随着风机装机容量的扩大,风机尺寸也快速增长,一方面使得风的空间分布特性对风力发电系统的影响变大;另一方面,风机故障对机组的影响也变得更为复杂,多方面因素导致风机运行维护管理的难度加大。因此,研究风速时空分布和风机故障对风力发电机的电气特性的影响,对风力发电机运维管理有重大意义。本文以双馈风力发电机组（DFIG）为研究对象,基于风速的时空分布,针对叶轮不平衡故障展开了系统研究。首先分析了叶轮不平衡故障的常见类型和机理;重点阐述了故障对双馈风力发电机电气特性的影响以及如何建立故障的诊断机制;然后建立包含风剪切和塔影效应的等效风速模型,并对等效风速对DFIG电气特性的影响进行了解析推导;最后搭建了仿真平台对理论分析的结论进行了验证。具体的工作和研究内容如下:（1）建立了DFIG的数学模型,并根据数学模型搭建了适合故障模拟和分析的仿真平台,所搭建的仿真平台全面考虑了风机空气动力学、传动链、DFIG暂态特性和DFIG转子侧及网侧控制策略。（2）分析了叶轮质量不平衡故障的机理,解析推导获得了叶轮质量不平衡故障时双馈风力发电机的电磁功率和定、转子电流等电气信号的故障特性。（3）建立了包含风剪切和塔影效应的等效风速模型。结合风力发电机模型和等效风速模型,推导了输出功率和功率系数的数学模型。基于该模型,研究了叶轮半径、塔筒高度、塔筒直径和叶片到塔架中线的距离等风机相关参数对功率波动的频率、幅度、波长、波动区域等特性影响。最后建立了考虑等效风速的平均功率损失模型,分析了由于等效风速的存在,风机相关参数对功率损失的影响。结果表明,等效风速的存在会导致输出功率周期性波动及功率损失,不同风机参数对功率波动和功率损失的影响存在一定规律,且叶轮半径和塔筒高度是导致功率损失产生的主要参数。（4）综合考虑自然风速时空分布以及风剪切、塔影效应的影响,重新分析了在考虑等效风速情况下叶轮质量不平衡故障对双馈风力发电机组电气特性的影响。首先对故障特性进行解析推导,基于dq坐标变换法推导得到了考虑风速时空分布后叶轮质量不平衡故障下电磁功率和定、转子电流的解析表达式及其变化特性。电磁功率波动将出现在一倍和3i倍转频处,其中一倍转频处的波动是由叶片质量不平衡引起的,而3i倍转频的波动是由等效风速引起的。定、转子电流中包含以转频和三倍转频为主的调制频率,还存在除三倍转频之外3i倍转频的调制频率,但幅值较小其中fe±fw处的波动是由不平衡故障导致的,其幅值随不平衡故障程度的增大而增大;fe±3ifw是由等效风速产生的,其幅值不会随不平衡故障程度变化。（5）基于DFIG仿真平台建立风速模型及故障模型,通过仿真分析得到电气信号,采用多种信号处理方法对信号进行了分析,提出了一种基于电磁功率和定、转子电流并考虑风速时空分布的DFIG叶轮质量不平衡故障诊断方法。本文基于双馈风力发电机电气信号特性来监测风机叶轮质量不平衡故障,在分析时考虑了风速的时空分布特性,为实际风机运行中的故障诊断提供了依据,从而达到提升风电设备运维管理技术水平的目的。