直驱式风电机组由于在运转过程中没有高速旋转部件,省去了主轴上增速齿轮箱等高故障部件,可靠性大大增加,因而成为风电技术领域的重要研究方向和热点,近年来得到快速发展。但是,作为世界上的风能大国,我国尚不完全具备独立开发大型直驱式风电机组的能力,设计、控制部分关键技术仍然依赖国外,因而需要开展系统深入的理论和应用研究。本文围绕大型变桨距直驱式风电机组展开系统建模与变桨距控制等技术研究,旨在掌握关键理论、方法和技术,为风电机组设计与控制提供理论依据。本文主要研究内容和成果包括：进行了大型风电机组气动分析理论与方法研究,构建了基于BEM修正理论和动态失速模型的气动分析模型。该模型以叶素—动量理论作为大型风电机组气动分析理论,采用Prandtl和Buhl等方式进行了修正；考虑到动态失速对翼型气动性能的影响,提出了一种基于B-L模型的动态失速半经验模型。通过联合BEM修正理论与动态失速半经验模型,得到了一种大型风电机组气动分析模型与算法。进行了大型风电机组载荷计算与分析研究,构建了载荷计算模型,主要包括气动载荷、离心力载荷和重力载荷计算模型等。对大型风电机组坐标系进行了定义,推导了不同坐标系之间的变换矩阵；基于前述气动分析理论,建立了大型风电机组气动载荷计算模型；提出了风电机组离心力载荷和重力载荷计算模型,详细推导了气动力、离心力和重力引起的摆振、挥舞和变桨距载荷等计算方法。进行了大型变桨距直驱式风电机组能量流系统建模与分析研究,提出了一种能量传递主系统建模方法。该方法采用4层BP神经网络建立风轮气动特性快速计算模型,在此基础上,将风轮模型与风轮—发电机动力学耦合模型、永磁同步发电机模型、AC-DC-AC变流器电气模型和控制模型进行集成,从而构建出大型直驱式风电机组能量传递主系统“风轮—发电机—变流器—电网”的完整模型。基于构建的集成模型,进行了直驱式风电机组动态运行特性研究。进行了大型风电机组电动独立变桨距机构动力学建模与控制分析。建立了包括驱动电机电磁转矩方程、机电运动方程、传动轴和三级行星轮运动方程在内的变桨距系统非线性动力学方程。变桨距机构伺服控制以感应电机转子磁场定向矢量控制为基础,采取定子电流、转速和位置反馈三闭环结构。然后,对减速器—叶片子系统以及驱动电机—减速器—叶片系统动力特性和伺服控制特性等进行了分析。进行了大型直驱式风电机组系统变桨距控制研究。通过对风电机组变桨距系统进行分析,选取功率、疲劳载荷为目标,推导了相应表达式。分析了基于统一变桨距的大型直驱式风电机组功率控制策略和基于独立变桨距的功率、载荷联合控制策略,建立了系统数值仿真模型,模型包含了前述气动、载荷、能量流和变桨距机构等模块。最后,通过建立的数值仿真模型,对大型直驱式风电机组变桨距控制动态特性进行了分析。