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风力发电领域中普遍存在的两种结构方式是直驱和双馈，双馈结构具有成本低、技术成熟、变流装置容量小的特点，缺点是切入风速高，含多级齿轮箱，需要维护。直驱式结构的优点在于可在宽风速范围内工作、无齿轮箱，缺点在于控制器容量高，低风速时为了能够发电，往往发电机极对数较多，体积重量大，安装也有一定难度。本文提出了一种辅助调速结构风电机组系统（Auxiliary speed control wind power system,ASC-WPS），将分别从系统参数匹配设计、样机设计、传动链特性分析、系统最大功率追踪及改进、特殊工况分析几方面进行理论和实验研究。
ASC-WPS由主发电机、辅助调速电机和行星齿轮构成，通过行星齿轮的能量分配和辅助调速电机的调速，力求实现不同工况下的对风能的高效和充分利用。首先分析系统结构和工作原理，基于行星齿轮特征方程，通过对比分析在一定风速范围内的行星齿轮特征参数选取规则，并根据行星齿轮特征参数确定主发电机和辅助调速电机的功率等级，分析系统对主发电机和调速电机的要求，主发电机设计中着重考虑降低反电势谐波，调速电机考虑降低转矩波动、提高响应速度。将分别针对两台电机提出三种极槽匹配方案对比，细化设计方法。
系统采用传统电机，相较于直驱风电电机和双馈风电电机的设计和加工要简单，能够在宽风速范围内工作。
对单级行星传动链进行齿轮啮合分步建模，在此基础上，对发电运行工况下的动态特性进行分析。着重考虑齿轮副的动态传递误差在高速轴引起的高频振动及变刚度对发电功率的影响，揭示系统传递误差在高、低频下的扰动机理。
根据发电机并网恒频运行的特点，分别构建调速电机转速追踪方法和转矩追踪方法，对二者分别进行仿真分析，通过对内齿圈侧的转速/转矩量调节充分有效的使机组保持高效运行。针对ASC-WPS系统额定工况的特殊性设计一种调速电机零功率区间边缘转矩参考给定方法，期望有效降低转矩控制方式切换带来的瞬时波动的影响。
为了提升ASC-WPS动态追踪的性能，在调速电机侧设计交轴回路转矩差比例调节的方法，利用机组动态追踪过程中气动转矩和机组转矩的差量，增强系统瞬态调节力矩，提升响应速度，提高追踪风速的能力，力求改善风能利用系数，降低最大功率追踪操作中风能利用系数曲线在风速变化时的下落幅度。
建立实际测试系统，考虑到最大功率追踪操作中给定理论参考转矩值，因传递过程中损耗的存在，导致实际转矩与理论转矩值有偏差，最终系统工作点无法达到理论最优点。提出一种铁耗转矩补偿方法，采用二分法估算不同工况下的铁耗，将估算值实时补偿在转矩控制回路中，操作简单有效。由于该方法没有充分考虑影响铁耗的参数的变化，尤其是铁心磁密幅值变化的影响，其估算结果的精度需要进一步提高。因此提出一种充分考虑控制器载波比变化下的磁密的铁耗解析计算方法，并补偿到最大功率追踪控制回路中，采用离线计算，计算结果与有限元对比，在实时测试中采用查表的方式，解决传统方法计算效率和计算精度不能兼顾的问题。该方法对铁耗的计算比二分法估算的结果更为准确，其补偿在控制回路后得到的风能利用系数曲线均值更高。
搭建了系统仿真实验平台，对系统的并网运行和最大功率跟踪操作进行了测试验证，同时也验证了最大功率跟踪改进方法的可行性和有效性。
ASC-WPS由主发电机、辅助调速电机和行星齿轮构成，通过行星齿轮的能量分配和辅助调速电机的调速，力求实现不同工况下的对风能的高效和充分利用。首先分析系统结构和工作原理，基于行星齿轮特征方程，通过对比分析在一定风速范围内的行星齿轮特征参数选取规则，并根据行星齿轮特征参数确定主发电机和辅助调速电机的功率等级，分析系统对主发电机和调速电机的要求，主发电机设计中着重考虑降低反电势谐波，调速电机考虑降低转矩波动、提高响应速度。将分别针对两台电机提出三种极槽匹配方案对比，细化设计方法。
系统采用传统电机，相较于直驱风电电机和双馈风电电机的设计和加工要简单，能够在宽风速范围内工作。
对单级行星传动链进行齿轮啮合分步建模，在此基础上，对发电运行工况下的动态特性进行分析。着重考虑齿轮副的动态传递误差在高速轴引起的高频振动及变刚度对发电功率的影响，揭示系统传递误差在高、低频下的扰动机理。
根据发电机并网恒频运行的特点，分别构建调速电机转速追踪方法和转矩追踪方法，对二者分别进行仿真分析，通过对内齿圈侧的转速/转矩量调节充分有效的使机组保持高效运行。针对ASC-WPS系统额定工况的特殊性设计一种调速电机零功率区间边缘转矩参考给定方法，期望有效降低转矩控制方式切换带来的瞬时波动的影响。
为了提升ASC-WPS动态追踪的性能，在调速电机侧设计交轴回路转矩差比例调节的方法，利用机组动态追踪过程中气动转矩和机组转矩的差量，增强系统瞬态调节力矩，提升响应速度，提高追踪风速的能力，力求改善风能利用系数，降低最大功率追踪操作中风能利用系数曲线在风速变化时的下落幅度。
建立实际测试系统，考虑到最大功率追踪操作中给定理论参考转矩值，因传递过程中损耗的存在，导致实际转矩与理论转矩值有偏差，最终系统工作点无法达到理论最优点。提出一种铁耗转矩补偿方法，采用二分法估算不同工况下的铁耗，将估算值实时补偿在转矩控制回路中，操作简单有效。由于该方法没有充分考虑影响铁耗的参数的变化，尤其是铁心磁密幅值变化的影响，其估算结果的精度需要进一步提高。因此提出一种充分考虑控制器载波比变化下的磁密的铁耗解析计算方法，并补偿到最大功率追踪控制回路中，采用离线计算，计算结果与有限元对比，在实时测试中采用查表的方式，解决传统方法计算效率和计算精度不能兼顾的问题。该方法对铁耗的计算比二分法估算的结果更为准确，其补偿在控制回路后得到的风能利用系数曲线均值更高。
搭建了系统仿真实验平台，对系统的并网运行和最大功率跟踪操作进行了测试验证，同时也验证了最大功率跟踪改进方法的可行性和有效性。