伴随人类保护生态环境的迫切需求,清洁能源尤其是风力发电得到长足发展。在风电装机持续快速增长的同时,风电机组也面临降低度电成本、提高可靠性和适应电网友好性要求的挑战。在这一背景下,推动风电技术进步十分重要。本文围绕风电机组整机优化控制,开展了机组建模、提高发电量、功率平滑和载荷优化研究,最终形成了多目标综合优化控制技术。首先,研究了包含机械、气动、风速空间分布在内的机组关键动态特性的风电机组精细化建模要求,以及在常规电力系统仿真软件中的简化建模方法,建立了不同类型研究目标所需的风电机组模型。包括面向整机优化控制的风电机组精细化模型,适用于功率跟踪控制研究的机组简化模型和适用于控制器设计的风电机组整机线性化模型。开发了气动-机电-电磁联合仿真的接口装置,构建了满足精细化要求的控制器硬件在环实时联合仿真平台,分析了含接口互联仿真系统的稳定性及精度,为后续研究打下了基础。其次,在发电优化控制方面,提出了全风速段/全风频段提高机组发电量的控制方法。在分析了机组的全风况运行控制方法、机组变速范围的限制因素和现有最大功率跟踪控制方法的基础上,从静态跟踪和动态跟踪能力两个方面研究,提出了提升机组维持最优工作点运行能力的优化控制方法,包括最大功率跟踪段扩展技术和动态跟踪能力提升控制技术;基于叶素动量理论分析,导出了恒转速段的变桨控制技术以及额定风速以下的转矩-变桨协调控制技术。针对减小输出功率波动,给出了依靠机组自身控制有效抑制输出功率波动的方法。界定了机组自身参与功率平滑的重点关注频段;针对机组全风况下的不同运行模式,采用小扰动分析法分析了功率波动特性的频域特性,研究了不同机组参数、不同控制方式及不同控制参数对功率波动的影响;在此基础上开展了风电机组功率平滑控制研究,所提出的控制策略,无需借助额外储能装置,不明显损失发电量且不威胁机组安全运行。针对机组的载荷优化控制,提出了轴系和塔架载荷的综合优化控制方法。给出了轴系电气阻尼的量化配置方法、电网故障下影响轴系扭振的关键参数及其虚拟配置方案,并从降低激振源的角度抑制扭振,提出故障下轴系扭振的综合防治及抑制措施。研究了塔架不同振荡模式的加阻尼控制技术。最后,综合风电机组整机的多控制目标,提出了协同优化控制技术。在分析机组全风速段的不同工作模式下的轴系阻尼、功率波动、跟踪带宽之间的相互影响基础上,明确了多个优化目标之间的可协调性。导出了风电机组的风速分频优化控制策略和全风况阻尼优化配置策略,最终得出可行的整机多目标综合优化协同控制技术,可兼顾多个优化目标,实现发电量、机组载荷和功率平滑的综合优化。所提出的控制策略均得到了充分的仿真验证,仿真结果与理论分析结果吻合度高,仿真结果表明本文所提出的优化控制策略可产生预期的控制效果,实现发电量、功率平滑和降低载荷的综合优化。