大规模风电并网带来的电力系统调峰、调频等有功功率调节及控制问题已成为限制风电进一步发展的重要因素。抽水蓄能电站作为目前电力系统中最为成熟的大规模储能工具,其灵活的调峰和调频性能使其在风电并网系统中的地位愈发重要。然而目前多数抽水蓄能电站仍然延续了其在传统电力系统下的运行及控制方式,未针对大规模风电并网情形作出相应的转变,极大地限制了抽水蓄能电站在风电并网系统中的调节功效。为针对性地提高抽水蓄能在大规模风电并网系统中的有功调节能力,本论文依据时间、空间尺度逐步细分的原则,建立了抽水蓄能电站的多尺度优化运行及控制框架,从而最大限度地发挥了抽水蓄能电站在各尺度下的有功功率调节能力,解决了由风电出力反调峰及快速波动带来的系统有功功率平衡问题,对大规模风电并网消纳及风电并网系统的频率控制起到了积极的改善作用。论文首先从时空序列的角度对风电场出力特性进行了分析和建模。采用多时间尺度的风电场实测功率数据为样本,对风电场出力的各项特性进行了统计分析,着重探讨了多风电场出力的时间-空间耦合相关特性。基于对实测数据的统计分析,采用时空自相关移动平均模型(STARMA)在统一的模型下实现了对多风电场出力序列时间相关性和空间相关性的同时模拟。模型测试结果表明,提出的风电场出力时空序列模型不仅很好地模拟了实测风电场出力序列的时间自相关性,同时也保证了多风电场出力序列的空间相关性在时间维度上的位移性质,从本质上还原了实际风电场出力的时空耦合相关特性。利用该模型可产生大量与实际风电出力统计特性相同的模拟数据,是大规模风电并网系统运行与规划等研究的基础。针对大规模风电并网下的电网弃风问题,论文从电力系统角度对抽水蓄能电站的调峰运行进行了详细研究。基于风电出力反调峰性引起系统弃风的机理分析,以系统弃风量最小为优化目标,考虑电力系统运行约束以及抽水蓄能电站运行特性,建立了风电并网系统中抽水蓄能电站调峰优化的混整数规划模型。以此模型为基础,对常规机组出力限制、输电线路传输容量等影响风电并网系统弃风的因素进行了验证,并就抽水蓄能电站减少风电并网系统弃风的调峰出力进行了优化。最后,结合风电场出力序列模型,对大规模风电并网系统中抽水蓄能电站的最佳容量配置进行了计算。而在大规模风电并网系统的频率调节方面,论文对抽水蓄能机组的调频控制策略进行了改进,提出了抽水蓄能机组的一次调频鲁棒控制策略。基于风电场短时功率波动的统计分析,结合抽水蓄能电站的详细动态特性,建立了包含风电出力特性权重的广义电力系统状态方程。以此广义电力系统模型为控制对象,采用基于线性矩阵不等式的Hoo鲁棒控制算法推导得到了抽水蓄能机组的一次调频鲁棒控制方程。测试系统时域仿真结果表明,采用鲁棒调频控制策略的抽水蓄能机组对风电出力波动的响应幅度增加,系统频率偏差得到明显抑制,同时系统常规火电机组的调频负担减小,风电出力波动对火电机组运行的影响程度降低。除此之外,为进一步拓宽抽水蓄能电站对风电的调节范围,论文还对抽水蓄能电站抽水功率的调节能力进行了研究,提出利用三机式抽水蓄能机组和变速抽水蓄能机组在抽水工况下的功率调节能力对风电波动进行平抑。基于三机式抽水蓄能机组和变速抽水蓄能机组的运行特性分析,建立了二者详细的动态模型及相应的功率调节控制策略,并就此模型对三机式机组和变速机组在抽水工况下的风电波动调节过程进行了仿真,结果显示,通过对抽水蓄能机组在抽水工况下的功率进行调节,有效地减少了风电出力波动造成的系统频率偏差,证实了抽水蓄能电站在抽水工况下对风电波动进行调节的可行性。随着我国大规模风电基地的建设与发展,风电并网消纳及风电并网系统的频率控制等问题日益突出,因此,本论文针对抽水蓄能电站调峰优化、调频控制方式及策略的研究成果,对促进大规模风电的发展具有十分重要的理论价值和实践意义。