风电作为目前发展最快速、应用范围最广的可再生新能源发电技术,已在全世界范围内实现大型规模化、应用化。基于陆上风电的限制和现今海上风电开发技术的日益成熟,风电产业由陆地向海洋、由浅海向深海的发展趋势已然成形。随着海水深度的不断加大,固定式风力机已经不能满足成本和环境的要求,不受水深限制和建造成本低的漂浮式风力机成为研究主流。漂浮式风力机因其漂浮基础不固定,导致其始终处于受力不平衡、运动非定常状态。此复杂的运动状态将会影响漂浮式风力机的正常工作,降低发电效率,引发塔架和叶片的变形,甚至会导致平台倾覆。因此如何高效、经济地保证漂浮式风力机在复杂海洋环境下安全稳定地工作,成为海上风电产业建设中亟待解决的一个重要问题。本文以驳船型(Barge型)、浮柱型(Spar型)及半潜型(Semi型)3种漂浮式风力机为研究对象,以空气动力学、水动力学以及系泊动力学为理论基础,建立了漂浮式风力机动力学模型,对比研究了3种漂浮式风力机在复杂风、浪及流载荷联合作用下的动态响应特性。为提高3种漂浮式风力机的稳定性,提出使用结构控制方法(被动调谐质量阻尼器,Tuned Mass Dampers,TMD)建立气动-水动-控制-TMD-结构耦合的动力学模型进行稳定控制,对比研究了3种漂浮式风力机在复杂环境载荷联合作用下的稳定性控制效果。基于优中择优的原则,并考虑TMD的缺点,针对TMD控制效果最好的驳船型漂浮式风力机进一步提出使用多重调谐质量阻尼器(Multiple Tuned Mass Dampers,MTMD)进行稳定性控制。同时,由于MTMD的参数众多,参数设计不同,控制效果也不一样。针对此问题,提出使用全局优化算法——多岛遗传算法(Multi-Island Genetic Algorithm,MIGA)进行参数优化,研究不同参数对控制效果的影响和不同海况下最优MTMD的控制效果,主要工作与结论如下:1.考虑风、浪及流载荷的相互耦合效应,对比研究了三种漂浮式风力机在复杂环境载荷下的动态响应,结果表明:三种漂浮式风力机在运行一段时间后,动态响应变化均不相同;Barge型漂浮式风力机的运动响应在各个指标上几乎均远大于其他两种平台,Semi型漂浮式风力机和Spar型漂浮式风力机动态响应大体上相近,但在个别指标的动态响应上有巨大的区别。2.TMD控制后,Barge型漂浮式风力机的动态响应幅度都有所降低,且有更加优越的波频特性。平台首摇角和塔顶纵向位移控制效果明显,稳定性分别显著提升了53.60%和60.30%。Spar型漂浮式风力机平台的首摇角减小幅度不明显,稳定性仅提升了9.75%;塔顶纵向位移的控制效果好,稳定性提升了29.79%。Semi型漂浮式风力机的平台首摇角没有控制效果;塔顶纵向位移的TMD控制效果有明显好转,稳定性提升了28.46%。3.TMD控制后,在平台首摇方向上,Barge型漂浮式风力机的响应大幅度减小,与Spar型漂浮式风力机的响应接近,但仍大于Semi型漂浮式风力机的响应;在塔顶纵向位移方向上,Barge型漂浮式风力机与Semi型的响应接近,大于Spar型漂浮式风力机的响应。TMD对Barge型漂浮式风力机的控制效果最好,其次是Spar型,对Semi型控制效果最差。4.通过MIGA算法对MTMD参数进行全局优化,结果表明漂浮式风力机塔顶纵向位移和平台横摇角随MTMD参数变化趋势相似,两者的响应幅值均随机舱TMD质量和塔架TMD质量增加而减小,随TMD阻尼增加而增大。当机舱TMD质量取值不变时,塔顶纵向位移和平台横摇角随TMD阻尼变化趋势较为明显,随塔架TMD质量变化趋势较小;当塔架TMD质量不变时,塔顶纵向位移和平台横摇角随机舱TMD质量变化的影响程度较大,随TMD阻尼的影响程度较小;当TMD阻尼不变时,塔架TMD质量的变化几乎不会引起塔顶纵向位移和平台横摇角的变化;即塔顶纵向位移和平台横摇角受机舱TMD质量影响最大,TMD阻尼影响次之,塔架TMD质量影响最小。5.通过对比分析漂浮式风力机在无控制、STMD控制及优化MTMD控制时的动态响应,发现优化MTMD控制效果最好,其中,塔顶纵向位移和平台横摇稳定性分别提升了84.2%和86.3%,验证了MIGA优化结果的准确性,为漂浮式风力机应用MTMD提供理论参考。6.MTMD对漂浮式风力机不同部位结构运动的控制效果不同,控制效果最好的部位为塔顶纵向位移、塔基横向弯矩及平台横摇角。不同环境工况下,MTMD都对漂浮式风力机有着明显的控制效果。其中纵向载荷和位移的标准差抑制率为10%~78%,横向载荷和位移为8%~84%。