风能作为一种清洁无污染的能源备受人们关注。相对于火电、水电、核电等风力发电的设计制造周期更短,相对比较灵活,同样拥有较大的经济市场。相对于国外发达国家的风力发电技术,我国的风力发电技术明显不成熟。国内对于风力发电机控制系统、整机动力学以及故障诊断等方面的研究都还略显不足。因此,国内很多大型的风力发电机组相关的设计技术都从国外引进。随着风力发电机组日益大型化,对于风力发电机组系统控制的要求将会更高,因此对风力发电机系统控制进行深入研究具有重要意义。论文从风力发电系统控制优化技术入手,开展风力发电系统的研究。论文以某兆瓦级风力发电机组为研究对象,基于风力发电机组系统控制优化和载荷计算以及齿轮箱动力学建模,对风力发电机组各个关键位置、齿轮箱中齿轮和轴承所受载荷进行了深入研究。论文主要研究内容如下:(1)对风力发电机相关重要参数和控制相关特性进行了分析研究。针对本文兆瓦级风力发电机组对风力发电系统控制设计中重要的参数(包括叶尖速比、风能利用系数、升阻力系数等)进行了仿真计算,并且与企业给出的数据进行了对比,验证了模型的正确性和可行性。(2)对风力发电机独立变桨控制系统进行了研究。首先研究了风剪切对风力发电系统造成的影响,提出了通过独立变桨控制方法降低这一影响。同时还提出了通过提取实测风速计算风剪切的理论,对得到当前更为准确的风剪切值给出了很好的参考。(3)建立了完整的风力发电机组独立变桨控制系统。利用FAST和Matlab/Simulink等软件建立仿真模型,并且根据GL规范设计多组典型工况,进行联合仿真。对比了传统的统一变桨和本文所涉及的独立变桨控制下的关键位置的载荷。仿真结果表明通过独立变桨控制策略能够降低风力发电机组关键位置的载荷幅值和波动。同时在不同控制策略的基础上研究了风力发电机齿轮箱中齿轮和轴承的载荷。