随着全球范围内风电渗透率的持续提升,风电机组对传统机组的替代也进一步深入。然而,风电机组通过电力电子变流器并网,其转子与电网频率解耦,并不具备传统同步机组的频率响应能力。在高风电渗透率的区域电网中,大量风电机组对传统机组的替代使该区域电网的总惯量降低,电力系统的调频备用容量与频率稳定性被削弱。因此,如何利用风机自身的调频潜力提升系统频率稳定性需要深入研究。此外,在可再生能源大量接入以及传统机组调频能力存在局限性的背景下,储能系统因其快速功率跟踪能力被认为适用于电力系统的调频控制。然而,其昂贵的投资与运行成本限制了其单独参与调频的可能性。综上,研究如何通过风、储的特性互补,将二者有机结合,构建风-储联合系统的主动频率响应机制,使风电机组具备主动参与电网调频控制的可靠调频能力是亟待解决的问题。在对国内外现有相关研究工作全面总结的基础上,本文结合模糊逻辑算法、模型预测控制理论、电力系统频率控制理论以及变速风电机组控制原理,针对电网调频控制的不同阶段与场景,构建了具备多场景适应性与可靠性的风-储联合系统主动参与电力系统调频控制的技术方案,以提升高风电渗透率电力系统中风电机组的主动调频能力。本文所开展的主要研究工作如下:1)在变速风电机组参与系统惯性频率响应的控制方法层面上,首先,本文对变速风电机组的风力机和转子侧变流器的运行原理进行了详细推导和理论分析,构建了其数学模型,对双馈感应型风电机组有功功率的矢量控制方法进行了论述,为风电机组有功控制环节的改进以及参与系统调频的控制策略提供了理论依据。其次,在此基础上,对基于动态功率追踪的风机惯性响应控制策略进行了研究,在双馈风电机组的有功控制环节中附加惯性响应控制模块,该控制模块根据系统调频需求而对风机功率追踪曲线进行动态修正,构建了风电机组与系统频率波动特征值之间的动态响应机制,使风电机组能够利用其转子动能进行快速频率响应。最后,通过仿真,验证了该控制策略对于提升风电机组惯性响应能力的可行性,为后续风-储联合调频研究的开展奠定了理论基础。2)在风-储联合系统参与电网短期频率响应的控制层面,提出了基于风速分区的风-储短期频率响应控制策略。首先,该控制策略聚焦于变速风电机组的有功控制环节,构建了基于模糊逻辑控制的风-储协同运行机制,通过动态决策风-储系统的短期频率响应有功参考值和风力机转子动能的调频参与系数,建立了风电机组与系统频率的耦合关系以及风、储间的动态配合机制。其次,根据不同风速下的风电机组运行特性,进行风速分区,针对不同的风速区间构建了适应该区间转速-功率特点的运行策略。最后,通过仿真,验证了该控制策略的有效性,不仅有效提了升风-储系统的短期频率响应能力及其对复杂风况的适应性,还缓解了风电机组转速恢复过程中的频率二次跌落问题,改善了高风电渗透率电力系统的频率稳定性。3)在风-储联合系统长期参与电网调频的运行与优化配置层面,提出了考虑风机动态备用水平的风-储频率响应运行与优化配置策略。首先,构建了风-储频率响应的协同运行模型,构建了考虑风机备用水平的调频需求动态分配框架,根据风机实时减载水平以及储能的荷电状态,建立了风-储联合系统的实时频率响应评估体系。基于此,在风-储系统内部进行系统调频需求的动态分配,实现了二者的灵活配合。其次,基于协同运行策略,构建了储能容量与各时段风机备用水平的优化配置模型。从风场运营者角度出发,考虑了储能设备的投资与运行成本,风机减载运行的机会成本以及辅助服务市场的调频收益,以风-储系统的全年运行成本最小为目标进行优化。最后,通过改进的粒子群算法优化求解储能容量与不同时段的风机备用水平,通过与其他运行控制策略的对比,验证了本文所提控制与优化配置策略的有效性,使风-储系统在具备长期参与系统频率响应能力的同时,提升了联合系统参与调频的经济性。4)在多区域互联电力系统AGC层面,提出了基于分布式模型预测控制的风-储系统主动参与多区域互联电网AGC的优化控制策略。首先,基于分布式MPC框架,在互联系统的各子区域中构建了含风-储系统与传统火电机组的AGC联合响应模型,该模型根据当前互联系统的频率特征以及不同类型机组的出力特性,对子区域MPC控制器的优化控制变量进行动态修正。其次,提出了基于模糊逻辑的动态AGC需求分配策略,根据风电场与储能的实时运行状态,在风-储系统内部灵活分配AGC调节需求,从而使风-储系统具备适应时变风速的可靠AGC响应能力。最后,各子区域MPC控制器在每个优化控制间隔与相邻区域交换控制状态与预测信息,并进行滚动优化,在互联系统层面上提升了风-储系统的AGC优化控制效果。算例仿真表明,所提控制策略能够充分利用各区域风-储系统的频率响应潜力,弥补了传统机组的调频特性的不足,提升了多区域互联系统的AGC控制效果。