大规模风电并入电网,对系统有功功率平衡和频率调节带来了严峻的挑战。从稳态运行的角度,风电功率固有的随机波动性使得系统实现安全可靠的有功调度变得困难,增加了系统在风电出力不确定性下出现稳态频率大幅波动的风险。从动态响应的角度,通过电力电子变换器隔离并网的风电机组无法自然响应系统频率变化,使得系统惯性响应严重削弱,增加了系统在严重有功不平衡扰动下发生频率失稳的风险。为了提升高比例风电渗透电网频率安全稳定性,本文紧紧围绕大规模风电并网系统的频率分析与控制,研究了含风电系统频率响应分析方法,并展开了风电并网系统频率稳态和动态性能的改善措施研究:在稳态频率方面研究短期风电预测精度提升方法,在动态频率方面致力于提高风电厂惯性控制的稳定性和调频性能。全文主要研究内容概括如下:针对短期风电预测,提出一种基于相关性分析的输入特征选择方法和一种基于自适应神经模糊推理系统的组合预测策略,实际风电场数据的预测结果验证了所提方法对短期风电预测精度的有效提升。然后利用系统稳态频率计算方法得到风电预测误差造成的稳态频率响应,分析结果显示高精度的短期风电预测对于维持系统稳态频率处于安全范围具有重要作用。针对含风电系统扰动后频率响应分析,提出了一种融合量测与模型信息的系统频率响应预测混合等值模型(HEM),由等值转子模型,等值调速系统原动机模型和等值负荷模型三个子模型构成。其中等值调速系统原动机模型采用基于离散数据的连续时间系统辨识方法得到,等值负荷模型同样依托系统辨识技术近似计及了负荷的压变效应。在实际电网仿真数据下的算例分析验证了HEM的先进性。在HEM基础上建立含风电系统扰动后频率响应等值模型,并据此分析了系统扰动后频率响应随风电渗透率增加的演化趋势,以及风电厂一次调频控制对系统频率响应的影响。针对风电厂惯性控制,首先建立计及风电厂惯性控制的系统频率响应状态空间模型,然后解析地研究了惯性控制增益对系统稳态频率的影响,同时仿真分析了惯性控制增益对系统频率动态的影响,总结出惯性控制对系统频率稳定性的影响以及控制增益的优选方向。然后依托系统频率响应状态空间模型,利用非线性分岔理论研究了惯性控制增益对系统稳定性的影响机理。依托基于分岔理论的稳定性分析,提出了两种稳定的风电厂惯性控制策略,仿真结果验证了二者优异的调频性能和稳定性。