大力发展可再生能源、构建以新能源为主体的新型电力系统是助力“双碳”目标实现的重要途径之一。随着越来越多的风力发电接入电力系统,电力系统的安全稳定运行面临着更多的挑战,尤其在频率稳定方面。因此,电力系统对风力发电机组/风电场的运行要求越来越高,尤其在风力发电参与电力系统调频方面。为此,本文以直驱型永磁同步风力发电机组/风电场为研究对象,从“多风速场景”、“多控制层面”与“多调频功能”三方面围绕风力发电系统主动频率支撑控制技术开展了理论研究,以提升风电参与系统调频的能力,完成的主要工作如下:一、分析了直驱型永磁同步风力发电机组运行特性,探究了低电压穿越准则应用问题。介绍了直驱型永磁同步风力发电机组的数学模型,分析了直驱型永磁同步风力发电机组正常运行工况和低电压穿越工况下的运行特性。针对风电并网标准中关键的低电压穿越准则,围绕低电压穿越曲线和动态无功电流支撑两方面,对其在风力发电机组层面与风电场层面的应用问题进行了探究,考虑边界情况定量地提出了一条适用于风力发电机组的低电压穿越曲线,并分析指出了仅靠风力发电机组的动态无功电流支撑无法满足对风电场的要求。二、分析比较了传统风电短期调频方法特性,提出了扰动自适应风电短期调频方法。概述了传统电力系统的频率调节体系和频率调节评价指标,并分析了大规模风电并网对调节体系和评价指标产生的影响。归纳整理了传统风电短期调频方法,并分析比较了不同传统方法的特性。通过根据频率扰动事件进程分阶段整定惯性增益和下垂增益的方式,提出了扰动自适应风电短期调频方法,解决了风电短期调频方法的控制参数难以整定的问题。所提出的方法兼顾了频率支撑和转速恢复环节,可有效提升频率最低点、减少准稳态频率偏差。三、分析了高风速情形下变速风力发电机组理论转速运行范围,提出了高风速情形下直驱型永磁同步风力发电机组宽转速运行控制方法。基于变速风力发电机组运行特性,理论分析了高风速情形下变速风力发电机组的转速运行范围。基于转速运行范围的分析,考虑了正常运行、额外有功需求和低电压穿越的多工况,提出了高风速情形下直驱型永磁同步风力发电机组宽转速运行控制方法,以期形成虚拟飞轮系统,从而既可释放能量又可吸收能量,以此提升高风速情形下变速风力发电机组参与系统短期调频能力。讨论了变速风力发电机组旋转动能在系统频率调节方面的应用潜能和高风速情形下变速风力发电机组运行转速平滑过渡的关键问题。四、提出了无风速测量的变速风力发电机组定比例差值降载运行控制方法,提出了无风速测量的风电场降载运行控制方法。考虑到风电场的降载运行控制依赖于场内风力发电机组的降载运行控制,基于变最佳功率系数（超速）和桨距角生成额外有功参考值（变桨距）结合的方式,提出了无风速测量的变速风力发电机组定比例差值降载运行控制方法。基于场内风力发电机组的同比例降载运行控制,提出了无风速测量的风电场降载运行控制方法,解决了风电场调度指令难以制定的问题,实现了风电场两种降载运行模式,并介绍了基于降载运行模式的风电场参与二次调频方法,以此提升风电场参与长期调频能力。