风力发电作为清洁无污染、可永续利用的能源,对于调整产能结构、节约资源、保护生态环境、促进国民经济健康稳定发展具有重要意义。我国正处于能源结构转型期,未来风电渗透率将逐渐增加,因此在风电渗透率较高的地区变速风机如何有效的参与一次调频已成为研究热点。文中根据现有研究成果,发现仍存在一些问题尚未深入研究:一是超速控制下超速点的求取。超速控制下转子运行参考转速随减载率变化而变化,而功率与转速非线性相关,增加了采用数学推导求取转速值的难度;二是如何利用风机桨距角使风机响应系统频率;三是缺少一种适用于全风况条件下的协调控制策略。针对以上问题,本文首先分析了双馈风电机组工作原理,在DIg SILENT 2016中建立了双馈风机的风轮、轴系、异步发电机及桨距角控制模型,对双馈异步发电机及其换流器矢量定向方法进行深入研究。其次,理论和实验都表明双馈风机并网会严重削弱系统等效惯量,降低频率调节能力。利用海南电网风电数据,定性和定量分析了15min,1h,3h,6h不同时间间隔下风力发电功率的波动情况,表明在一次调频期间下,可以忽略风电的波动效应,通过适当调节措施,双馈风机能够提供稳定调频服务。最后,本文提出了适用于全风况条件下,在最大功率追踪区采用惯性与超速相协调,而在恒转速和恒功率区采用惯性与桨距角联合的协调控制策略。设计了超速环节控制模块,利用不同叶尖速比和桨距角对应的Cp值表格数据简化超速下转子转速的求取过程;针对风能利用系数与桨距角和叶尖速比的复杂非线性关系,通过数学运算,文中设计了桨距补偿和频率与桨距角的响应模块。仿真结果验证了超速计算模块、桨距角控制方案的有效性,证明所提协调控制策略能充分发挥各控制方式的优点,适用于风机的各种风速运行条件,实现双馈风机调频需求。