发电的可靠性和稳定性越来越重要,直驱永磁同步发电机组（D-PMSG,Direct drive Permanent Magnet Synchronousr Generator）具有单机容量大、效率高、成本低等显著特点,已成为大型陆上及海上风力发电发展的趋势。变流器作为D-PMSG风力发电机组与电网之间的重要桥梁,当传感器故障与控制策略不佳时,会导致其可靠性和稳定性能减低,影响整个系统正常运行;另一方面当电网发生故障时,风机脱离电网将造成电网电压二次崩塌。因此在保障电网故障期间机组不脱网的情况下,通过改善风力发电并网系统的控制策略向电网提供无功补偿来快速恢复电网电压,对风力发电并网系统的低电压穿越（LVRT）研究具有十分重要的意义和实际应用前景。首先,介绍了风力发电系统、直驱永磁风力发电机变流器技术以及控制策略现状,对直驱永磁风力发电并网系统的主要问题、低电压穿越要求与技术进行了分析,在风能转换、变桨距角和直驱永磁风力发电系统的工作原理的基础上,建立了数学模型;分析了 NPC型三电平背靠背变流器的拓扑结构,给出其输出电压方程;同时分析风力机的偏载特性和最大风能跟踪捕获的基本原理;利用MATLAB中Simulink和S-function,搭建其风力机仿真模型。然后,针对直驱永磁风力发电并网系统机侧和网侧的控制策略,在系统的数学模型基础之上,利用模型预测控制理论,提出了一种有限控制集模型预测控制（FCS-MPC,Finite control set model predictive control）策略;结合空间电压矢量原理,构造出基于滑模观测器的变流器可优化FCS-MPC策略,并且建立仿真模型;仿真结果表明,在不同程度电网电压跌落时,与传统FCS-MPC策略相比,改进型的FCS-MPC策略不仅能使系统稳定运行,而且具有较强低电压穿越能力、变流器的可靠性增强,提高了系统的电网质量;提出了一种超级电容储能（SC-ESS）与改进型协调控制策略,利用超级电容储能系统来实现直流侧母线电压维持稳定;结合国家电网的无功功率补偿需求,提出了 一种基于静止同步补偿器（STATCOM,Static Synchronous Compensator）运行模式的改进型网侧低电压穿越控制策略,使系统在单位功率因数与STATCOM系统模式下切换运行,向电网电压提供无功补偿来协助电网电压恢复;通过仿真结果表明,该控制策略不仅能够能使直驱永磁风力发电并网系统可靠安全稳定运行,而且其系统具有良好的低电压穿越能力和电网质量。论文在传统的FCS-MPC控制策略上利用模型控制理论构造出基于电流无差拍的FCS-MPC策略,然后基于电流无差拍的FCS-MPC策略基础之上,采用了基于幂次函数的滑模观测器来构造可优化FCS-MPC策略,以实现对耦合项进行实时性观测;在超级电容储能系统的基础之上,构造了基于滑模观测器的可优化FCS-MPC策略,最后提出了一种基于STATCOM运行模式的改进型网侧低电压穿越控制策略,通过仿真结果表明,该方法能够使系统稳定运行,基于滑模控制的观测器能够较准确估计电网电压,同时,能够降低系统的运算量,而且该控制策略能够改善并网系统的电网质量,提高了D-PMSG并网系统的低电压穿越能力。为D-PMSG并网发电的稳定性和安全性提供的新的改进思路。