能源和环境保障是当今人类生存和可持续发展所要解决的紧迫问题。风力发电作为一种可持续发展的新能源,不仅可以节约常规能源,而且减少环境污染,具有较好的经济效益和社会效益,越来越受到各国的重视。现代风电机组控制性能优良指标,大体可以分为三类:维持风力机安全稳定运行,获得高效风能利用率,提高发电机输出电能质量。风电机组系统变桨技术,由最初的定桨距失速控制发展到变桨距控制,是现代风电机组不可或缺的组成部分。首先本文讨论了兆瓦级风力发电机组的基本结构,并从空气动力学的角度分析了风电机组能量转换过程。通过风力机的风能吸收利用系数Cp、叶尖速比以及转矩系数CT研究,给出了风力发电机组对其变桨控制系统的总体要求,为后文变桨控制器的设计及变桨实验平台奠定了基础。然后,建立了电动变桨风力发电系统数学模型,利用SIMULINK通过确立语言变量、制作离散控制查询表等过程完成了风电机组变桨控制器的设计,建立了带有PID自整定控制器的风力发电系统仿真平台,并与常规PID控制系统进行了仿真对比,以风电机组转矩和发电机功率输出误差绝对值积分为评价指标,表明所提出的控制方案可以满足风电机组对变桨系统高稳定可靠性的要求。进一步,本文对风电机组电动变桨系统电气结构进行了分析设计。分析了独立变桨距伺服控制系统结构,讨论了伺服执行机构系统的电机选型与伺服控制策略;提出了采用中央控制柜作为系统配电单元,并根据本文实验平台特点在伺服驱动器与变桨主控制器之间进行总线通讯的电控系统结构。最后,为风电机组变桨距系统硬件平台上完成了以BECKHOFF CX1010为变桨主控制器的系统组态及功能模块的开发与调试;根据风电机组实际运行模式,完成了风机主控系统与变桨伺服执行机构的连接;设计了变桨控制策略流程并编制了风电机组变桨控制程序,完成了配置组态及人机界面的开发。