世界范围内的能源紧缺与环境恶化促进了风电行业的快速发展。变速风力发电机因具有较大的转速调节范围、更高的风能捕获效率是目前工业现场主要的风力发电机机型,也是最大功率点跟踪运行控制算法研究领域的热点。根据国内外研究现状综述,商用的风力发电机向大功率趋势发展,风轮具有大惯量特性,传动轴具有柔性,这为它的运行控制方法及仿真技术的研究带来了新的挑战。大多现有的最大功率点跟踪运行控制方法在设计控制器时对模型进行了线性化处理,未考虑到传动轴具有柔性的特点,未考虑到风轮的大惯量特性,应用于大功率风力发电机时不能取得良好的控制效果。现有的风力发电机仿真实验系统多采用数学仿真或实验室物理仿真,而现有的半实物仿真实验系统没有专用于控制效果性能分析对比的工具,当不同控制算法的仿真结果进行对比时需要借用其他工具进行后处理,并且现有的系统扩展性差,不易开展最优叶尖速比的估计、基于数据的风力发电机故障诊断等实验。针对上述问题,本项目依托于国家自然科学基金项目“数据驱动的风电机组运行反馈控制方法研究”（项目号:61673095）,研究大功率风力发电机的运行反馈控制方法及其半实物仿真实验系统。本文主要工作如下:（1）针对大多现有方法中未考虑大功率风力发电机的传动轴具有柔性且风轮具有大惯量的特性,以柔性二质量模型为控制器设计模型,假设有效风速及风力发电机的状态量均已知,设计了风力发电机非线性叶尖速比运行反馈控制方法。该方法由转速预设定模型、非线性转速控制器、反馈补偿器组成,通过反馈叶尖速比对转速进行补偿,降低了最大功率点跟踪误差。以CART风力发电机为被控对象,与一种非线性状态反馈控制方法进行了数值仿真对比实验,验证了所提控制方法的有效性,提高了风能捕获效率。（2）针对实际工业现场中,风力发电机的某些状态量并不能直接通过测量得到,风速计测量有效风速的方式存在较大偏差问题,使用卡尔曼滤波器及牛顿迭代算法对风力发电机的状态与有效风速进行估计,并将引入估计器的非线性叶尖速比运行反馈控制方法与非线性状态反馈控制方法进行了对比实验,为应用于风电生产奠定了基础。（3）针对现有风力发电机仿真实验系统存在的问题,设计研发了大功率风力发电机运行控制半实物仿真实验系统。该系统以德国劳式船级社认证的风机建模软件GH Bladed为虚拟对象,风电业界领先的倍福工控机为控制器,并具有配套的数据通信软件、运行控制软件、性能分析对比软件。该系统具有如下特点:使用Simulink实现复杂算法的设计与开发、具备运行控制算法的仿真环境、仿真数据云端存储、不同仿真实验结果的控制效果曲线的对比绘制及控制性能指标的对比显示。（4）使用本文研发的风力发电机运行控制半实物仿真系统完成了对本文提出的非线性叶尖速比运行反馈控制方法的验证,并利用性能分析对比软件将其与非线性状态反馈控制方法进行了控制效果与性能指标的对比。本次仿真实验验证了本系统对于风力发电机运行控制算法仿真实验的有效性,验证了本文提出的方法具有更高的风能捕获效率。