随着风电装机容量在电力系统中的比重不断攀升,风电与电网的相互影响越来越复杂,电力系统的故障运行特性可能发生改变。针对大量基于电力电子设备的非同步电源接入电力系统后的运行特性分析与控制问题,本文以现阶段主流的并网双馈风电机组为研究对象,通过理论分析和时域仿真揭示了双馈风电并网系统的运行规律,提出了改善现有风电并网运行特性的控制新技术。基于对双馈风电场故障穿越技术、双馈风电接入电网区域内振荡特性、大规模双馈风电接入对系统稳定性的影响研究现状的分析,通过对双馈风电机组运行与控制原理的研究,建立了详细的双馈风电机组及其综合控制系统和典型附加控制系统模型。基于叠加原理推导了电网短路故障时双馈风电机组机端电压的表达式,并以此为基础,详细研究了机端电压相位的跳变特性及各种影响因素对电压相位跳变的灵敏度。进一步分析了相位跳变对机组锁相精准度的影响,给出锁相失准对机组功率解耦控制的破坏性,造成传统故障穿越控制效果大打折扣,机组故障穿越能力下降。基于此提出自适应故障穿越控制策略,故障期间采用相位保持的方法降低机端电压相位跳变量,故障清除后快速锁相增强机组控制的准确度,提高机组的故障穿越能力,改善机组的暂态特性。针对双馈风电并网系统区域内功率振荡问题,基于灵敏度方法分析了弱电网接入条件下风电场并网点的电压动态特性,进而分析了双馈风电场与电网的交互作用及影响因素。分别推导了双馈风电机组和静止无功发生器在系统扰动下的动态响应过程,揭示双馈风电场与静止无功发生器的交互作用机理及影响因素。指出风电接入电网较弱、双馈风电机组控制参数或静止无功发生器控制参数设置不合理,导致双馈风电并网系统受扰后区域内发生振荡,并利用某实际风电并网系统的算例进行了仿真验证。分析了双馈风电对并网系统惯量特性和一次调频特性的恶化作用,指出双馈风电机组具备频率控制能力的必要性。基于双馈风电机组动力学特性的研究,给出机组有效储能的含义及机组的等效虚拟惯性时间常数的计算方法。通过机组变流器的快速有功控制,综合考虑系统频率变化和机组有效储能,提出了变参数的虚拟惯量控制策略。进一步结合变速与变桨控制各自的优点,提出了基于参与因子的频率控制策略,使双馈风电机组具有可控的频率响应特性,对系统提供动态有功功率支撑,同时保证机组自身运行的安全稳定。推导了单端送电系统中同步发电机输出功率表达式的变化,基于等面积定则揭示了双馈风电机组故障行为对系统暂态功角稳定性的影响规律。