随着科技的发展,当今世界利用自然资源的途径更加多样,一批新兴能源正逐渐替代传统能源。这些变化推动了以风能为代表的技术进步。由于风电机组的单机容量不断增加,风轮直径设计的越来越大,从而使得风轮的风切变效应更加明显,机组安全高效运行的问题倍受关注。本文以国内某大型风电机组的数据为依据,进行了基于额定风速下风电机组的功率控制和载荷优化控制两方面的分析和仿真研究。功率控制方面以最大风能追踪控制为主,载荷优化控制方面以机组气动载荷的优化为目标。主要内容如下:首先,本文在查阅相关资料的基础上建立了风电机组的数学模型,并分析了风电机组最大风能捕获的原理和气动载荷计算的理论基础。其次,依据搭建的风电机组模型,设计基于经典PID算法的功率控制器,并利用粒子群算法对其参数进行整定,又在此基础上设计基于模糊控制算法的功率控制器,完成机组功率追踪的目标。最后,为实现优化风电机组气动载荷的目标,针对传统变桨距控制器进行了两方面优化。一方面是通过对机组气动载荷的分析,得出桨距角与风电机组功率和载荷的变化关系,进而对控制器输出进行限定;另一方面是通过仿真实验,统计出基于风电机组输出功率为参考的叶片桨距角参照表,并通过算法将输出功率进行量化。这样叶片的桨距角不再完全通过变桨距控制器得到,而是由桨距角参照表和控制器输出量两部分组成,其优点是通过桨距角参照表可以对叶片桨距角进行快速定位,然后结合控制器输出再对桨距角进行小幅度调整,从而完成桨距角的分配。通过仿真验证,在风电机组功率控制方面,采用模糊控制算法实现的控制器能使得风电机组取得更好的追风效果,其追风速度更快,且输出功率更高。在气动载荷优化方面,采用改进的变桨距控制策略相比于传统变桨距控制在优化机组气动载荷方面效果更佳。