能源需求的增长及能源转型的要求带动了海上风力发电的快速发展。随着海上风力发电机组单机容量的提升和尺寸规模的增大，运行风险也在随之增加。雷击危害作为自然灾害的一种，现已成为威胁海上风力发电机组安全可靠运行的主要因素之一，针对海上风力发电机组雷电瞬态响应特性的研究已经引起了广泛关注。
　　雷击发生时，雷电流会从机组桨叶上的雷击点注入，通过桨叶内部引下线进入桨叶根部的运动接触部位(轴承、电刷及滑环等)，再经塔筒导入单桩基础(支撑结构)，最后由单桩基础将雷电流泄散入海水及海底砂石中。在此雷电流传输过程中，机组上会产生雷电瞬态响应，造成瞬态电位升高和大电流分布，并在塔筒内部产生瞬态电磁场。基于这些雷电瞬态效应，本文从计算分析与实验测量两方面入手，对海上风力发电机组的雷电瞬态响应特性进行深入研究。
　　首先根据雷电流在海上风力发电机组上完整的传输路径，分别建立了塔筒、桨叶、运动接触部位和单桩基础的电路模型。考虑到雷电流传输的流动波特征，需要对较长的载流导体进行分段处理。对于塔筒来说，将其沿塔体高度和圆周方向进行剖分，得到离散化多分支导体系统，分别运用诺依曼公式和平均电位法计算耦合分支单元的电气参数，构建耦合π型电路，从而获取塔体的等值电路。运用类似的建模方法，确定了桨叶的电气参数并构建了包含三片桨叶的等效复合电路。出于工程简化目的，将机组的运动接触部位模拟为电容和电阻并联的等效电路。单桩基础参照塔筒方式进行离散化处理，再以拉普拉斯法为基础，对分支导体进行自、互电阻系数的计算，得出单桩基础的接地电阻网络模型。然后将各部分等效电路按照机组上雷电流的实际传输路径加以连接，即构成海上风力发电机组的整体瞬态电路模型。对该模型进行瞬态计算，就可以获取机组上的雷电瞬态响应。从塔筒上的雷电流分布出发，运用时变电磁场Maxwell方程组，推导出了塔筒内部空间的电磁场计算公式。利用缩型比例的海上风力发电实验机组，进行了冲击响应实验测量，验证了瞬态电路模型和算法的可行性。
　　运用本文建立的电路模型与算法，对机组的雷电瞬态响应进行了系统的计算和分析。通过设置雷电流在塔筒顶端的导入点数目，探讨了单点和多点导入情况下整个机组上瞬态电位和瞬态电流的分布状况。通过分析不同雷电流波形注入条件下机组的瞬态响应特性，考察了雷电流幅值及波头陡度对瞬态电位的影响。在雷击单片与多片桨叶情况下对机组的瞬态响应进行了计算分析，获取了相应的瞬态响应规律。根据塔筒上的瞬态响应数值，估算了塔筒内部设备的雷电反击距离。从雷电流累积概率函数出发，对雷电瞬态响应结果进行概率加权处理，得到了瞬态响应的统计值。最后，计算了塔筒内部的瞬态电磁场，给出了塔筒内部典型高度平面上的电磁场空间分布结果。