海上风能由于我国对其导向性政策及相关规划将成为我国风电行业发展的“新引擎”。海上风力机主要分为近海风力机和海上浮式风力机。其中,近海风力机与陆上风力机相近,均属于固定式,故陆上风力机所具有的许多研究结果和成熟的相关技术多数可应用于近海风力机;而海上浮式风力机虽具有陆上风力机的大部分特征(包括大型化发展趋势以及除固定基础的其他所有结构和有关的控制系统),但最大区别是其非固定式的浮式平台。为此,在借鉴陆上风力机的研究成果和相关技术的同时应对其开展重要的基础性和适应性研究。变桨变速调节作为风力机主流的运行调节方式,陆上风力机已有着成熟的对应变桨变速调节的变桨距控制系统。海上浮式风力机在外界载荷作用下,一方面浮式平台具有多自由度的动态响应;另一方面,平台动态响应且将通过塔架传递到风轮侧进而影响变桨距控制效果;最后,风轮叶片的变桨距控制亦会影响平台动态响应。这显然与近海风力机和陆上风力机存在很大差异,因此,针对海上浮式风力机特点,在借鉴陆上风力机变桨距控制系统时应对其作相关研究。此外,海上浮式风力机叶片结构大型化及由此导致的柔性化和平台动态响应将会对结构降载提出更高的要求,此又凸显了开展海上浮式风力机变桨距控制系统研究的重要性。为此,本文基于NREL开发的气动-水动-伺服-弹性开源软件FAST并与MATLAB/Simulink形成联合仿真平台,建立基于现代控制理论的干扰自适应方法,用于Spar平台、Barge平台及TLP平台海上浮式风力机统一和独立变桨距控制研究,从变桨距控制性能、风力机叶片载荷及平台动态响应三个方面与FAST基础控制对比分析。基于以上工作内容,可得如下结论:1.较之FAST基础控制,在干扰自适应统一变桨距控制下,Spar平台海上浮式风力机发电机转速波动更为稳定,叶片挥舞力矩最值明显下降但均方根变化不明显,平台纵荡动态响应增大而纵摇响应减小;在干扰自适应独立变桨距控制下,Spar平台海上浮式风力机发电机转速波动也较为稳定,叶片挥舞载荷明显降低,平台纵荡和艏摇动态响应有所增加,但不仅平台横荡动态响应有着明显的减小,而且对海上浮式风力机稳定性有着重要影响的纵摇和横摇两个方向上的动态响应也有着一定的减小。综上所述,本文所建立的干扰自适应统一变桨距控制对于Spar平台海上浮式风力机有着较好的控制效果,然这种好的控制效果仅在于发电机转速和叶片最大挥舞力矩两个方面;而干扰自适应独立变桨距控制对Spar平台海上浮式风力机有着更好的控制效果,这种更好的控制效果不仅在于发电机转速,还在于明显减小了叶片挥舞力矩(不仅在最值方面且在均方根方面)及一定程度上减小了影响平台稳定性的纵摇和横摇两个方向的动态响应。2.较之FAST基础控制,在干扰自适应统一变桨距控制下Barge平台海上浮式风力机发电机转速波动稍好,叶片摆振力矩稍大而挥舞力矩稍小,平台动态响应增大;在干扰自适应独立变桨距控制下Barge平台海上浮式风力机发电机转速波动稍好,叶片载荷减小不明显,平台动态响应增大。综上所述,本文所建立的干扰自适应控制无论是用于Barge平台海上浮式风力机统一变桨距还是独立变桨距均会增大Barge平台动态响应且对叶片载荷影响较小,但会稍微改善发电机转速波动性。3.较之FAST基础控制,在干扰自适应统一变桨距控制下TLP平台海上浮式风力机发电机转速波动性差,叶片挥舞力矩较小,平台动态响应无明显变化;在干扰自适应独立变桨距控制下TLP平台海上浮式风力机发电机转速波动性更差,叶片挥舞力矩有着明显地减小,平台动态响应在艏摇方向上增大而在其他方向上差异较小。综上所述,本文所建立的干扰自适应控制无论是用于TLP平台海上浮式风力机统一变桨距还是独立变桨距均会增大发电机转速波动性及对平台动态响应的影响不明显,然会减小叶片挥舞力矩。4.本文所建立的干扰自适应控制对不同平台海上浮式风力机有着不同的控制效果,对Spar平台海上浮式风力机控制效果最好,Barge平台海上浮式风力机及TLP平台海上浮式风力机次之。综上所述,所建立的干扰自适应控制并不适用于所有类型平台海上浮式风力机变桨距控制。