由于能源消耗的增加和社会期望的紧迫,风能在开发和应用方面面临着许多挑战。在风电机组中,主动偏航系统根据风向变化保证叶轮法线方向精确对准风向。但是风的实时变化和不确定性加上叶轮旋转形成的尾流使风向标不能精确地测量风向,从而产生功率损失。激光雷达通过多普勒频移可以精确地测量风速和风向,因此,本课题主要基于激光雷达进行偏航控制技术研究。激光雷达可以测量叶轮前300m之内的风信息,可提前感知风向和风速的变化,与风速风向标测风技术相比,有更高的精确性,并且解决了测风滞后。论文通过六个章节对基于激光雷达的偏航控制技术进行研究,论文的内容如下:第一章介绍课题的研究背景、国内外风力发电现状、风力发电机组的分类和结构,通过文献调研的方式总结了国内外偏航控制技术的研究现状以及激光雷达在偏航控制中的应用现状,最后提出研究意义与研究内容。第二章进行偏航相关的理论研究。首先对传统偏航控制原理与过程进行分析,然后对偏航机构进行数学建模并深入分析偏航过程载荷,最后分析了偏航误差角度和偏航损失功率之间的关系以及功率损失的原因。第三章提出风演化模型并进行试验验证。激光雷达测量的风速和风向需要经过风演化过程才能到达叶轮,本章首先提出风演化模型,然后通过现场采集激光雷达测量的10个不同距离截面的风速和风向验证了所提出的模型的有效性。第四章在第三章的基础上提出了偏航控制方案,雷达测量的提前风信息经过风演化模型计算出风力机演化风信息,控制系统根据演化风和提前风信息进行偏航控制,在此基础上结合风场实测偏航数据以及偏航工况需求提出新的偏航重启策略和执行策略。第五章主要通过联合仿真验证第四章提出控制策略的有效性。首先介绍了仿真结构框架,然后采用TurbSim、FAST和Simulink软件对5MW非线性风力机系统进行仿真研究,分别对风场、激光雷达进行理论分析和数学建模,最后对仿真结果进行分析讨论,验证了激光雷达和风演化模型的可行性以及控制策略的有效性。第六章对课题的研究工作进行了总结,并展望了进一步的研究方向。