随着风力发电机组的大型化发展,其综合复杂程度不断增加,这对风力发电机组系统设计和制造过程都提出了新的更高要求。正确建立大型风力发电机组的系统动力学模型并分析其性能,对机组系统设计具有十分重要的意义。本文阐述了多柔体动力学建模方法和思路,建立了整机系统动力学模型。在实际运行过程中,大型风力发电机组对湍流响应偏慢,致使风力发电机组出现较大的波动,造成疲劳载荷,需采用控制策略予以解决,提高风电机组寿命。同时,为了仿真设计分析的快速有效性,引入人工神经网络进行仿真预测,缩短运行时间。论文主要研究内容如下:(1)本文研究了叶素动量理论,对经典叶素动量理论进行了修正。建立了风剪切模型和塔影模型,在Matlab/Simulink中建立了空气动力载荷仿真模块,通过仿真分析了叶片的轴向和切向因子、风轮扭矩、输出功率的变化规律。并与Bladed结果比较,验证了模型的正确性。(2)分析了风力发电机组结构动力学建模方法及建模实现过程。以SIMPACK软件为平台,实现风力发电机组整机气-弹耦合系统动力学建模。以某5MW风电机组为研究对象,进行联合仿真实验,给出风电机组的动力学规律。(3)在保证模型精度的前提下,弥补单独使用仿真分析方法比较耗时的局限性。引入人工神经网络分析和预测风电机组动态性能,为风电机组的动态优化设计提供理论依据,在工程实践中具有重要意义。(4)针对风轮载荷分布不均问题,阐述了风力发电机组基本的变速变桨距控制策略。基于线性二次高斯控制理论提出LQG优化变桨距控制方法,改善高风速工况下叶片和轮毂载荷情况,减小叶片拍打载荷。