频发地震已成为制约我国东南沿海及世界其他多发地震区域风电发展的重要因素,国际相关风力机结构设计标准对地震因素考虑多借鉴建筑领域,忽略风与地震联合作用,对于风轮尺寸较大的海上大型风力机,这一假设或不再适用。为保障地震多发区域风力机结构安全,需深入研究地震与风、波浪及海流联合作用下的风力机结构动力学特性,并考虑土-构耦合（Soil Structure Interaction,SSI）效应。同时根据结构地震动力学响应特性,提出有效的结构控制和减振方法。为此,本文通过建立并求解海上风力机气动-水动-伺服-结构-地震多场耦合模型,开发了通用的海上风力机地震动力学分析系统（Seismic Analysis Framework,SAF）。针对相关国际风电结构设计标准对地震条件下结构极限载荷规定不够完善的现状,研究了风力机结构动力学响应对地震强度及气动阻尼的敏感性,提出了一种非线性塔架弯矩载荷预估模型。分别采用显示固定长度（Apparent Fixity,AF）、耦合弹簧（Coupled Springs,CS）和分布式弹簧（Distributed Springs,DS）方法建立了NREL 5.0 MW海上风力机的SSI模型,分析了线性及非线性SSI模型对地震激发结构振动的影响。此外,比较了地震条件下陆上及海上10.0 MW风力机动力学特性,并研究了调谐质量阻尼器（Tuned Mass Damper,TMD）对地震条件下风力机结构控制的减振效果。论文主要研究内容及结论如下:1.考虑湍流风、非规则波浪、非定常海流以及随机地震联合作用,建立并求解海上风力机气动-水动-伺服-结构-地震多场耦合模型,开发了海上风力机地震动力学分析系统SAF。通过与GH Bladed和NREL Seismic比较,验证了SAF对于地震动力学仿真的可靠性、有效性和准确性。较之于GH Bladed,SAF可调整地震数据的频域特性以匹配目标反应谱,使输入地震运动具有指定区域地震频谱特性,且可以考虑垂向地震作用;较之于NREL Seismic,SAF无需选择经验参数求解地震载荷,对不同风力机地震动力学分析更具通用性。2.研究了NREL 5.0 MW风力机在“正常运行”、“紧急停机”和“停机”工况下的结构动力学响应对地震强度的敏感性,通过拟合塔顶位移峰值随地震强度变化规律,得到风力机对地震强度的敏感性系数,据此提出了塔顶加速度和塔架弯矩载荷非线性预估模型。较之于相关标准规范和文献结果,本文模型可更准确地预估地震载荷作用下的塔架弯矩。3.基于AF、CS和DS方法建立了NREL 5.0 MW海上风力机SSI模型,通过计算风力机在28组地震与风、波浪及海流联合作用下的结构动力学响应,结果表明:较之于CS模型,AF模型能更准确表示SSI效应。与忽略SSI效应工况结果比较,发现考虑非线性SSI效应时地震对塔架一阶模态振动激发作用更大,一阶固有频率处响应幅值增大4倍,且忽略SSI效应会过于乐观地判断紧急停机操作的实际控制效果。4.针对DTU 10.0 MW风力机模型,改进设计了应用于50 m水深的单桩柱基础,并基于PID控制方法建立了10.0 MW风力机变速变桨控制系统。通过SAF分别计算了28组不同地震激励作用下,陆上及海上DTU 10.0 MW风力机塔顶位移和塔基弯矩,结果表明:（1）气动阻尼耗散效果可缩小地震条件下的塔顶位移变化范围40%以上,塔基弯矩则主要受到地震载荷影响。（2）陆上及海上风力机塔顶位移均随伪谱加速度（Pseudo Spectral Acceleration,PSA）增大而呈现近线性增长趋势,但“风-震耦合”工况增长斜率大于无风工况,且这一现象对于陆上风力机更明显。（3）海上风力机塔基弯矩峰值主要受到地震载荷影响,较之于风载单独作用时,地震激励单独作用时最高可增大塔基弯矩峰值6倍。5.为减弱地震对风力机结构安全的威胁,基于TMD控制方法,开展了结构抗震控制研究。通过扩展SAF仿真功能,形成了具有结构控制功能的SAFISC（Seismic Analysis Framework Including Structural Control）。研究了陆上及海上10.0 MW风力机结构动力学响应对TMD控制参数（调谐频率比、阻尼比和质量比）的敏感性,并建立了TMD减振效果与控制参数的非线性响应面模型,分析了最佳控制参数的TMD对陆上风力机及海上风力机的抗震控制效果。结果表明TMD可有效降低震激响应,对于陆上风力机,在不同地震激励下,具有最佳调谐频率及阻尼的TMD均可降低塔顶位移峰值30%以上;对于海上风力机,TMD也具有显著的抗震效果,在不同地震作用下,一般可降低塔顶振动幅值15%以上。