随着风电装机容量的不断增大，局部地区的风电渗透率已达到较高水平，形成了高比例风电电力系统。风速波动易造成系统有功不平衡，同步发电机组的调频容量和速度难以满足系统调频需求，可能导致电网频率越限；此外，风电并网点电压易受风电功率的影响，可能导致并网点电压波动等问题。结合风速预测信息制定调度计划，能够缓解风速波动下的电网频率问题，但风电功率预测误差给系统有功平衡和频率稳定带来了新的挑战；加装无功补偿设备能够在一定程度上平抑并网点电压变化，但无法兼顾响应速度和补偿容量。变速风电机组具有快速灵活的功率控制能力，但其一般采用最大功率跟踪控制，且运行于单位功率因数下，无法为电网提供有效的有功和无功支撑。为此，本文研究了风速波动下电网频率和并网点电压的变化特性，分析了风速波动下变速风电机组调频容量和无功容量的动态变化规律，建立了多时间尺度优化模型，从系统层面上协调机组能力与系统需求之间的关系，进而通过变速风电机组减载实现电网频率和电压控制，主要内容如下：
　　①当高比例风电接入造成系统调频需求无法满足时，考虑风电功率预测误差、负荷变化、变速风电机组减载控制约束、同步发电机组旋转备用和系统运行成本对风电减载率的影响，提出基于风电最优减载的电网频率控制思想。考虑风速波动下系统调频需求和变速风电机组调频容量的动态特性，建立了考虑风电调频的优化模型，通过少量弃风将电网频率维持在可接受范围内，并通过算例进行验证。
　　②风速波动下，当系统无功容量不足导致并网点电压越限时，考虑风速波动下风电场无功容量和系统无功需求的动态特性，提出基于动态无功需求的电压控制思想。根据变速风电机组无功容量和有功出力的约束关系，建立了考虑动态无功需求的优化模型，通过少量弃风解决了风速波动影响与风电场无功容量受限之间的矛盾，保证风速波动下并网点电压不越限，并通过算例进行了验证。
　　③若风电场降低的有功出力对并网点电压的影响无法忽略时，基于风速波动下的有功-无功-电压耦合特性，提出了基于有功无功协调的电压控制思想。充分考虑风电场降低的有功出力对其无功容量和并网点电压的影响，建立了考虑风电调压的有功无功协调优化模型，制定了通过更少量的弃风，使并网点电压稳定以及系统运行经济性最好的风电场出力方案。