风力发电作为未来最主要的新能源发电形式之一,对于解决资源匮乏以及环境污染问题具有巨大的社会、经济和环保效益。然而,由于风能本身具有高度随机性和间歇性,致使风力发电机的出力波动性比较大,特别是在额定风速附近的过渡运行区间,由于控制策略的频繁切换,发电机出力和机械载荷容易发生频繁跃变,对电网的安全稳定运行和机组设备健康状态造成不利影响。因此,研究风力发电系统在全风况范围(特别是额定风速过渡区间)的功率平滑策略,确保风电机组兼具电网友好性和设备友好性,具有十分重要的理论和工程价值。本文首先介绍了风力发电系统的工作原理,通过机理分析建立了风力发电系统的数学模型,并对大型风力发电系统的大惯量特性进行了具体分析。其次,针对主运行区间各自的控制目标,设计了含有主运行区间控制器的全风况综合控制系统,其中包含基于最优转矩控制(Optimal Torque Control,OTC)策略的最大功率追踪控制器和基于含增益矫正的桨距角-电磁转矩协调控制的恒功率控制器。并基于FAST与Matlab/Simulink的联合仿真,对本文模型以及控制策略的正确性和有效性进行了验证。再次,为抑制额定风速附近过渡运行区间的发电机出力波动性,减小机械载荷,本文应用了基于增益自适应的风力发电系统平滑切换控制策略,以实现风电机组在额定风速附近的过渡运行区间的平滑控制。通过分析额定风速附近的传统控制策略切换特性,阐述了控制器增益调节的相关理论依据。并进一步设计了基于傅里叶变换的增益自适应平滑切换控制策略,使控制器在额定风速以下和额定风速以上两个运行区间的切换过程中,电磁转矩和输出功率实现平滑过渡。最后,基于FAST平台的对比仿真实验表明,本文应用的基于傅里叶变换的增益自适应平滑切换控制策略能够有效抑制发电机出力波动性,且过渡过程中机组的机械载荷更低。该策略兼具电网友好性和设备友好性等优点,具有较高的工程应用价值。