风能作为一种清洁、安全的可再生能源,近年来得到了快速的商业化发展。由于风电机组通常安装在海上或偏远地区的高山上,恶劣的工作环境和风速的随机性会对输出电能的质量产生影响。因此,深入研究风电系统的建模方法,建立合理准确的模型,并在此基础上引入先进的控制理论进行控制策略设计,对提高风电机组的发电质量具有重要意义。本文依托国家自然科学基金面上项目“双馈式风电机组同轴度误差故障机理与诊断技术研究(51577008)”,以某厂家的1.5MW双馈式风力发电机组为研究对象,对机组的各部分进行建模,再运用联合仿真技术,搭建了机电联合仿真模型,并在此基础上研究了额定风速以上时的恒功率控制策略,为实验室后续课题需要开展的高风速阶段不对中故障信号的提取及诊断打下了基础。具体包括以下内容:首先对双馈式风电机组的传动系统结构进行了分析,对齿轮箱-膜片联轴器-发电机转子轴的传动链在SolidWorks软件中进行了三维建模和装配体组装。再导入Adams添加约束和驱动建立了虚拟样机模型,进行动力学仿真并验证了模型的正确性。然后基于MATLAB/Simulink搭建了风力机及其控制系统、双馈电机及其控制系统的模型,具体包括风速、风力机、变桨距执行机构、双馈发电机及双PWM变换器等部分。再对双馈式风电机组的运行特性进行了分析,阐明了恒功率运行阶段的控制策略。之后提出了一种基于虚拟样机技术的联合仿真平台设计方法,使用Adams/Controls控件将传动链的机械系统和机组的控制系统有机地连接起来,通过状态变量进行Adams和MATLAB/Simulink软件间的数据交换形成闭环回路,完成了双馈式风电机组整机联合仿真模型的建立。最后在机组联合仿真模型和运行特性分析的基础上,设计了融合模糊前馈和模糊自适应PI控制的前馈-反馈复合变桨距控制器,既解决了传统PI控制器参数整定困难的问题,又及时补偿了由风速扰动引起的功率波动,实现了机组在额定风速以上时的恒功率控制。