大型风力发电机本身整体结构复杂,大多分布于地形复杂的山地风电场,不可避免地承受着湍流运动、风切变、塔影效应、尾流效应等作用,而且常在低温、风沙、结冰等恶劣的外部环境下运行,故而系统载荷和振动波动大、故障率高、可靠性差、运维难度大且成本高。此外,依据我国风电机组装机容量增长的历史数据,未来几年将会迎来大批在役风电机组达到或接近其设计寿命终点。因此,从保障大型风电机组健康安全运行和提升风电场长期效益等方面考虑,研发大型风力发电机载荷监测与延寿评估技术已成为风电行业亟待解决的课题。论文主要从以下几个方面展开:首先,从大型风电机组气动载荷分析、塔筒载荷监测、寿命预测与延寿评估三个方面研究现状进行综述并分析其不足。同时,本文从气动载荷的波动来源和理论模型及影响展开了详细介绍。基于原理阐述和模型描述,分析了湍流运动、风切变、塔影效应、尾流效应对风力发电机载荷波动及其它影响,并对湍流强度的日变化特点和季节变化特点进行了较详细的研究,借助MATLAB曲线拟合工具初步建立了湍流强度的日变化数学模型,为寿命预测与延寿评估工作提供了前期基础。其次,基于山西某山地风电场的机组参数、风资源数据以及SCADA系统的数据,在GH Bladed中建立1.5MW双馈风电机组仿真模型:一方面利用风速样本数据得到的湍流强度进行不同季节下风电机组载荷波动的对比研究,另一方面根据仿真结果分析了沿着塔筒高度的载荷分布特点。根据湍流强度季节变化作用下的风力发电机载荷波动特性,提出针对性的检修维护建议;基于塔筒应力监测系统数据,利用遗传算法和粒子群算法改进BP神经网络算法并建立了塔筒应力预测模型,可实现基于风电机组状态监测数据对载荷的经济有效监测;基于样本风速数据计算得到的实际风速年分布参数,对提高寿命预测与延寿评估精确性具有一定意义。第三,基于ANSYS Workbench和ANSYS nCode DesignLife对大型风电机组的钢制塔筒进行有限元静力学分析和组合工况下的疲劳分析。本文以山西某风场的1.5MW双馈风电机组的的钢制塔筒为实例,利用GH Bladed中计仿真计算得到的塔筒载荷数据,对钢制塔筒进行静强度分析;基于线性疲劳损伤累积准则和Goodman条件极限修正准则,结合钢制塔筒材料Q345D的属性选取S-N曲线,实现了对钢制塔筒在组合工况下的疲劳寿命分析。此外,结合课题组前期的塔筒载荷测量工作,提出了大型风电机组钢制塔筒螺栓监测方案,对塔筒安全监测和延寿评估具有一定的应用价值。最后,在山西省风电机组监测与诊断工程技术研究中心已有的大型风电场智能化运行维护系统基础上,设计了风电机组塔筒寿命预测模块,为实现大型风电机组各重要部件的寿命预测及整机延寿评估迈出了重要一步,最后针对不足和未来发展进行了展望。