随着世界经济的迅猛发展，人类对于电能的需求也与日俱增。相较火力发电，风力发电由于具有清洁、可再生、经济效益高等优点受到世界各国的广泛青睐。但风电出力的随机波动和不可控性对电网的安全经济运行形成了严峻挑战。为了维持电网的电能质量，许多地区不得不大量弃风，又造成了资源的严重浪费。为了克服以上问题，提高资源利用率，增强风电并网后电网频率的稳定性，就需要提高对风速和风电功率的预测准确度，针对风电的变化特性对风电不确定性给电力系统频率稳定带来的影响进行合理评估，并采取有效手段控制风电的扰动影响。但现阶段，从风电出力的不确定性出发，对电网结构和电网频率影响的分析研究还稍显不足。因此，本文从区间预测和功率谱分析两个角度，对风速波动的不确定性进行描述。采用集对分析理论对风速区间进行预测，为研究考虑风电不确定性的电网调频特性提供基础。为能够与频域范围的风机模型更好地衔接，本文分析了风速变化速率对电网的动态特性的影响，并对风电场风速和风电功率的开展频谱分析。其次，建立包含风电机组的刚性集结多机并网运行数学模型，用以研究风力发电所带来的不确定性对电力系统调频特性的影响。利用随机过程的分析方法，对考虑风电不确定性的电网一次调频的动态能力进行研究。从仿真分析和数值量化两个方面分析出各因素对一次调频能力的影响程度。最后，利用考虑风电不确定性的电网二次调频的数学模型，研究各因素对电网二次调频性能的影响。应用风速区间预测结果，估计出电网调频能力的范围。同时，研究考虑风电不确定性的电网一次调频与二次调频的控制频段，分析风力发电机组并网对电网性能的影响。通过仿真研究指出，风电大规模并网将使电网调频安全裕度降低，不利于电网的安全稳定运行。以上的研究成果可用以指导优化多种发电机组的配合、提高风能利用率，为电网调度指令的安排提供合理参考，对提升电力系统运行的安全性、经济性和环保性等具有重要意义。本文工作得到国家高技术研究发展计划(863计划)重大项目《高渗透率间歇性能源的区域电网关键技术研究和示范》（2011AA05A105）的资助。