风力发电是可再生能源中安全性高、规模化程度强、产出效益大的优选能源形式。但随着单机容量的快速增大和装机总量的急剧膨胀,传统风电机组与日益严苛的“高效、可靠、电网友好”标准间的矛盾愈发突出,主要表现在以下两个方面的问题：其一,传统的变速变桨距风力发电机组正向着大容量、海上风电方向发展,对机组的运行效率和可靠性要求更加严苛。其二,世界各国电力系统纷纷制定了针对大型风力发电机组并网运行的低电压穿越标准,我国明确增加了机组低电压穿越能力(LVRT)的要求,这对于传统风电机组是极大地挑战,大批传统机组可能因无法满足这种友好式并网的要求而被迫接受改造甚至停机。针对上述风电机组运行控制问题,本论文研究工作将从两个方面进行上述关键问题的研究：一方面,考虑到风电机组的复杂强耦合非线性特性,研究先进的鲁棒自适应控制策略,确保机组的安全可靠高效运行。这些方法不仅适用于传统机组,同时对电网友好型机组也有借鉴意义。论文首先针对额定风速以下的最大功率点跟踪(MPPT)控制问题,设计了基于支持向量机(SVM)的风速预测方法,实现准确可靠的风速预测,然后在考虑机组不确定参数和外部扰动的情形下,建立了发电机鲁棒自适应返步MPPT控制策略；其次,进一步考虑发电机故障和转矩输出限制的情形,引入描述执行器故障的“健康指标”,提取能表征系统不确定性与故障的“核心特征”信息,建立了风力发电机鲁棒自适应容错MPPT控制策略。最后,针对额定风速以上的机组变桨控制问题,基于FAST软件建立了变桨控制系统的多自由度高维线性化模型,设计了基于L1自适应方法的输出反馈变桨控制策略,并通过调整低通滤波器的截止频率,实现了机组功率捕获与疲劳载荷的多目标优化控制。值得一提的是,上述控制器不仅不依赖于系统的参数信息和故障信息,而且结构简单,实时性较好,易于编程实现。另一方面,论文创新性地研究差动齿箱前端调速型风力发电机组的运行控制与载荷优化问题。首先研究了新型机组的工作原理、动力学特性以及控制规律,建立了机组的动力学模型,设计了机组发电机转矩与变桨控制策略,并借助GH Bladed软件,进行了载荷优化设计。其次,针对调速电机的MPPT控制问题,设计了永磁同步调速电机的鲁棒自适应控制策略,该控制器不仅不依赖于机组模型的机械参数信息,也不需要知道电机模型的电气参数信息,同时控制器结构也十分简单,计算量小。本论文的工作对于研究大型风电机组运行控制与载荷优化,提高机组电网友好性,增强现有及未来的大型机组的运行性能及可靠性,具有一定的理论指导意义和技术参考价值。