大力发展可再生能源是世界能源发展的必然趋势,建设以风能和太阳能为主导的高比例可再生能源电力系统已成为我国新型电力系统建设的主要目标,但可再生能源发电系统（如风力发电系统及光伏发电系统等）通过电力电子装置与电网相连,通常不具备传统同步机组的自然惯量支撑,导致高比例可再生能源电力系统呈现出惯量响应不足的特征,频率响应能力出现缺口,系统频率稳定性面临巨大威胁。为应对惯量不足引发的频率稳定性问题,国内外都提出了由新能源机组提供虚拟惯量的替代方案。通过增设虚拟惯量可有效支撑系统频率响应,但研究表明不合理的虚拟惯量参数设置可能导致系统小干扰功角稳定性失稳,反而使本来就愈发突出的小干扰功角稳定性问题雪上加霜。因此,在对虚拟惯量参数进行设置时,应在提供足量系统频率响应的前提下,同时满足系统小干扰功角稳定性需求。本文面向系统安全稳定运行要求,在同时满足系统频率约束和小干扰功角稳定性约束的条件下对风电场虚拟惯量参数进行优化,具体研究内容如下:1、分析虚拟惯量参数对频率约束和小干扰稳定性约束的影响机理。本文通过理论推导证明了增大风电虚拟惯量参数有助于系统满足频率约束,保障系统频率稳定;进一步通过理论推导和仿真分析验证了风电虚拟惯量参数与小干扰功角稳定性紧密相关,虚拟惯量对小干扰功角稳定性的影响并无一般规律,该影响与虚拟惯量的位置和参数大小相关,虚拟惯量参数设置不当可能引发低频振荡,威胁系统安全稳定运行。因此,为保障系统安全稳定运行,在对虚拟惯量参数进行优化时,应同时考虑系统频率约束和小干扰功角稳定性约束。基于以上思想,本文从“确定性优化、优化算法加速、概率性优化”三个方面提出考虑系统频率约束和小干扰功角稳定约束的风电虚拟惯量参数优化方法研究框架,引出后续研究内容。2、提出同时计及系统频率响应和小干扰功角稳定的风电虚拟惯量参数优化方法。针对现有虚拟惯量参数优化方法通常仅考虑系统频率响应需求,优化后的参数有可能导致小干扰功角稳定性恶化的问题,本文以小干扰功角稳定性最优为目标,考虑系统频率约束,建立了风电虚拟惯量参数优化模型。针对系统频率约束为超越函数求解困难的问题,通过系统频率约束与虚拟惯量关系式的推导,将系统频率约束等效转化为线性虚拟惯量最小需求约束,降低了优化模型求解难度。算例仿真结果表明,所提方法优化得到的风电虚拟惯量参数在满足系统频率约束的同时,可有效提升系统小干扰功角稳定性,使系统尽可能满足小干扰功角稳定约束需求,有助于保障系统安全稳定运行。3、提出基于数据驱动显式稳定约束的含虚拟惯量快速频率响应参数优化方法。考虑快速频率响应参数时无法再将含超越函数的系统频率约束其转化为线性表达式,且小干扰功角稳定约束为基于微分方程的隐函数,导致优化模型求解困难。针对以上求解难题,通过数据驱动方法提取系统频率约束和小干扰功角稳定约束特征,将复杂隐式约束转化为线性显式约束,将非线性非凸优化问题转化为线性优化问题。针对大规模全场景数据生成难题,提出快速定位稳定边界的高效数据生成方法,通过抽样空间压缩使抽样样本聚集在边界附近,可实现通过较少的样本获得较为精确的稳定边界。算例仿真结果表明,本文所提方法在同时满足系统频率约束和小干扰功角稳定约束的前提下,计算效率可提升近4倍。4、提出面向电力系统概率稳定性提升的风电虚拟惯量参数优化方法。本文针对风电的概率不确定性,进一步研究了概率稳定性与风电虚拟惯量参数优化之间的关系,建立了以同时满足电力系统频率约束和小干扰功角稳定性约束的概率最大为目标的风电虚拟惯量参数优化模型,提出了基于灵敏度分析的电力系统概率稳定性优化算法。针对目标函数与虚拟惯量参数灵敏度表达式难以直接获得的问题,以阻尼比作为中间变量求解目标函数与虚拟惯量参数的灵敏度,并将灵敏度作为牛顿梯度代入优化算法进行求解。算例仿真结果表明,所得优化结果在满足系统频率约束的前提下,将满足系统小干扰功角稳定性约束的概率从15.25%提升至99.57%。综上所述,本文所提风电虚拟惯量参数优化方法在满足系统频率约束要求的前提下,可同时满足系统小干扰功角稳定性约束,为通过虚拟惯量参数优化设置保障电力系统安全稳定运行提供了技术支撑。