当前,国内外对风电机组控制策略的研究主要集中在功率和载荷控制两部分。功率控制包括额定风速以下的最大功率追踪控制以及额定风速以上的功率稳定控制。载荷控制是对全风速范围的载荷优化。而目前对载荷控制的研究主要在额定风速以上阶段。实际上,在额定风速以下,风速波动频繁,阵风、湍流、风切变效应等不仅影响机组的最大功率追踪,而且还会加剧叶片在挥舞、摆振方向的弯曲和位移,进而影响叶片的疲劳载荷,不利于风机的长期安全可靠运行。本文针对额定风速下的功率与载荷控制进行研究,以期在实现最大功率追踪的同时,对载荷进行抑制,实现功率与载荷的协同控制。主要研究内容如下:(1)介绍了永磁直驱风力发电机组的基本组成,并对风能转换的基本理论进行阐述。通过对风电机组运行过程中的载荷分析,确定载荷类型,以叶素动量理论为基础,给出了一种计算叶片气动载荷的方法。根据机组各部分的运行原理,建立了风速、风轮、传动链、永磁同步发电机(Permanent Magnet Synchronous Generator,PMSG)的数学模型,为控制策略的研究与仿真分析奠定基础。(2)研究了PMSG矢量控制两种常用方法,设计了双闭环控制器,在此基础上,研究了最佳叶尖速比功率追踪控制策略。针对其控制过程依赖风速实时测量的问题,给出了一种基于无传感器的改进最佳叶尖速比控制方法。结合3MW永磁直驱风电机组参数,对改进前后最佳叶尖速比法进行仿真分析。结果证明了改进叶尖速比法功率追踪的有效性,但同时也发现了其在冲击载荷抑制方面的滞后性。(3)针对风速突变时,最佳叶尖速比控制及其改进方法对冲击载荷抑制的局限性,结合先进的激光雷达测风技术,提出了基于风速预知的预变桨控制策略,并搭建了预变桨控制器。该控制器依据预知风速序列控制变桨时间,给出变桨角度。该方法在保证最大功率追踪的同时,实现对冲击载荷的抑制。仿真结果证明了该控制策略在功率与载荷协同控制中的可行性与有效性。