随着风能的大规模开发,风电在电力系统中的渗透率越来越高,对电力系统的安全稳定运行提出了严峻的挑战。风电场通常位于偏远地区,远离负荷中心,需要经过远距离长线路进行外送,随着风电并网容量的持续增加,风电场并网点的短路比将会越来越低,交流电网容易呈现出弱电网的特性。在弱电网条件下,风电机组与电网间的交互影响会造成整个风电系统无法正常稳定运行。在众多风电机型中,双馈风电机组目前应用最为广泛,已成为MW级风力发电机组的主流机型。所以,弱电网下双馈风电机组的小干扰稳定性值得关注。本文采用阻抗分析方法研究弱电网下双馈风电机组的小干扰稳定性及其改进控制,主要内容如下:(1)在同步旋转坐标系下,建立了双馈风电机组的静态导纳模型和小信号导纳模型。考虑电流环和控制延时的影响,建立网侧变换器系统的静态导纳模型,并在此基础上考虑锁相环的影响,推导出小信号导纳模型;考虑定子磁链暂态分量、电流环和控制延时的影响,建立双馈机侧系统的静态导纳模型,并进一步推导出考虑锁相环影响的小信号导纳模型。基于网侧变换器系统和机侧系统的导纳模型,得到双馈风电机组的静态导纳模型和小信号导纳模型。根据所建立的导纳模型,分析了锁相环对网侧变换器系统、机侧系统和双馈风电机组导纳特性的影响;分析了网侧变换器系统和机侧系统对双馈风电机组小信号导纳特性的影响。(2)本文所建立的双馈风电机组导纳模型为二阶矩阵形式,即双馈风电机组为多输入-多输出系统,所以本文采用广义奈奎斯特判据进行稳定性分析。分析指出,弱电网下由于锁相环扰动的影响,改变了双馈风电机组的导纳,降低了系统的稳定性。本文详细分析了锁相环控制带宽、并网点短路比、网侧变换器系统、电流环PI控制器参数、系统静态工作点和控制延时对双馈风电机组小干扰稳定性的影响。(3)针对双馈风电机组接入弱电网时容易出现系统不稳定的现象,本文提出一种电压前馈控制策略,可以重塑双馈风电机组的导纳模型,减小锁相环扰动带来的不利影响,从而有效提高弱电网下双馈风电机组的小干扰稳定性。本文所提出的控制策略不需要改变风电机组各PI控制器参数和运行状态,易于实施。分别搭建典型参数下的1.5MW双馈风电机组仿真模型和2.5kW双馈风力发电实验平台,仿真和实验结果验证了本文理论分析的正确性和所提控制策略的有效性。