目前,中国海上风电发展方兴未艾,但仅限于近海区域,近海风电影响渔业、海军和通讯。在机组越做越大、可开发浅海风资源越来越少的大趋势下,逐渐成熟的深水漂浮式基础结合大功率容量机组无疑是海上风电未来发展的重点方向。相比陆上和固定基础机组,漂浮式风力机的载荷更加复杂。基础6个自由度的多频段运动给流场带来更大扰动,易与风力机多体动力学模型产生共振,降低零部件疲劳寿命;另一方面,深水平均风速更大,风轮尺寸变大,载荷增加。为了降低发电成本,保证机组全生命周期安全可靠地运行,降载势在必行。而目前用于漂浮式风力机的载荷控制方式主要仍是变桨。变桨技术惯性大,动作慢,不能有效地适应载荷控制的局部性、随机性和快速性的要求。“智能叶片”开始受到广泛关注。它的基本思想是通过传感器、执行器和控制器的组合装置来实现局部气动表面的变形。柔性尾缘襟翼(DTEF,Deformable Trailing Edge Flap)作为公认的最有前景和最有可能商业化的一种智能叶片概念,目前应用到陆上及固定基础机组上的降载有效性已被广泛证明。因其控制对象是气动载荷,将其应用到漂浮式风电机组的效果预期可观,但DTEF目前应用到漂浮式风力机的研究资料甚少。为进一步推动DTEF实现工业应用,围绕大型海上漂浮式风电机组载荷智能控制的研究具有必要性和紧迫性。以张力腿式(TLP,Tension Leg Platform)UpWind/NREL 5 MW 风电机组为研究对象,采用FAST8/AeroDynl4开源代码,结合自主开发的基于DTEF的载荷智能控制系统,搭建了气动-水动-伺服-弹性仿真平台,选取IEC 61400-3标准中DLC 1.2和DLC 1.4分别考察DTEF对TLP漂浮式风电机组的疲劳和极限载荷控制的能力。沿着载荷传递路径分析发现:DTEF不仅能有效控制叶片、传动链和塔架的载荷,还能抑制叶片、塔架变形和基础震荡。此外,在额定风速以上DTEF的辅助变桨作用缓解了变桨系统的磨损,同时降低了发电机转速、扭矩和功率的波动。具体来说,在DLC 1.2工况下,经DTEF控制后主要零部件载荷的波动可降低20%～35%,基础横荡和艏摇的振动最大降低了 23%和40%。而DLC 1.4工况下,叶根挥舞力矩和叶尖挥舞方向变形波动幅度最大可减小50%,塔架扭矩和艏摇波动最大降低了 45%。关于DTEF控制效果的原因也做了相关分析。DTEF通过改变翼形的弧度和边界层压力分布从而改变升阻力与攻角的关系,使得气动载荷的波动减小。从机理层面讲,DTEF的变形引入额外的气动阻尼削弱了气弹耦合的同步性。而主要由重力和惯性力引起的以及波浪主导的物理量的变化不超过5%。另外,由于DLC 1.4中风向变化以及偏航控制的作用,仿真后期波浪方向与机组轴向(风向)几乎垂直,这导致最后阶段DTEF控制对基础运动均产生了负面影响。本文的研究为漂浮式风电机组以及DTEF控制器的设计提供了理论指导。在基础横荡和纵荡方向出现了较大的共振响应,基础自然频率应避免风和波的主要能量频率范围,或在选址时考虑风和波在频域的能量分布。未得到有效控制但量级很大的物理量如纵荡和塔基俯仰力矩,可以考虑改变传感器输入信号进行多目标全方位控制或采用更先进的控制策略,如模型预测控制算法。