随着风电渗透率的不断提高,单机效益控制下风电机组输出功率的随机波动将严重影响电网频率稳定。此外,由于经电力电子设备并网,大规模风电接入也会弱化电力系统的惯性响应。为支撑电力系统有功功率平衡、维持电网频率稳定,风电机组按电网调频需求输出电磁功率已成为风电友好并网的迫切要求。单机效益控制利用风轮在零度桨距角下、最佳叶尖速比处风能利用系数最大的气动特性,将零度桨距角风轮跟踪对应于最佳叶尖速比的最优转速作为其运行模式。相应地,两种典型的单机效益控制通过主动调节风轮转速,使风机快速运行至最优转速。现有风机调频控制大多是在单机效益控制基础上修改得到。然而,当风机运行目标由单机效益最大化转变为按电网调频需求输出电磁功率时,传统的风轮主动变速运行模式与新的风机运行目标之间的适配性亟需讨论。为此,本文从现有风机调频控制中总结提炼出两种风轮变速运行模式,对比分析得到更加适合于长期调频运行目标的风轮被动变速运行模式,并基于该运行模式提出了改进调频控制方法。本文取得的主要成果如下:1.总结提炼出两种风轮变速运行模式,发现被动变速更适合于长期调频运行目标。对于长期参与调频的风机,其运行目标不再是最大化捕获风能,而是按电网调频要求输出电磁功率。面对新的运行目标,单机效益控制下的风轮主动变速运行模式不仅不再适用,而且是影响风机调频控制性能（包括功率指令响应性能和变桨动作量）的主要因素。因此,本文探索出有助于实现该运行目标的风机物理特性——大惯量风轮对风机不平衡功率的动能缓冲作用和近似抛物线型气动功率曲线使风机具有稳定平衡点,指出风轮被动变速运行模式更适合于长期调频运行目标。进一步地,针对限定风轮变速在零度桨距角导致频繁变桨的问题,将运行模式完善为任意桨距角风轮被动变速运行模式。2.提出实现任意桨距角风轮被动变速运行模式的风机调频控制,充分利用风轮被动变速缓解变桨动作的频繁程度。现有风机调频控制将风轮变速限定在零度桨距角下,从而导致了变桨机构频繁动作。针对这一问题,本文设计出实现任意桨距角风轮被动变速运行模式的风机调频控制,将风机调频控制策略改进为限定风轮在转速区间内被动变速的变桨控制,从而充分利用任意桨距角风轮动能缓冲。针对具体的电网调频要求设定功率指令,分别提出了风机AGC控制和平滑功率控制,在保证风机调频控制性能的同时,有效减小了风机变桨动作量。3.提出考虑复杂运行工况的模糊变参数变桨控制,提升了风轮转速调节性能。当风机运行模式转变为任意桨距角风轮被动变速运行模式时,风轮在一段转速区间内自由变化,仅在转速区间边界处启动桨距角调节,故转速区间边界处的风轮转速调节性能主要受变桨控制影响。本文研究发现,长期调频场景下,风速和功率指令变化都会对风轮转速调节性能造成不容忽视的影响,现有变桨控制难以在风速和功率指令同时变化的调频场景下获得较好的转速调节性能。为此,本文在分析风速和功率指令对风轮转速调节性能影响规律的基础上,提出同时考虑风速和功率指令变化的模糊变参数变桨控制,从而提升了风轮转速区间边界处的转速调节性能。