随着风力发电在全世界范围内的高速增长,风电装机容量在电力系统中所占的比重快速提高,使得大型风电机组与局部电网之间的相互影响也越来越大。为了保障电力系统的运行安全,世界各国的电网运营商对风电接入提出了越来越严格的要求,其中最受人关注、也是最难以满足的要求即为风电机组的低电压穿越(LNRT)能力。在各种类型的风力发电机组中,变速恒频双馈异步发电机(DFIG)以其调速范围宽、有功和无功功率可独立调节以及所需励磁变流器容量较小等优点,目前已成为国际主流风电机型,占据绝大部分市场份额。但是由于DFIG定子直接并网,很容易受到各种电网故障的影响,而转子励磁变流器容量相对较小,在电网故障情况下对DFIG的控制能力受到限制,因此如何提高DFIG风电机组的LVRT能力已经成为学术界和工程界研究的热点问题。　　 目前我国的风电建设正处于高峰期,但是受气候及地形条件限制,我国的风电装机大都处于偏远地区,远离负荷中心,当地电网较弱,电网电压易波动,经常发生各种对称、不对称电网故障。为了保障我国风电事业顺利发展,当前亟需提高DFIG机组的LVRT能力。本文以此为课题,从理论研究、仿真建模和实验验证三个方面对DFIG机组的LVRT关键技术进行了深入研究,取得了一些研究成果。　　 1.详细分析了电网对风电机组LNRT能力的要求,提出了DFIG机组LVRT运行的控制目标,系统地总结了现有的DFIG机组LNRT控制和保护技术,指出了各种技术的优缺点,并预测了DFIG机组LNRT技术的优化方向和发展趋势。　　 2.深入研究了电网故障情况下电压同步信号的检测问题,详细介绍了电网电压故障的类型和特征,系统总结了现有的电网电压故障的检测方法和不对称电压的正、负序分离方法。在此基础之上,提出了两种改进型正、负序电压分离方法和三种电压同步信号检测方法,并通过仿真和实验研究验证了所提出方法的有效性,最后选择所提出的谐振式PLL应用于本文之后的研究之中。　　 3.通过理论推导建立了电网正常及各种对称、不对称故障情况下DFIG机组的数学模型,并通过仿真和实验研究验证了理论推导的结果,详细展示了DFIG机组在各种电网故障情况下的瞬态响应。系统地总结了现有DFIG机组故障穿越运行的改进控制策略,并通过实验研究验证了其控制效果,指出了其优缺点及改进方向,为本文以下的研究提供了理论基础。　　 4.深入研究了电网故障条件下DFIG风电机组的直接功率控制(DPC)策略,提出了电网对称和不对称故障情况下GSC和DFIG的改进DPC,通过引入谐振控制器配合适当的功率补偿,能够在电网故障情况下对GSC和DFIG的输出功率实施有效控制,同时还能抑制GSC和DFIG的输出电流谐波。在此基础之上,又提出了一种GSC和RSC的联合控制方案以实现电网不对称时DFIG机组的综合优化控制目标。针对所提出的控制方案进行了详细的仿真和实验研究,获得了理论联系实际的研究成果。　　 5.重点研究了DFIG机组的LVRT保护技术,通过理论推导建立了包括Crowbar保护电路在内的双馈风电机组数学模型,提出了简单有效的经验公式对Crowbar保护之后的DFIG定、转子故障电流进行计算,并通过仿真研究验证了理论推导的结果。在此基础之上,确定了Crowbar电阻的取值范围和最优阻值,并根据最优阻值的Crowbar电路进行了仿真和实验研究,证明了通过Crowbar电路配合适当的控制算法能够成功实现DFIG机组的LVRT运行。对基于动态电压恢复器(DVR)的先进LVR了保护技术做了初步的理论和实验研究,并取得了良好的运行效果。　　 6.为了验证所提出的DFIG机组LVRT控制和保护技术的有效性和实用性,设计了一套包括电压跌落发生器、双馈变流器、DFIG机组、Crowbar、DVR等装置在内的完整实验样机系统。利用该系统对电网对称及不对称故障情况下DFIG系统的改进控制策略和保护技术进行了详尽和深入的实验研究,获得了完整而真实的实验成果,进一步证实了本文理论研究的正确性和有效性。