传统化石能源在促进社会经济发展的同时,也在破坏着我们赖以生存的地球环境。面临传统能源枯竭和严峻的环境问题,发展可再生清洁能源是有效解决途径之一,风力发电近年来得到了广泛的关注和发展。由于风力发电机组的强非线性和运行环境的复杂性,整个风力发电机组系统的控制器设计具有较大的难度和挑战性。本文采用加性分解方法对风力发电机组进行分析并设计控制器,将复杂的风电机组系统简化为两个子系统进行单独分析考虑,简化了原系统的分析难度和复杂度。首先,对风电机组的基本组成和分类进行了概括,并对风电机组的基本模块进行了建模分析,包括风速模型、风力机模型、传动系统模型、发电机模型和变桨执行机构模型;对风电机组运行原理和运行区域进行了分析讨论,并以额定风速为区分点将风力发电机组的控制分为变速控制和变桨控制,并对变速变桨控制的基本理论进行了介绍并制定了相应的控制策略和控制目标。其次,针对低风速情况,设计了基于加性分解方法的变速控制器对风电机组进行转矩控制。采用加性分解方法将复杂的风力发电机组跟踪问题分解为两部分:含参数不确定和外界扰动的线性时不变主系统的跟踪问题和已知非线性辅系统的镇定问题,并分别设计动态逆控制器和反步控制器,降低原复杂非线性系统的分析难度及复杂度。仿真结果表明该变速控制器在外界干扰和风电机组参数不确定情况下,能够跟随风速调节发电机转矩从而改变风轮转速,获取最大风能利用率,进而实现功率输出最大化的目标,验证了控制器的有效性。最后,针对高风速情况,设计了基于加性分解方法的非线性PI变桨控制器对风力发电机组进行变桨控制。针对含有参数不确定、外界扰动和输入饱和的风力发电机组,设计了一个非线性补偿控制器,并采用加性分解方法解决了模型中含饱和项和扰动的问题,设计了一个非线性PI控制器,简化了模型中含饱和项分析的难度,保障了风力发电机组存在输入饱和的稳定问题,并提高了系统响应速度和工作范围。仿真结果表明该控制器能够在含输入饱和以及不含饱和的情况下保持稳定,并能够跟随风速调节桨距角,实现稳定输出功率的目标,验证了控制器的有效性。