定桨距失速型风力发电机组因其结构简单、性能可靠、无须复杂的变桨距控制系统,而广泛应用于中小型风力发电系统中;但由于风力机恒速运行,风能利用率比较低。虽然传统的变桨距变速风力发电机组具有较高的风能利用率,但由于采用了复杂的变桨距执行机构以及变桨距控制器,这增加了制造和维护成本,也对系统的可靠性提出了更高要求。为此,本文重点研究了定桨距变速风力发电机组的控制技术。该机组摒弃了复杂的变桨距系统,简化了结构,降低了成本,其变速控制系统能够同时实现低风速区的最大功率跟踪控制和高风速区的恒功率控制,从而使得定桨距变速风力发电机组能够达到变桨距变速风力发电机组的功率特性。为实现上述目标,本文首先研究了定桨距变速风力发电机组在不同风速条件下风力机的运行状态,得到了在整个运行风速范围内机组期望转速与风速的关系。然后详细研究了基于永磁同步发电机的定桨距变速机组的动态特性,建立了系统的小信号控制模型,分析了其稳定性。由于气动转矩与转速、风速间的非线性关系影响,在高风速区,定桨距变速风力机的转速控制系统已变成一个不稳定的非线性系统。于是,本文提出采用两种控制策略:扰动观测器和内模PID控制完成了机组转速控制系统设计。最后通过实验验证了机组变速控制系统性能。实验结果表明:定桨距变速风力发电机组能够在设计风速范围内稳定运行,机组完全依靠变速控制就能同时实现低风速区的最大功率跟踪控制和高风速区的恒功率控制。