并网风力发电是技术相对成熟且有良好发展潜力的可再生能源生产形式之一。当前并网风电机组主要包括永磁直驱机组和双馈机组,但此类基于电力电子技术的变速恒频风电机组仍存在难以解决的技术瓶颈：‘整流-逆变’环节增加了电流的谐波成分；需要附加设备和提高控制难度以实现机组高/低电压穿越；特殊设计的发电机和变频装置增加了高性价比、高可靠性的大功率机组研制难度等。现有风电机组过度依赖发电机设计和电力电子技术,使上述问题难以有实质性突破,迫切需要开展新型风电机组的研发,以满足行业发展的需求。在此背景下,基于先进传动调速技术的新型变速恒频风电机组成为学术界关注的热点问题,本文具体针对其重要分支,即采用差动调速技术的风电机组,开展传动系统设计原理方面的研究,旨在为新型风电机组的方案设计、原理验证、性能仿真提供理论支撑和科学依据。本文系统分析了相关研究基础的不足,有针对性地提出了总体传动方案的设计方法,借助物理试验和建模仿真等手段对设计方案的原理可行性和运行有效性进行了研究。其主要内容和创新性成果如下：(1)提出了差动调速风电机组的总体传动方案设计方法。传动方案的布置形式和参数配置是新型风电机组总体方案设计的关键环节,但迄今尚无针对性的设计方法。因此,本文通过确定差动轮系的布置形式以及优化联接单元的传动比,形成了差动调速风电机组总体传动方案的设计方法,并依此得到具体的传动方案,作为后续物理试验和性能仿真的理论基础。基于差动调速原理,结合基本构件的转速和功率等临界条件,确定了差动轮系在总体方案中的布置形式；采用有限时间历程优化方法,以调速电机峰值功率最小作为优化目标,结合多个约束条件,对总体传动方案中三套联接单元的传动比进行配置,最终得到传动比的优化值以及调速电机额定功率的理论值。此外,本文还提出并研究了差动调速风电机组的一种派生方案。(2)设计并搭建了国内首例差动调速的风电机组试验台,开展了差动调速风电机组传动原理的试验研究。试验系统由差动模块、电机模块和控制模块组成,通过调整硬件设备以及编制上位机控制程序,可以构建采用基本方案以及派生方案的差动调速风电试验系统,为后续的开放性试验研究奠定了基础。试验系统的功能需求为：以具有‘双输入-单输出’功能的差动齿轮箱为传动核心,变频电机模拟风轮以变转速输入,通过上位机程序控制伺服电机的转速,调节输出端同步发电机的转速至稳定,并用传感器采集了关键构件的转速、转矩等运行数据。通过处理实测数据,分析了关键构件的转速误差以及功率损耗,试验结果表明了采用基本方案及派生方案的差动调速风电机组具有传动原理可行性。(3)提供了适用于差动调速风电机组的建模和仿真方法,并在SIMULINK软件环境中开发了相应的仿真工具,可为日后的机组设计和性能评估提供技术支持。本文建立了兆瓦级差动调速风电机组模型,并在包括湍流风在内的多种风况输入下进行仿真分析,同时基于该模型进行了系统动态特性的分析以及基本方案和派生方案的对比仿真。研究并建立了差动轮系的三轴动力学数值模型,将其作为总体传动模型的关键环节；研究并提出了针对差动调速风电机组的功率控制方法,包括额定风速以下的最大功率控制以及额定风速以上的恒功率控制；采用多种风速作为总体模型的输入,有针对性地研究差动调速风电机组在不同风速下的功率调节过程。通过仿真,获得了关键参数(包括叶尖速比、风能利用率、转速、功率等)的运行曲线,并对曲线的变化趋势进行了说明,仿真结果验证了所设计差动调速风电机组在模拟实际工况下的运行有效性,为日后进一步的研究奠定了技术基础。