风能是快速增长的可再生能源之一,目前已经成为世界第三大能源。随着风电渗透率提高,具有波动性和不确定性的风电并网对电网安全稳定运行影响更加显著。大型风电场集群参与电网调频可以缓解电网调频压力从而增强电网频率稳定性,但频繁变化的风电机组功率参考值使其频繁变桨变速增加了疲劳载荷,影响风电机组的使用寿命,因此有必要对考虑疲劳载荷的风电场集群调频控制策略进行研究。研究针对机-场-群三层控制方法进行研究。由于风电机组在参与调频之后需要降功率运行,因此在风电机组层研究中,首先改进美国国家可再生能源实验室的NREL-5WM机组模型,然后着重研究能够降低机组疲劳载荷的升叶尖速比控制策略,提出通过减小力矩波动减小机组疲劳载荷的方法,为后续研究提供理论基础。风电场层提出基于风电机组疲劳载荷灵敏度的有功功率分配方法降低风电机组的疲劳载荷。首先建立风电机组状态空间方程,重新推导疲劳载荷灵敏度的解析方程,得出低速轴扭矩波动ΔM_s和塔筒弯矩波动ΔM_t与风电机组功率参考值的关系式。然后以风电场中所有风电机组疲劳载荷总量最小化为目标,以跟踪功率参考值为约束,建立有功功率分配模型,采用二次规划优化算法计算每台风电机组的功率参考值。最后针对不同工况对控制器进行测试,并通过比较累计雨流循环和等效损伤载荷验证提出的风电场有功分配方法的优势。集群层提出一种兼顾风电机组疲劳载荷与电力系统频率响应的系统辨识自适应最优PID控制方法。首先,考虑风电机组低速轴扭矩和塔筒弯矩所承受的疲劳载荷改进风电机组模型,建立包含火电、水电和风电的双区域负荷频率控制模型。然后,兼顾系统频率响应和风电机组疲劳载荷设计系统辨识自适应PID控制器,基于频率响应和疲劳载荷两个目标,采用差分进化算法对系统辨识自适应PID控制器参数进行优化。最后分析不同负荷扰动和系统参数下的频率与疲劳载荷结果,并在不同风况下测试风电参与调频的效果。