双馈风力发电机组是风电领域中的主要机型。大量风电机组的并网运行,提高了新能源发电的渗透率,也带来了可观的经济效益。但是由于风能的波动问题,当双馈风力发电机大量并网时,其输出功率波动会对电网的电能质量和运行稳定性带来很多问题,因此双馈风力发电的有功功率平滑控制研究就显得尤为重要。同时,由于采用了超级电容储能系统,使双馈风力发电的最大风能跟踪和输出功率平滑在一定程度上有所兼顾。本文针对风力发电机组输出有功功率的控制问题及超级电容在其中的应用开展了深入研究。本文为了分析风力机的风能捕捉问题,建立了反映风速变化的组合风速模型,进一步分析风力机的空气动力学模型和传动机构模型。通过缩比获得了与实际风力机系统对应的一套小容量的机组气动参数和机械参数,并建立了风力机模拟方法,通过仿真验证了缩比方法和风力机模拟方法的正确性。为了获得良好的双馈风力发电系统的最大风能跟踪控制策略,本文建立与其相关的双馈电机的数学模型以及矢量控制策略。根据功率信号反馈法的最大风能跟踪控制策略,提出对风速进行估计并对功率指令进行修正以改进最大风能跟踪控制策略。仿真结果表明具有风速估计和功率指令修正的最大风能跟踪控制策略适用于风场中风速波动频率较低时的双馈发电机控制,而风速波动频率造成的影响与风力机的机械时间常数相关。为了实现双馈风力发电系统的功率平滑控制,建立了网侧变换器的数学模型和控制策略。根据交错并联三重双向Buck-Boost变换器的运行模式,对其电流纹波进行分析;并提出了功率-电流双闭环控制策略,使超级电容通过交错并联三重双向Buck-Boost变换器和网侧变换器跟电网进行能量交换,实现在最大风能跟踪控制阶段的发电系统的功率平滑控制。仿真证明了该方法可以对运行在最大风能跟踪阶段的发电系统功率进行平滑控制。最后,搭建双馈风力发电系统功率控制研究的物理模拟实验平台。通过该平台验证了具有风速估计和功率指令修正的最大风能跟踪控制策略可以更快的实现最大风能跟踪,以及功率平滑控制策略可以实现系统在最大风能跟踪时实现功率平滑控制。