当今世界能源形势紧张,能源问题成为人类生存和发展过程中迫切需要解决的问题。利用可再生能源作为未来的清洁能源,对缓解能源匮乏具有非常重要的意义。风能是可再生能源中发展最快的清洁能源,也是具有大规模开发前景的可再生能源。与传统的能源相比,风能在全球范围内分布广泛,风力发电成本稳定,没有环境污染等问题。因此,风力发电逐渐成为许多国家可持续发展战略的重要组成部分,发展迅速。同时,风力发电系统的各种控制方法的研究也得到了很大的发展,如何实现风能的最大捕获以及如何提高系统运行的可靠性等问题逐渐成为学者们研究的热点。论文首先分析了风力发电系统的非线性机理模型,包括风轮,传动系统,双馈发电机和变桨系统模型,研究了风力发电系统的非线性特性。在风力发电系统非线性机理模型的基础上,根据风速的多时间尺度双频特性,将风速分成低频分量和高频分量,分析风力发电系统的双频模型。以额定风速以下风能的最大捕获和降低发电机机械振荡为控制目标,设计风力发电系统的双频环优化控制器,低频环采用On-Off控制,高频环采用H∞输出反馈控制。仿真结果表明了双频环优化控制的有效性,通过选取不同的H∞性能指标,可以实现两个控制目标之间的不同折衷。进一步在风力发电系统双频模型的基础上,建立风力发电系统归一化误差的LPV模型,针对LPV模型,设计风力发电系统的LPV控制器。为实现额定风速以下风能的最大捕获,在采用PI控制对风力发电系统进行转速控制的基础上,利用LPV控制器对PI控制进行动态补偿。基于dSPACE建立风力发电系统实时仿真平台并进行实验分析,实验结果表明了风力发电系统LPV控制方法的有效性。