由于风能的间歇性、波动性,电力系统需要预备更多的调频容量来维持系统频率稳定,不仅增加了运行成本,而且随着区域性大规模风电的并网,严重削弱了电力系统的惯性响应及一次调频能力。因此如何在风电有效出力的预测范围内,灵活控制大规模风电集群的有功出力,使其具备有效的惯性响应及一次调频能力已成为目前研究的热点。首先,分别建立了普通异步风电机组和变速风电机组的数学模型,并基于此分析了两种机型并网后频率响应特性的区别:普通异步风电机组由于发电机转子转速与系统频率之间存在强耦合联系,对系统表现为“有惯性”,变速风电机组由于机端变流器的存在,在系统频率波动时表现为“弱惯性”或“无惯性”;对于变速风电机组组成的风电场,风电场并网规模越大,在出现大扰动后,系统的频率稳定性及恢复效果越差。其次,在变速风电机组传统分区控制原理的基础上,分析了变速风电机组的功率输出特性;通过分析目前较为成熟的几种减载控制方式的工作原理,对不同减载控制方式的频率响应特性及适用工况进行了理论分析比较及仿真验证。最后,根据变速风电机组的分区运行特性及各减载控制方式优缺点比较,在尽可能考虑风电机组减载运行经济性的前提下,提出了依据风速分段的变速风电机组调频减载控制策略;为避免因风速频繁变化及其测量误差引起的噪声波动导致机组减载模式频繁切换,引入了皮尔逊形态指标的机组风速聚类分群方法;应用改进型欧拉滑动平均预测模型使分群后的各机组在不同时间尺度上对系统所需调频出力进行协调,使惯性与一次调频相结合,实现系统频率优化调整。仿真结果表明,基于改进型欧拉滑动平均预测模型的多时间尺度协调优化策略能够使大规模风电集群具有可控的惯性响应以及快速、精准的一次调频能力;大规模风电集群通过内部各机组间的协调出力,满足为系统提供持续、有效一次调频服务的要求,并有效解决了大规模风电并网后系统等效转动惯量不足以及变速风电机组单纯采用模拟惯性控制参与调频造成系统频率二次跌落的问题;其中,依据风速分段的变速风电机组调频减载策略,实现了变速风电机组传统减载调频方式之间的优势互补,在尽可能储存有功备用容量的前提下,等效降低了大规模风电集群弃风弃电现象,提高了风电运行的经济性。