频率是电能质量的三大标准之一,随着风电渗透率逐年递增日益严重,因此风力发电系统主动参与电力系统调频是风电发展的必然选择。当前风电机组调频主要集中于风机侧调频,但此时风机组一直是“欠功率”运行,风机未能运行在最大功率点处。为了实现风能资源的最大程度的利用,基于直驱式风力发电系统,本文结合储能系统和负载侧逆变器,对风电系统在负载侧调频控制展开了研究。为了解决一次调频响应中系统低惯性的问题,虚拟同步发电机(VSG)控制通过在逆变器中引入同步电机转子运动方程,模拟同步电机调频性能。由于VSG控制参数影响系统稳定性,本文结合当前参数设计方法,提供了一种应用范围更为广泛的参数设计方法。通过建立小信号数学模型,观察控制参数对功频特性及功率环路特性的影响,分析产生功率震荡的原因,引入功率环路剪切频率对控制参数进行约束,提出参数设计方案,并对设计效果进行理论分析及仿真验证。针对VSG二次调频动态过程中出现的频率越限问题,提出了一种改进的控制方案。该控制在传统VSG二次调频的基础上增加了比例前馈通道,抑制了二次调频动态过程中的频率越限。针对该控制结构,分析了控制参数对系统动态和稳态性能的影响,给出了参数设计方法,通过仿真验证了参数设计方案的有效性。针对实际微电网运行时不同频率波动,需要对不同程度的波动分别实现一次调频控制与二次调频控制。本文通过设计频率双馈自恢复控制的停止/启动,实现一次调频模式和二次调频模式的平滑切换,优化了储能系统出力方式,提高了系统运行效率,通过仿真验证了该控制方案的可靠性。在理论分析和仿真验证的基础了,本文设计风电系统网侧逆变器实验平台,并从硬件和软件两个方面对实验平台进行介绍。最后基于该实验平台,分别进行了一次调频、二次调频和自启动策略实验,对实验结果与理论分析、仿真结果相比较,验证了本文所采用的控制策略的合理性与有效性。