风能作为最清洁的可再生能源之一,在实现可持续能源安全战略的背景下快速发展,风电机组向大型化、智能化以及由陆地向海上发展已成为趋势。风机传动轴是风电机组能量传递的组件,对其进行有效控制是减小传动系统扭转载荷、增强风机结构安全的重要保障,对提高风电机组的输出功率,增加经济效益,促进风能高效利用具有重要意义。但受海上风场恶劣环境影响,海上风速具有强随机性、不稳定性和高波动性等特殊性,这些特性是引发风电机组传动系统共振的重要原因。因此,为了精确预测风速,进而实现对风机传动轴的降载荷控制,本文提出了基于风速预测的海上风力发电系统传动轴振动控制研究,对工程应用有一定的实用价值。首先,介绍了风能的形成过程、风速和风能的特性、风速的不稳定变化对风速预测以及风机系统造成的影响;此外,详细分析了风机动力学基本理论及风机的运行状态,并在此基础上,建立了风机传动系统的动态模型;结合影响风机传动系统振动的因素,具体分析了传动系统的减振降载控制策略。其次,针对风速预测的精度问题,提出了一种混合方法对加入下击暴流风速的特殊风速进行预测。为了降低原始风速数据的高波动性等特殊性对预测精度的影响,设计自适应集合经验模式分解方法将原始风速数据按不同的波动尺度依次分解;并设计泛化能力强,参数易调整,预测误差小的经粒子群算法优化的极限学习机算法对分解到的风速序列进行预测;最后应用集合原理将相应的预测结果集合作为最终的风速预测结果,仿真结果验证了该混合方法的有效性。最后,针对不稳定风速等引发的风电系统传动轴的振动问题以及工程应用中执行机构可能产生电压过饱和而损坏整个风电系统的问题,设计跟踪微分器安排瞬态过程,避免因初始跟踪误差过大而引起的输出超调;设计扩张状态观测器实时估计强非线性和“总和干扰”并补偿到误差反馈控制器中,避免对系统造成不利影响;执行器饱和能防止发电机过度饱和,从而保护整个系统。最后基于预测到的风速数据进行仿真验证了该控制方案的优越性。