风力发电已成为最具前景的可再生能源之一,然而风力发电机组的运行环境恶劣且运行工况多变,使得其传感器和执行器等部件极易发生故障,一旦故障没有得到及时的处理,会造成不可挽回的经济损失。因此,风力发电系统故障诊断和容错控制的研究十分必要。本文为此开展了以下研究:首先从空气动力学效应出发分析计算能量转换效率,建立风力发电系统各环节的模型。其次研究了风电机组运行于低风速区时的最大功率跟踪控制原理,针对实际风力发电系统中未建模动态和外部噪声干扰的问题,设计了自适应非奇异快速终端滑模控制的最大功率跟踪策略。结果表明所提方法能够有效提高风能利用系数以及风机的输出功率。针对由塔架振动、风剪切效应带来的塔架振动加速度信号噪声问题,提出一种基于经验小波变换的降噪方法对光纤光栅振动加速度传感器所测得信号进行处理。首先介绍了光纤光栅加速度传感器的测量原理和方法,其次针对经验模态分解模态混叠问题,提出经验小波变换的信号分解手段,最后利用改进阈值对分解后的信号进行降噪处理。仿真结果表明本文所提出方法具有更高的信噪比,可以有效的减小噪声带来的影响,提高了风机的塔架侧向振动加速度的测量精度。考虑风力发电系统的光电编码器等速度传感器故障,针对硬件诊断法普适性较差的问题,提出了一种基于观测器的故障重构方法。针对传统方法复杂度高、对故障估计的实时性差等问题,设计了滑模观测器以实现对风力发电系统状态和传感器故障的估计。并通过所得故障重构信息完成容错控制器的设计,保证了系统的稳定运行。针对风力发电系统的状态和执行器故障估计精度差的问题,提出一种自适应广义滑模观测器。通过构建一个增广系统,使得执行器故障成为系统状态的一部分,设计广义滑模观测器对增广系统进行状态估计从而获得所需的故障信息。针对实际风力发电系统中故障上界未知的问题,设计一种自适应算法来估计故障信息的上界。结合自适应非奇异快速终端滑模算法设计主动容错控制器确保风力发电系统在执行器故障下的可靠输出。对上述算法进行仿真分析,结果表明通过所提故障重构和容错控制策略能有效解决风力发电系统的光电传感器和执行器的故障问题。