化石能源的大量使用在推动全球经济快速发展的同时,也污染着人类生存环境,严重威胁着人类的可持续发展。风能作为一种可规模化利用的清洁能源,具备广阔的发展空间,对于解决人类环境污染和能源危机问题具有重大意义。随着风力发电机组的广泛应用,如何最大限度的捕获风能,获得尽可能多的电能输出已经成为风力发电控制技术的焦点问题。本文以双馈风力发电系统最大功率跟踪控制为主要研究内容,首先简要概括了国内外风力发电的发展现状、风力发电控制系统的相关研究背景以及最大功率跟踪控制的研究现状。然后介绍了双馈风力发电系统的基本结构和主要运行原理,并建立了风力机、传动轴系和双馈异步发电机的数学模型。最后分析了风电机组的主要运行区域。针对变速风力发电系统的最大功率跟踪问题,本文通过引入指定性能函数和误差转换技术,设计了一种保证预设性能的控制算法,可以实现对系统稳态性能和瞬态性能的量化分析。同时,利用扩张状态观测器(ESO)对包括气动转矩和摩擦力在内的系统不确定性进行实时估计,消除了控制器对气动转矩和系统参数的依赖。系统的稳定性通过级联系统稳定性和输入-状态稳定性定理(ISS)得以证明。最后用Matlab/Simulink仿真验证了算法的有效性。针对双馈异步风力发电机的控制问题,本文提出一种基于降阶的扩张状态观测器(RESO)的考虑瞬态/稳态性能的控制策略,实现有功调节和无功调节,同时可以对系统的瞬态性能和稳态性能进行量化。采用新的误差转换方法消除了误差上下界的耦合关系,更具有一般性。采用RESO对系统不确定性项进行实时估计并加以补偿,消除了对系统模型和参数的依赖,提高了系统的跟踪性能,同时相比于常规ESO,减少了调节参数。最后理论分析和仿真实例验证了所提控制策略的有效性。