如何考虑桨叶旋转效应是风能技术研究的核心问题，结构在风荷载（通常风荷载为控制荷载）作用下的随机响应及其动力可靠度则为风力发电高塔系统研究的重要内容。围绕上述两个主要问题，本文提出了基于物理机制的旋转Fourier谱模型，有效地考虑了桨叶旋转效应，并基于广义概率密度演化方法开展了风力发电高塔系统在随机风荷载作用下的动力可靠度分析。 ⑴以作用于旋转桨叶的风速为研究对象，将分析思路由直角坐标系转换至旋转坐标系，以随机Fourier谱为源谱，对相干函数进行Fourier级数展开，利用δ函数的性质，推导了基于物理机制的旋转Fourier自谱和互谱表达式，明确了旋转Fourier谱的物理意义。本质上，旋转Fourier谱为随机函数，10m高平均风速和地面粗糙度为其随机变量，二者分别服从极值Ⅰ型分布和对数正态分布。为了深入理解旋转Fourier谱，以计算点半径、旋转速度、平均风速、地面粗糙度为目标，对旋转Fourier谱等进行了较为全面的参数分析。为了准确把握桨叶旋转效应的影响，对考虑旋转效应的平均风速和脉动风速进行了系统研究，获得了若干较为重要的结论。 ⑵对基于分析力学、基于多体动力学和基于有限元法的三种风力发电高塔系统建模方式进行了系统比较。鉴于精度和效率均衡原则，基于有限元法是最为理想的建模方式。基于有限元软件ANSYS开发环境，借助APDL语言实现了1．25MW三桨叶变桨距风力发电高塔系统“桨叶－机舱－塔体－基础”一体化有限元建模，并完成了风力发电高塔系统模态分析和动力特性初步设计。 ⑶介绍了基于广义概率密度演化方法进行动力可靠度分析的一般步骤，说明了其中涉及的关键技术，如切球选点法，等价极值事件原理等。依据是否需要考虑旋转效应，作用于风力发电高塔系统之上的风荷载可分为塔体风荷载和桨叶风荷载两部分。依据随机Fourier谱模型生成作用在塔体上的风速，采用Bernoulli定理计算塔体风荷载；根据旋转Fourier谱模型生成作用在桨叶上的风速，借助叶素动量理论计算桨叶风荷载。基于风力发电高塔系统随机风荷载，结合“桨叶－机舱－塔体－基础”一体化有限元模型，分析了风力发电高塔系统在风荷载作用下的随机动力响应，给出了结构响应的概率密度演化过程、均值和方差。以随机动力响应分析为基础，基于等价极值事件原理，实现了风力发电高塔系统抗风动力可靠度分析与基于可靠度的结构设计。同时，在维持其它构件完全相同的条件下，分别建立了风力发电钢塔和钢筋混凝土风力发电高塔对比模型，进行了细致分析，结果表明：采用钢筋混凝土塔体，有助于消除钢塔动力响应中的拍振现象。 ⑷在风力发电高塔系统运行全过程中，除正常运行阶段之外，极值风速阶段亦为结构分析所关注。为进行了极值风速阶段的结构动力响应分析，首先依据GL规范，确定了风力发电高塔系统极值风速。在该风速情况下，轮毂处的风速通常要大于切出风速，此时风力发电机处于停机状态，无需考虑桨叶旋转效应。基于极值风速，完成了风力发电钢塔和钢筋混凝土风力发电高塔的确定性动力响应分析，发现基于GL规范的极值风速存在明显的不合理性，对如何正确确定极值风速进行了深入探讨。 ⑸研究表明：本文提出的旋转Fourier谱准确反映了风作用于旋转桨叶的物理机制，结合“桨叶－机舱－塔体－基础”一体化有限元模型，引入成熟的加载机制（叶素动量理论），能够构建一个精细化的风力发电高塔系统结构分析体系。结合广义概率密度演化方法，等价极值事件原理可以成功地应用于评定风力发电高塔结构的抗风动力可靠度。