随着经济的快速发展,人类对能源的依赖程度也越来越高,传统的化石能源日趋枯竭,并且带来一系列污染问题。风力发电作为一种清洁能源,得到了快速的发展。随着新能源并网容量越来越高,在电力系统中以风电、光伏为代表的新能源渗透率正在逐步提高,风电场并网点将呈现低惯量、低短路容量比、高阻抗、弱阻尼的特性,交流电力系统对风电场的支撑作用将会越来越弱,这将对系统的稳态特性和暂态特性产生恶劣影响。随着区域风电比例的增加,电力系统的总体等效惯量变小,将出现频率支撑不足和功角失稳等问题,使风机模拟传统电力系统中的同步发电机的特性,可以对电网出现的上述问题起到作用。本文建立了双馈风力发电机组的数学模型,并在此基础上建立了双馈发电机转子侧变换器在同步旋转坐标系的相关控制策略,以双馈发电机定子电压为控制目标,提出并改进了定子电压外环转子电流内环的双闭环矢量控制策略。通过对传统同步发电机的模型分析,借鉴同步发电机组的转子运动方程以及电磁方程,提出了双馈发电机的虚拟转子运动方程,建立了完整的双馈发电机虚拟同步控制模型。根据风机虚拟轴系和实际机械轴系的模型,分析双馈发电机组能量协调关系,利用风机风轮惯性动能作为储能环节。对双馈发电机虚拟同步控制时多模式运行特性分析,首先分析了不同运行模式之间的切换方法,包括孤岛运行、并网运行、组网运行三种模式。分析了不同模式下双馈发电机的功率特性、频率特性以及控制参数对系统动态性能的影响。仿真和实验验证了双馈发电机虚拟同步控制在孤岛、并网、组网运行条件下的有效性,包括其惯性特性,调频特性,动态特性、虚拟阻抗等,对本文的理论研究进行了的验证。