风能因其清洁、可再生和成本小的特点,使得它在其他可替代新能源中所占的比例越来越大。风能发电为解决由于传统化石能源的燃烧所带来的生态污染问题提供了很好的解决途径。由于风速的随机性和风力发电变桨距控制系统的复杂非线性,风速的变化会导致发电机组的输出功率无法稳定维持在额定功率附近,如何在高于额定风速的情况下获得比较平稳的输出功率已经成为当前风力发电领域众多专家和学者研究的热点。目前,风电场广泛采用的变桨距控制器为PID控制器,虽然控制器的结构简单、运行可靠,但是在复杂的风况下难以满足风电场对实际风机发电功率精度的需求。基于此背景,以风机的运行状态和变桨距角控制算法为主要研究对象。主要研究内容包括:大型风力发电机组数学模型的建立、模糊自适应PID、二阶非线性自抗扰控制(Active Disturbance Rejection Control,简称ADRC)与线性自抗扰控制的设计与实现、基于PLC的半实物仿真平台的搭建与算法验证。首先,在详细的剖析理解风力发电机动力学模型的基础上,针对风力发电机在额定风速以上运行时难以稳定的保持额定输出功率的问题,提出将模糊控制与PID控制结合的方法,建立具有模糊PID控制器的机组模型,该方法综合了模糊控制无需建立精确的数学模型与PID精确度较高的优点。通过施加不同的模拟风速,仿真结果表明模糊自适应PID在加快响应速度和减少超调量方面优于PID的控制效果。然后,针对风力发电系统的强非线性和存在未知干扰的问题,结合自抗扰控制具有估计和补偿未知干扰的作用,将二阶非线性ADRC应用于风力发电变桨距控制系统。为了解决二阶ADRC控制器存在的参数多、整定难的问题,通过引入带宽的概念以减少未知参数的个数,实现风力发电机组的变桨距线性自抗扰控制。仿真结果表明:在阵风和随机风等短期风速环境下,与PID、模糊自适应PID控制相比,风电机组变桨距ADRC控制效果更佳,其响应速度更快、超调量更小,稳态精度更高。最后,通过半实物仿真平台的搭建与算法程序的编写,结合具体的风速数据录入,验证ADRC控制算法在额定风速以上减小风力发电机组输出功率波动性方面的有效性和可实现性,维持机组的安全稳定运行。