风力发电作为目前最成熟、最具规模化开发的可再生能源利用形式,在世界各地得到了飞速的发展。目前在国内外风电场运行的机组主要包括两种：水平轴式风力机和垂直轴式风力机,垂直轴风力机由于具有结构简单,不需要偏航装置等优点受到了很多人们的关注,但与水平轴式风力发电机比较,垂直轴风力机发展则相对滞后,其空气动力学及结构构造力学方面积累也相对不足,大型商用机型发展步伐缓慢。近年,世界各地的研究人员在垂直轴风力发电技术的研究领域做了很多贡献,使得垂直轴风力机的风轮结构以及风能利用率得到了不断的优化与提高,总体来看,该机型还是具有很好的发展前景。本文以垂直轴风力机作为研究对象,在直叶片垂直轴风力机的研究基础上对螺旋型垂直轴风轮进行了详细的研究,同时对风力机液压传动技术进行了研究,风力机的液压传动技术是最近几年新兴的一个研究领域,它是将风力机与发电机之间的机械传动替换为了液压传动,该方式具有较好的可控性和抗冲击特性。论文工作主要从四个方面开展,分别是液压传动型垂直轴风力机的基础理论研究、螺旋型垂直轴风轮性能分析及与直叶片风轮的对比、液压传动型垂直轴风力机的仿真分析及控制策略的研究、液压传动型垂直轴风力机的实验研究。首先本文以垂直轴风轮为研究对象,分析了它的基本工作原理、与水平轴风轮的不同运行特点以及自身运行的一些缺陷；利用流体力学及空气动力学的理论来分析推导了风轮的双盘面多流管模型,结合动量理论、叶素理论建立了预测风轮气动性能的数学模型,同时针对该模型进行了动量理论修正、翼型气动数据修正及考虑风剪切对风轮性能的影响,介绍了利用Matlab对建立的风轮模型进行求解的过程及计算技巧,利用该模型可开展风轮的气动性能进行分析。除了风轮部分的理论研究,本文还对风力机液压传动系统的原理及构成进行了介绍,分别对风速模型、风轮模型、传动模型、液压传动系统及发电机进行了建模,为后续的机组仿真分析奠定基础。利用建立的垂直轴风轮气动分析模型,本文分析了直叶片垂直轴风轮的气动特性,发现风轮的主要性能参数受叶片方位角影响,在旋转一周的过程中变化幅度较大,影响风轮的运行稳定性。在此基础上本文对螺旋型风轮进行了对比研究,发现螺旋型风轮在旋转过程中各项性能参数的波动较直叶片风轮得到了很大的改善,这说明这种螺旋型风轮的受力情况及能量输出性能要更稳定,之后本文对该螺旋型风轮进行了详细的仿真分析,分析了在不同参数影响下的风轮输出特性,这其中包括叶片数量、风轮实度、叶片旋转变形程度等参数。本文首次对多个对称翼型及非对称翼型对垂直轴风轮性能的影响进行了分析,包括4种对称翼型及2种非对称翼型,通过分析发现非对称翼型由于其气动性能在正负攻角范围内不同,叶片处于下风向时受影响程度比对称翼型要大,另外,DU35和DU21的翼型本身较优秀,但应用在垂直轴风轮中时其工作尖速比范围较窄,在尖速比稍高点时性能不如对称翼型的表现。在前期理论及仿真分析的基础上,本文还利用遗传算法开展了针对多个风轮关键参数的优化设计,并得到了在特定风场中最优的风轮关键参数。除了垂直轴风轮,本文还对液压传动式风力发电技术进行了研究。文中利用AMEsim和Matlab软件联合建立了液压传动型风力发电机组的仿真模型,并进行了仿真分析,包括不同风轮转速下液压系统的不同响应特性和在湍流风作用下机组的输出特性；对液压传动系统中的马达转速控制策略进行了研究,研究使用了两种不同的控制方法进行了对比；对垂直轴风力发电机组的功率控制策略进行了研究,根据不同工况对机组的功率最优化控制进行了分析,结合控制策略对机组的运行控制进行了仿真分析,另外对使用不同翼型的风轮最优化控制结果对比分析,根据仿真结果可以看到进行优化控制后机组的功率输出性能得到了提升。除了基本的理论及仿真分析,在海洋可再生能源专项资金项目的资助下,本文搭建了室内实验台对液压传动型垂直轴风力机进行了实验研究,实验台中利用变频电机模拟风轮的机械能输出情况来测试后端传动系统及发电机的响应特性,通过设计合理可靠的控制系统保证电动机的模拟输出与机组实际情况吻合,保证了传动系统实验结果的可靠性。实验研究中搜集了大量的实验数据,对液压传动系统的基本传动特性、在冲击载荷及脉动载荷下的机组响应情况、不同特征风速作用下的机组响应情况、排量控制对机组功率输出特性的影响等进行了研究,为理论研究及后续的机组优化设计提供了宝贵的数据支持。