具有波动性、随机性、间歇性的风电机组大规模并网对电网安全稳定带来严峻挑战,多能互补是应对此挑战的有效策略。可变速水电机组具有响应速度快、调节容量大等优势,将其与风电系统进行互补发电是解决电网安全稳定运行的有效途径之一。对此,本文基于Matlab/Simulink构建了兆瓦级风水互补系统,提出了在分秒级时间尺度下利用可变速水电机组平抑风电功率波动的方法,实现了风水互补系统功率的稳定输出及风电资源高效消纳。从风水互补系统模型建立、出力特性仿真评估、调节容量配比三方面研究。具体内容如下:（1）分别搭建了由定速水电机组、双馈可变速水电机组、全功率可变速水电机组与风电系统组成的风水互补系统数学模型,其中包括风轮机模型、水轮机模型、同步发电机模型、双馈发电机模型以及相关控制策略模型,并在Matlab/Simulink平台搭建风水互补系统仿真模型。（2）确定了风水互补系统运行方式和功率平稳性量化分析的4个评估指标。通过分析风电机组不同控制区出力特性发现,风电功率波动主要集中在切入风速与额定风速之间的最大功率跟踪控制区。在最大功率跟踪控制区仿真三种常见风速变化样本,利用评估指标分析对比风水互补系统功率变化发现,在风速变化较为剧烈时,定速水电机组的互补系统功率极差较大,功率波动时间较长;两种可变速水电机的互补系统功率平稳性有明显提升,其功率基本稳定在了风电装机容量的±1%;定速水电机组适用于短时间（30s）内消除或弥补互补系统中因风速变化引起的发电量超发或缺失,两种可变速水电机组则适用于秒级时间尺度下实时平抑风电波动,其中全功率可变速水电机平抑效果略优于双馈可变速水电机组。（3）通过实际风速变化数据分析,在平均风速为4m/s～1 1m/s、随机风幅值为±1m/s的风速范围内进行调节容量配比研究较为合适。拟合了平均风速、随机风幅值与调节容量配比之间的关系式,并对其进行了验证。在本文研究中,平均风速为11m/s和随机风变化幅值为±1m/s时,调节容量配比最大,风电机组装机容量与水电调节容量配比为1:0.2019。以1:0.2019为调节容量配比,机组选择成本相对较低的双馈可变速水电机组,风水互补系统功率变化率即可稳定在风电机组装机容量的±1%;选取全功率可变速水电机组,其功率变化率可稳定在风电机组装机容量的±0.5%。