永磁直驱风力发电系统在当今社会得到了广泛的应用。基于PSCAD仿真平台，对永磁直驱风力发电系统中常见的两种拓扑双PWM型拓扑和不控整流接升压斩波型拓扑进行了详尽的数学建模分析和控制策略研究，对全风速范围内的两种拓扑各阶段运行情况进行了对比分析，并检验了系统的低电压穿越能力。详细推导了两种拓扑的永磁直驱风力发电系统各部分的数学模型，包括风轮、传动链、永磁同步发电机、机侧和网侧变流器、直流环节、卸荷电路等。为增强模型通用性，还推导了风电系统各部分的标幺化数学模型。就两种拓扑的风力发电系统的控制策略进行详细分析。对于风轮的控制策略，比较了基于叶尖速比、功率和转矩信号的最大功率跟踪控制方式，分析了额定风速以上时系统的桨距角控制方式，进而给出了全风速范围内两种拓扑的风力发电系统的总控制策略。对于双PWM型系统机侧和网侧变流器的控制策略，分别采用零d轴电流控制和电网电压定向控制；对于不控整流接升压斩波型系统变流器则分别采用直流侧电流控制和电网电压定向控制。基于PSCAD平台，在全风速范围的正常工况下对两种拓扑的风力发电系统模型进行了仿真分析。详细比较了双PWM型拓扑和不控整流接升压斩波型拓扑在最大功率跟踪阶段、恒转速运行阶段和恒功率运行阶段的输出特性曲线。仿真结果表明，不控整流接升压斩波型拓扑在控制方式上比双PWM型拓扑简单许多，但机侧不可控的事实使其直流侧电压和输出有功功率均存在较大的纹波。不过，由于控制策略类似，两者在发电机转速的波动程度与桨距角控制的响应效果上均没有明显区别。在电网电压短路故障下，研究了系统卸荷电路的工作情况。通过综合比较在有卸荷电路和无卸荷电路时系统变流器直流电压、输出有功功率和无功功率的响应曲线，验证了卸荷电路对于提升系统低电压穿越能力的重要性。研究了系统在不同程度电网电压短路故障的低电压穿越特性。仿真结果表明，在风电系统可承受的范围内，电网电压跌落程度越大，持续时间越长，给系统造成的不良冲击越大，系统振荡越强烈，当故障切除时，系统恢复稳定的调整时间也越长。