随着风力发电技术的成熟和风电产业的快速发展,风力发电被认为是最具应用前景的新能源发电方式。近年来,世界各国大力发展风力发电,风力发电规模逐年增大,风电在各国电网中渗透率也不断增加。各国电网也对风电场接入电网以及参与电网服务提出了越来越高的要求,要求风电场能够像常规发电站一样能够在稳定输出电能的基础上参与电网调频服务。如何在风速随机波动条件下,充分利用风电机组发电能力、响应特性和运行状态信息,快速响应电网频率变化是风电场参与电网调频亟需解决的问题。为了解决上述问题,本文针对风电场快速参与电网一次调频和二次调频的控制方法展开了研究。本文主要内容如下:第一,总结了国内外风电场参与电网调频的研究现状,分析了现有研究中风电场参与电网调频存在的问题;结合电网调频过程不同阶段的特点,得出风电场参与一次调频和二次调频的控制目标和总体方案。第二,针对风电场参与电网一次调频及时缓和频率变化问题,提出采用机组减载运行自发提供模拟惯量响应的有功功率控制方法。设计了运行于低风速区的风机减载曲线,减载运行的机组优先选取运行于低风速区的风机,以尽量避免高风速区机组变桨动作的响应慢问题;设计了模拟惯量响应控制方法,以利用机组转速改变释放、吸收动能从而为电网提供短时的有功调节。第三,针对风电场参与电网二次调频有功功率跟踪问题,提出一种基于模型预测控制(MPC)并与机组状态分类相结合的风电场有功功率控制方法。其贡献如下:1)提出了风电场有功功率控制中各类风电机组的状态分类方法并建立了分类机组的等效模型;2)提出了一种三层控制结构,该三层控制结构由基于风电机组状态分类的各类机组功率分配模块,各类风力发电机组的分布式MPC控制器以及同级风力发电机组的分布式功率分配模块组成。该方法能够缩短风电场跟踪电网调度值的调节时间。基于上述研究工作,将本文所研究的一次调频和二次调频控制方法在应于由NREL风电机组组成的风电场参与电网调频仿真实验中。实验结果表明,本文提出的风电场有功功率控制方法在参与电网一次调频和二次调频过程中,均达到了有效的辅助调频作用,且风电场参与电网调频的快速性优于相应的传统方法。