在国家的“十四五”新能源规划中,明确指出在2060年实现碳中和目标,碳中和的目标与愿景对于能源电力低碳化转型提出了更高要求,大力发展新能源成为助力实现低碳减排目标的必然选择。各大电力企业加快能源转型步伐,不断加大对于风、光等新能源业务的布局与投入。基于新能源高渗透率的电力系统会具有变流器的低惯量,低阻尼等特性,降低了系统对频率的调节能力;新能源的间歇性与随机性特性增加了系统出现频率扰动的概率,威胁了系统频率稳定;另外,当系统发生直流闭锁、切机或负荷突变等紧急情况时,基于新能源高渗透率的系统响应速度过快,频率波动较大,进一步降低了系统的安全稳定运行水平。因此,研究新能源风电场参与电网调频的运行控制策略对提高电网频率稳定性和风电接纳能力具有重要意义和应用价值。虚拟同步发电机（VSG）技术利用电力电子变流器快速响应特性,将同步发电机组的电气和机械特性引入变流器的控制策略,从而改善新能源并网变流器的输出特性,使其具备同步发电机相类似的电压和频率调节能力。针对如何设计合理的控制策略和参数,实现多VSG间功率合理分配和协同运行等关键技术问题,本文重点研究双馈风电机组频率特性、基于虚拟同步发电机技术的风-储系统调频策略、基于多虚拟同步发电机的风电场多时间尺度调频方法等内容,并通过理论分析、仿真和实验验证,为风电场支撑电网频率稳定性提供理论和技术基础。研究内容主要包括以下几方面:（1）研究双馈风电机组多时间尺度调频特性。类比双馈风电机组与传统同步发电机调频特性的异同点,探讨双馈风电机组参与电网一次调频过程。分析双馈风电机组不同调频策略的实现原理和优缺点,研究频率变化对双馈风电机组暂态、稳态过程影响,并揭示相关规律。基于风电机组虚拟惯量、下垂控制的不同响应时间尺度,提出一种计及不同响应时间尺度的DFIG组合调频策略,为后续研究提供理论基础。（2）研究基于储能虚拟同步发电机技术的调频策略。结合同步发电机电磁方程和机械转矩方程,搭建逆变器控制的虚拟调速器与虚拟励磁器模型,实现了储能VSG的一次调频、调压功能,并通过小信号方程分析虚拟机械转矩主要参数虚拟惯量、虚拟阻抗以及单位功率调节系统对系统频率稳定性的影响,为参数选取提供一定理论依据;为避免锁相环对VSG调频和并离网过程带来的不利影响,提出一种基于虚拟阻抗的虚拟同步发电机并网控制方法,实现了孤/并网平滑切换以及并网稳定运行。（3）研究基于虚拟同步发电机技术的风-储协调调频优化方法。基于风-储VSG频率响应函数,分析风-储VSG调频特性,综合考虑风电机组与储能VSG出力特点,提出基于风电机组惯量释放和储能VSG稳态支撑的风-储协调控制策略,通过风电场与储能系统并行出力方式,在降低储能系统容量需求的同时充分发挥风电机组短时功率支撑作用。采用本文控制策略可在稳定系统频率的基础上大幅降低储能系统容量配置,提高风电场调频经济性。（4）研究多虚拟同步发电机的风电场一次、二次调频协调控制方法。针对风电场一次、二次调频协调控制存在的超调和反调等问题,建立多虚拟同步发电机的并网传递函数,分析VSG并网台数、虚拟惯量、输电线路阻抗、电网阻抗变化时,多VSG并网系统的功频振荡特性和影响规律,并进行仿真验证;针对现有集中式调频风电场无法提供惯量支撑的问题,提出了多VSG风电场虚拟惯量自适应的一次、二次调频协调控制策略,能够自适应调节虚拟转动惯量系数,有效地降低频率和功率给定变化时的振荡现象,验证所提控制一次、二次调频协调策略的有效性。（5）搭建硬件在环平台,并在多种场景下验证相关结论。搭建了DFIG组合调频半实物仿真平台、基于储能虚拟同步发电机的孤网和孤网转并网半实物仿真平台,对所提相关控制策略进行了实验验证,验证了本文所提关键技术的正确性与有效性。