经济增长与能源短缺之间的冲突已经成为全世界面临的严重问题,新能源的开发利用对于解决能源紧缺与环境污染问题具有重要意义。由于风能清洁环保、储量丰富,受到世界各国的高度重视,并得到了广泛应用。近年来,随着风电机组的容量不断增大,风电机组塔架高度和叶片长度也不断增加,风切变、随机风扰动等因素的影响更加严重,加剧了叶片和塔架的振动,甚至造成塔架倒塌等严重事故。为了保证风电机组稳定运行,除了在设计时提高塔架的强度外,还应在风电机组控制时,通过优化控制策略,减小塔架的振动。(1)本文介绍了风电机组变桨距控制的基本原理,对叶片特性进行了研究,运用动量-叶素理论建立了叶片载荷模型,并对导致塔架振动的因素进行分析,建立了包含风切变效应、尾流效应的风速模型。(2)介绍了风力发电系统的基本原理,并建立了风电机组的数学模型。为减小由风速不均匀引起的塔架振动,提出一种基于载荷反馈的独立变桨PID控制策略。该控制策略通过对每个叶片的载荷进行Coleman变换得到俯仰力矩和偏航力矩。仿真结果表明,所提控制策略能有效减小叶片的疲劳载荷。(3)由于风速是随机变化的,且风电机组控制系统具有非线性和时变特性,采用PID控制很难达到良好的控制效果,因此基于线性二次高斯算法提出一种最优化LQG主动阻尼控制策略。通过坐标变换将旋转坐标系下叶片的力矩变换为轮毂固定坐标系下的俯仰力矩和偏航力矩,运用最优化LQG控制对桨距角进行调节,并采用主动塔架阻尼控制技术,在变桨控制中增加阻尼量,抑制塔架的振动。仿真结果表明,所提控制策略能有效降低叶片载荷波动,减小塔架振动。(4)针对风电机组风轮叶片受力不平衡的问题,提出了自适应独立变桨的控制策略,通过对叶片叶根力矩进行分析,设计了自适应PIR控制器,利用低通滤波器抑制高次谐波分量,PI控制消除叶根力矩的直流分量,R控制消除1p不平衡周期分量,并采用经典控制理论对PIR参数进行整定,减小叶片叶根载荷和抑制1p不平衡周期分量。仿真结果表明,所提控制策略能降低叶片的叶根载荷,减小叶片和塔架的振动。