在风力发电机组叶轮设计中，叶轮空气动力学性能与载荷预报方法的准确性、叶轮空气动力学性能的影响因素及参数优化以及与风电场特性相结合的机组设计等，都是必须考虑的基本问题。本论文对这三方面的问题进行了研究分析。准确预报叶轮的空气动力学性能与载荷是垂直轴风机总体与结构设计的基础和关键。目前，垂直轴风机叶轮气动力性能理论预报方法有基于动量定理的流管模型和基于势涡理论的涡模型，其中流管模型计算简单快捷，被广泛应用于风机叶轮气动力性能设计。本文采用流管模型对垂直轴风机叶轮气动力性能进行研究，通过理论计算值与实型风机测试结果对比，分析流管模型在垂直轴风机叶轮气动性能预报中的准确性和局限性。针对流管模型的局限性，采用Gormont动态失速模型及其改进形式和附加阻力系数两种方法进行了修正，模型修正后的计算值与实验结果符合得较好，能准确反映垂直轴风机叶轮气动力性能的变化规律。影响垂直轴风力发电机组叶轮空气动力学性能的因素主要有叶轮形式、高径比、密实度、叶片翼型、速比等，本文对以上因素进行了详细分析，总结了垂直轴风机叶轮气动性能随各种因素变化的规律，为叶轮气动性能优化设计奠定理论基础。额定功率和额定速度是描述垂直轴风电机组性能的重要参数，而机组运行的参数应当与风电场的特性相结合进行设计。本文给出了风机全年发电量的统计方法，分析了额定速度对风电机组全年发电量的影响，并给出了结合风场特性选取风机切入、切出及额定风速的方法。