CN106121914A - 极端状态下风机的停机方法和*** - Google Patents

Abstract

本发明提供了极端状态下风机的停机方法和***，涉及风机控制领域。本申请所提供的方法，采用变收桨速率的方式，在阵风停机开始时，首先以高收桨速率调整风轮的桨距角，以避免风轮出现超速的问题，之后又以低收桨速率调整风轮的桨距角，以避免出现风机整体的机械载荷过大的问题。采用此种控制方法，能够使风机同时避免出现超速飞车的情况，和避免出现风机机械载荷过大，而使风机结构断裂的情况，提高风机在阵风停机过程中的安全性。

Description

极端状态下风机的停机方法和***

技术领域

本发明涉及风机控制领域，具体而言，涉及极端状态下风机的停机方法和***。

背景技术

风能是一种清洁型能源，随着能源紧张和环境污染的加剧，风力发电机这种能够将风能转化为电能的发电设备越发受到关注。

由于风的风速和风向一直处于变化状态，因此，风机的正常运行需要两个***的控制，这两个***分别是变桨***和偏航***。工作时，变桨***的主要作用是基于风速，对风轮叶片的桨距角进行调节，从而调节叶片将风能转化为机械能的效率，以及影响发电量；偏航***则是调节风轮的朝向，以使风轮始终能够对准风向，进而使风轮能够最大限度的获得风能。

风机的运行一般分为三个阶段，第一阶段，实时检测风速，当风速达到切入风速时，叶片受到风力作用开始转动，进而带动发电机发电，并将产生的电能输送入电网。第二阶段，通过变桨***实时调节桨距角，以使风能利用率维持在合理范围内，以兼顾风机的安全和风机的发电效率；同时，通过偏航***实时调节风轮叶片朝向，以保证风轮叶片始终能够对准风向。第三阶段，风速过低或过高时，风机收桨，进而停止运行，并切出电网。

上述风机运行的三个阶段是理想情况下(在风速和风向处于渐变情况下)，风机的完整运行周期。但实际工作中，风速和风向并不是永远处于渐变状态，如强阵风来袭时，风速和风向均处于剧烈变化的状态，此时，为了保证风机的安全，需要驱动风机停止运行，并将风机切出电网。传统技术中，应对强阵风所采取的方式是全速收桨(收桨完成时，叶片弦线与风向基本平行，叶片基本不再受风能作用而转动)，以保证风机的安全。但，实际工作中，这种全速收桨方式并不理想，变桨***会出现很大的极端载荷，甚至使风机出现结构损伤。

发明内容

本发明的目的在于提供极端状态下风机的停机方法和***，以在保证风轮转速不会过高，风机没有飞车的危险的情况下，降低风机的各个部分的机械载荷(如叶根载荷、轮毂载荷等)最大值，避免风机出现结构损伤。

第一方面，本发明实施例提供了极端状态下风机的停机方法，包括：

在风机停机过程中，采用第一收桨速率调整风轮叶片的桨距角，以降低风轮/发电机的加速度，并实时检测当前风轮/发电机的加速度；

当风轮/发电机的加速度小于预设的加速度阈值时，采用第二收桨速率调整风轮叶片的桨距角，第一收桨速率大于第二收桨速率。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，步骤采用第二收桨速率调整风轮叶片的桨距角包括：

根据风轮/发电机的加速度计算第二收桨速率，当风轮/发电机的加速度为负时，风轮/发电机的加速度的绝对值与收桨速率呈负相关性；

使用计算得到的第二收桨速率调整风轮叶片的桨距角。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，根据风轮/发电机的加速度计算第二收桨速率包括：

按照如下公式计算第二收桨速率；

当a∈(-0.04,0]时，ω＝2.75a+0.13；

当a∈(-0.1,-0.04]时，ω＝0.2a+0.028；

当a∈(-0.16,-0.1]时，ω＝0.004a+0.0084；

其中，a为风轮的加速度，单位为rad/s²，ω为第二收桨速率，单位为rad/s。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，该方法还包括：

在风机正常运行过程中，若风轮/发电机的转速在第一转速限值和第二转速限值之间，变桨速率指令为负，且同时符合以下两个条件中的任一个，则执行步骤采用第一收桨速率调整风轮叶片的桨距角；风轮/发电机的转速持续增加，环境风速的加速度为正。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，该方法还包括：

若风轮/发电机的转速超过第二转速限值，且风轮/发电机的转速持续增加，以及风速持续增加，则执行步骤采用第一收桨速率调整风轮叶片的桨距角。

第二方面，本发明实施例还提供了极端状态下风机的停机***，包括：

第一收桨控制模块，用于在风机停机过程中，采用第一收桨速率调整风轮叶片的桨距角，以降低风轮/发电机的加速度；

实时检测模块，用于实时检测当前风轮/发电机的加速度；

第二收桨控制模块，用于当风轮/发电机的加速度小于预设的加速度阈值时，采用第二收桨速率调整风轮叶片的桨距角，以控制风轮叶片的攻角的绝对值小于预设的限值，第一收桨速率大于第二收桨速率。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，第二收桨控制模块包括：

第二收桨速率计算单元，用于根据加速度计算第二收桨速率，当加速度为负时，加速度的绝对值与收桨速率呈负相关性；

桨距角调节单元，用于使用计算得到的第二收桨速率调整风轮叶片的桨距角。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，该***还包括第一阵风判断模块，用于在风机正常运行过程中，当风轮/发电机的转速在第一转速限值和第二转速限值之间，变桨速率指令为负，且同时符合以下两个条件中的任一个时，驱动第一收桨控制模块工作；风轮/发电机的加速度为正，环境风速的加速度为正。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第三种可能的实施方式，其中，该***还包括第二阵风判断模块，用于在风机正常运行过程中，当风轮/发电机的转速超过第二转速限值，且风轮/发电机的加速度为正，以及环境风速的加速度为正时，驱动第一收桨控制模块工作。

本发明实施例提供的极端状态下风机的停机方法，采用在阵风停机时，调整变收桨速率的方式来调节桨距角，与现有技术中始终采用全速收桨的方式来调节风轮叶片的桨距角，使得桨距角调整速度过快，导致桨距角调节到某一程度时，风轮叶片的攻角反向增大，最终使得风轮所受的反向气动力矩迅速增加，会导致风机的叶根、轮毂中心等位置的机械载荷超过设计载荷，造成风机结构损伤相比，其通过在阵风停机的过程中，先采用较高的收桨速率调整风轮叶片的桨距角，以较快的降低风轮/发电机的加速度，并同时实时检测风轮/发电机的加速度，当风轮/发电机的加速度足够小的时候，就说明风轮基本不会出现超速的状况了，此时再通过较慢的收桨速率来调节风轮叶片的桨距角，使得叶片攻角不会反向增加的过大，避免了风机停机时，造成的结构损伤。

进一步，本发明实施例提供了计算第二收桨速率的方式，使用计算出的第二收桨速率能够更为精确的将风轮加速度控制在小于0，且接近于0的范围内，在该范围内，风机的机械载荷不会过高，并且兼顾了停机的总时长。

同时，本发明实施例在极端状态下风机的停机方法的基础上，还提供了判断是否发生阵风的两种方式，这两种方式分别通过风轮/发电机的转速，及其变化、环境风速和变桨速率指令来判断是否发生了阵风，和通过风轮/发电机的转速，及其变化、环境风速来判断是否发生了阵风，提高了阵风判断的及时性与准确性，并且该阵风判断方式与前述阵风停机的过程相结合，能够进一步降低风机飞车的风险和降低风机结构损伤的风险。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明实施例所提供的极端状态下风机的停机方法的基本流程图；

图2示出了本发明实施例所提供的极端状态下风机的停机方法的具体实施过程示意图；

图3示出了本发明实施例所提供的使用传统恒速收桨方式，和使用本申请所提供的变速收桨方式的桨距角变化对比图；

图4示出了本发明实施例所提供的使用传统恒速收桨方式，和使用本申请所提供的变速收桨方式的叶根处Mz载荷变化对比图；

图5示出了本发明实施例所提供的使用传统恒速收桨方式，和使用本申请所提供的变速收桨方式的轮毂Myz载荷变化对比图；

图6示出了本发明实施例所提供的使用传统恒速收桨方式，和使用本申请所提供的变速收桨方式的变桨电机的扭矩变化对比图；

图7示出了本发明实施例所提供的极端状态下风机的停机***的基本结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

风机由一般工作状态转变为停机状态停机方式有两种，下面分别对这两种停机方式进行简介。

第一种停机方式：在自然环境较为稳定的情况下(指风速和风向不会发生剧烈变化)，风轮叶片的桨距角可以依据风速来实时调整，在恒功率的情况下，风速越大桨距角越大，风速越小桨距角越小。当风速由正常数值达到极限数值之后触发停机，桨距角就会从0°(也可能是其他角度)开始调节逐渐增大并最终调整为90°，桨距角调整为90°的时候，叶片的迎风面的面积最小，风机也就完成了停机。

第二种停机方式：在自然环境不稳定的情况下(指阵风发生时，风速和风向都处在剧烈变化的情况下)，此时变桨***对桨距角的控制会出现严重的滞后性，如变桨***的桨距角调节命令的调整跟不上风速的变化、实际桨距角位置的调整跟不上桨距角调节命令的调整，导致实际桨距角与风速严重不符，进而导致叶片吸收风能的效率过高，最终导致发电机转速过高，此时风机如果继续运行就可能会引发飞车的风险。

针对上述第二种停机方式，为了避免飞车情况的发生。相关技术中，通常会采取全速收桨的方式来调整叶片的桨距角，以尽快减小风轮叶片的迎风面，继而降低叶片吸收风能的效率，并最终发电功率降低直至脱网停机。但实际操作中，发明人发现，如果采用全速收桨的方式来调节叶片的桨距角，在停机前风机处于风轮转速大而桨距角小的状态。由于风速增加很快、风向变化剧烈，使得停机指令发出后，风速、偏航误差继续增加，这导致在停机指令发生后的3s～5s时间内，叶根载荷Mz、轮毂载荷Myz和变桨电机扭矩等风机的机械载荷会出现极大的数值，此时，风机依旧处于危险状态。

针对上述情况，本申请提供了极端状态下风机的停机方法，如图1所示，示出了本申请所提供的方法的基本流程图,包括如下步骤。

S101，在风机停机过程中，采用第一收桨速率调整风轮叶片的桨距角，以降低风轮/发电机的加速度，并实时检测当前风轮/发电机的加速度；

S102，当风轮/发电机的加速度小于预设的加速度阈值时，采用第二收桨速率调整风轮叶片的桨距角；其中，第一收桨速率大于第二收桨速率。

可见，本申请所提供的停机方法的重点在：当进入阵风停机模式后，通过先采用数值较高的第一收桨速率来调节桨距角，降低了风轮的加速度，保证风机不会超速；而后，再采用数值较低的第二收桨速率调节桨距角，以使各个机械载荷不会在停机过程中出现数值过高，而引发安全校验无法通过，或者是出现叶片损坏、飞车的问题。

下面首先对进入阵风停机模式后的停机过程进行说明。具体来看，在出现极端状况时(如阵风出现时)，由于风力突然变大，风轮的加速度会瞬间增加，短时间内风轮的转速就会提高，此时风机便有飞车的风险。为了避免风轮的转速过快，首先应当执行步骤S101，即以较快的收桨速率(如全速收桨速率，或者收桨速率控制在5°/S-8°/S)调节桨距角，以降低风轮/发电机的加速度，直至风轮的加速度降低至小于预设的加速度阈值(加速度阈值的数值，以使风轮不会出现超速飞车的情况为准，可以将加速度阈值设置在0附近，优选将加速度阈值设置为0)，此时，叶片攻角接近于0°。但如果按照传统的停机方式，即一直以较快的收桨速率调节桨距角则最终会导致叶片攻角远小于0°，进而使叶片承受的反向气动力矩过大，使机械载荷(如叶片载荷、变桨机构扭矩、变桨电机电流值、者轮毂中心处载荷、叶根处的载荷)过高，这直接会导致轮毂和叶片之间发生断裂，或者发生其他机械损伤。有鉴于此，本申请所提供的方法中，在保证风轮转速不会过高的前提下(即，风轮/发电机的加速度小于预设的加速度阈值，如将加速度快速调整至接近于0或略小于0的时候)，便采用低收桨速率的方式来调节桨距角，以使叶片攻角的绝对值一直处于较小的程度，进而使机械载荷不会过高，避免发生风机结构损伤的问题。

需要说明的是，步骤S102的执行条件中，风轮的加速度是通过测算单位时间内的速度变化幅度后得到的。具体实现时，可以实时检测风轮/发电机的速度，并采用预设的计算方法(如最速微分法、滤波算法)来计算风轮的加速度。由于风轮与发电机是通过传动链连接的，因此，风轮和发电机参数(如加速度、速度等等)可以进行换算，即获取风轮速度或发电机速度这两个参数中的任一个都可以计算出风轮的加速度。并且，由于风轮速度和发电机速度是可以进行换算的，本文中仅使用风轮的参数(速度和加速度)进行说明，但应当了解的是，本专利的保护范围也同样涵盖将发电机速度替换为风轮速度的情况。

具体操作中，阵风发生时，可以进行两阶段的收桨，以在保证风轮不会超速、避免飞车的同时，也使机械载荷的极限值不会过高。

第一阶段，阵风停机开始时，通常风轮转速过高，风机应当首先以较快的第一收桨速率(如全速收桨速率)进行收桨，以将风轮的加速度快速下降至安全值(如加速度下降至0附近)。该过程中，风轮叶片的桨距角以较快的速度变大，叶片的攻角快速变小，这使得叶片受到的气动力矩快速变小，直至叶片的攻角接位于0度附近的时候(此时风机的加速度位于0附近，或者略小于0)为止。此时，虽然风轮受到的气动力矩方向与风轮旋转方向相同，但气动力矩小于发电机端所提供的电磁力矩，风机开始做减速运动，避免了风机超速。

第二阶段，当风轮叶片的加速度足够小的时候(如加速度在0附近，尤其是加速度小于0，且接近于0时)，开始采用较低的收桨速率来调节桨距角，以将叶片的气动攻角控制在0°附近，使机械载荷不会过高。需要说明的是，由于气动攻角无法直接测量得到，因此，可以使用风轮的加速度来表征叶片的气动攻角。具体的，当加速度等0或接近于0的时候，就可以开始采用较低的收桨速率来调节桨距角。此处所说的较低的收桨速率(第二收桨速率)可以是恒值，也可以是变值。当较低的收桨速率为变值时，可以使用风轮的加速度作为因变量，来计算该收桨速率。计算时，当风轮的加速度为正时，风轮的加速度与第二收桨速率呈正相关性，或者是当风轮的加速度为正时，依旧按照速度较快的收桨速率进行桨距角的调节；当风轮的加速度为负时，风轮的加速度的绝对值与第二收桨速率呈负相关性。简单来说，就是风轮的加速度为负时，风轮的加速度越接近于0，收桨速率越高；风轮的加速度的绝对值越大(即风轮的加速度越远离0)，收桨速率越低。此种控制方式能够使风轮叶片的加速度保持在小于0，且接近于0的范围内。

优选的，为了将叶片的攻角更为精确的控制在0°附近(即将风轮的加速度控制在小于0，且接近于0的范围)，可以采用更为精确的计算方式来计算第二收桨速率。使用的计算方法有分段线性插值法、多次函数法和查表法等，下面，例举出使用分段线性插值法计算第二收桨速率的计算公式。即当风轮的加速度为负时，可以按照如下方式计算第二收桨速率，并按照计算出的第二收桨速率调整叶片的桨距角：

当a∈(-0.04,0]时，ω＝2.75a+0.13 公式1；

当a∈(-0.1,-0.04]时，ω＝0.2a+0.028 公式2；

当a∈(-0.16,-0.1]时，ω＝0.004a+0.0084 公式3；

其中，a为风轮的加速度，单位为rad/s²，ω为第二收桨速率，单位为rad/s。当a小于-0.16时，其对应的第二收桨速率过低，因此可以不再依据风轮的加速度来计算第二收桨速率，而采用恒定数值作为第二收桨速率，如收桨速率可以恒定为0.003rad/s。

更具体的，实际操作中，由于阵风发生时，风轮的转速并不必然是处于超高速的，并且第一阶段也并不必然采用恒速调节的方式来调整风轮叶片的桨距角。因此，提供以下三种控制方式：

第一种，阵风发生时，如果风轮转速过高(达到1.05-1.1倍额定转速，甚至更高)，此时应当先全速收桨(收桨速率一般达到7°/S-8°/S)，以控制风轮转速不会进一步升高，避免风轮转速过快引发飞车。随着桨距角的调整，风轮加速度逐渐下降(加速度降至较低的程度，如降低至0附近，或者更低时)，风机便已经避免了超速飞车的危险。此时，为了避免风轮的反向气动力矩过大，导致风轮的叶片与轮毂之间作用力过大，而引发叶片与轮毂断裂，应当采用较低的收桨速率来调整桨距角。具体来说，可以实时检测风轮/发电机的速度，并采用预设的计算方法(如最速微分法、滤波算法等方式)来计算风轮的加速度(由于风轮与发电机是通过传动带连接的，因此，风轮的转速和发电机的转速可以进行换算，即获取这两个参数中的任一个都是可行的)。控制时，当风轮的加速度为负时，如果风轮的加速度的绝对值过小，则提高收桨速率；如果风轮的加速度的绝对值过高(此时风轮的加速度方向与风轮的旋转方向相反)，则降低收桨速率，以避免叶片的反向气动攻角过大，同时也避免停机时间过长而引发其他的危险。更优选的，可以采用上述公式1-3来计算收桨速率，并按照计算出的结果来调整桨距角。

第二种，阵风发生时，如果风轮转速稍高(达到0.95-1.05倍额定转速)，与第一种控制方式不同的是，此时，可以不进行全速收桨，而是高速收桨(如收桨速率控制在5°/S-7°/S)。这样可以稍缓慢的将风轮加速度降低至小于0，并接近于0的程度。之后，可以以较低的收桨速率来控制叶片桨距角的调节。具体而言，如果风轮的反向加速度过高(此时风轮的加速度方向与风轮的旋转方向相反)，则降低收桨速率；如果风轮的反向加速度过低，则提高收桨速率。第二种方式与第一种方式相比，主要体现在阵风发生时，初始收桨速率的不同，由于第二种方式中，阵风发生时，风轮的实际转速和风轮转速极限值有一定差距，因此，可以不进行全速收桨，这样有利于将风轮加速度更精确的控制在小于0，并接近于0的范围。这主要的原因是，速度的检测、***计算(使用速度来计算加速度)、反馈指令(包含收桨速率)的下达均可能有一定的滞后性。因此如果全速收桨的话，即使控制***下达了降低收桨速率的指令，很有可能风轮加速度已经远小于0了，如前文中的说明，此时叶片和轮毂之间、叶根等位置的机械载荷过大，可能会超过极限值。

第三种，阵风发生时，实时以风轮加速度作为考量标准，来调节风轮叶片的收桨速率。具体而言，调节收桨速率前，首先应计算风轮的加速度。如果计算出的风轮的加速度超过加速度上限阈值，则应当全速收桨(收桨速率达到7°/S-8°/S)，以使风机不会超速。如果风轮的加速度在加速度下限阈值和加速度上限阈值之间，则以较高速的收桨速率进行收桨(收桨速率控制在5°/S-7°/S之间)。如果风轮的加速度，则说明风轮出现超速的可能较低，此时，则应当以较低的收桨速度进行收桨。不论以上述哪种收桨速率进行收桨，均应当在风轮的加速度调整至小于0，但接近于0的范围内时，应当采用上述公式1-3中的方式先计算收桨速率，在使用计算得到的收桨速率来调节桨距角。

以上三种控制方式，前两种调节方式较为简单，很明显，其停机过程整体分为两个阶段，分别是高速收桨阶段和低速收桨阶段。第二种方式相对于第一种方式而言，能够控制风轮加速度的变化不会过快，避免风轮的反向加速度过大，导致机械载荷过高引发的问题。第三种控制方式则是综合考虑了前两种的优点，在快速收桨阶段也采用改变收桨速率的方式，是收桨过程更为缓和，但也会使停机总时长增加。

当风轮的加速度为负，并持续一段时间后(步骤S102执行一定时间后)，风轮的转速已经下降了一定的程度，由于风轮转速较低，此时风轮所受的气动力矩会远低于额定转速时的气动力矩，风机不会产生较大的机械载荷。而此时发电机的电磁转矩可能已经为0，为了使风轮尽快的停止运动，可以适当提高叶片的收桨速率，以快速实现叶轮气动刹车。具体执行时，可以当风轮转速接近并网转速(安全转速的一种)时可以提高收桨速率，即以第四收桨速率调整风轮叶片的桨距角(此时的第四收桨速率可以是全速收桨速率，即7°/S-8°/S)，直至停机。经过实际测算，当风轮转速低于并网转速后再提高收桨速率，对于风机而言更为安全，但由于等待风轮转速降低至并网转速的时间过长，也正是由于时间过长，可能会引发其他安全问题，因此，优选的，当风轮转速达到额定转速的60％-80％(安全转速的另一种)时，便可以提高收桨速率，以达到尽快完成停机的目的。

进一步，由于本申请所提供的方法中，采用了降低收桨速率的方式进行收桨(非全速收桨)，因此停机时间会适当延长，实测中，由于种种不可控的因素(如阵风风力过大、风向变化过快，导致风轮加速度难以得到有效的控制；又如控制指令无法正确的生成或下达；又如极端状况下，风轮/发电机测速器出现故障导致无法计算出正确加速度等问题)，为了保证风机不会超速引发飞车，造成灾难，应当在步骤S101开始执行时(即进入强阵风停机时)开始计时，当计时到达预设时间(通常可以设置为35秒-45秒)时，触发启动紧急停机机制。即当强阵风停机到达35秒-45秒时，以第三收桨速率(如全速收桨速率，或者是高于第二收桨速率的速率)，以使风机能够尽快完成停机。

以上，论述了进入到阵风停机模式后，风机停机的整体过程。同时，如何合理的判断当前状态是否已经进入到阵风状态，或者说是否应当进入阵风停机模式更为重要。相关技术中，通常采用直接测量风速，或风轮转速的方式来衡量当前的自然环境是否发生了阵风。但风速过快并不必然是发生了阵风，因此，相关技术中的判断方式并不准确。

有鉴于此，本申请提供了四种判断当前环境是否发生阵风的方式。

第一种方式，在风机正常运行过程中，***需要实时检测风轮/发电机的转速，以及获取变桨速率指令；

如果风轮/发电机的转速在第一转速限值和第二转速限值之间，变桨速率指令为负(将桨距角朝向0°调节)，且风轮/发电机的加速度为正，则可以启动阵风停机模式，即执行步骤S101；

第二种方式，在风机正常运行过程中，***需要实时检测风轮/发电机的转速、环境风速，以及获取变桨速率指令；

如果风轮/发电机的转速在第一转速限值和第二转速限值之间，变桨速率指令为负，且环境风速的加速度为正，则可以启动阵风停机模式，即执行步骤S101；

第三种方式，在风机正常运行过程中，***需要实时检测风轮/发电机的转速、环境风速，以及获取变桨速率指令；

如果风轮/发电机的转速在第一转速限值和第二转速限值之间，变桨速率指令为负，风轮/发电机的加速度为正，且环境风速的加速度为正，则可以启动阵风停机模式，即执行步骤S101；

第四种方式，在风机正常运行过程中，***需要实时检测风轮/发电机的转速和环境风速；

如果风轮/发电机的转速超过第二转速限值，且风轮/发电机的加速度为正，以及环境风速的加速度为正，则可以启动阵风停机模式，即执行步骤S101。

其中，对于第四种方式，还可以在判断条件中增加变桨指令是否符合要求这一条。进而，第四种方式就变为：在风机正常运行过程中，***需要实时检测风轮/发电机的转速、环境风速和变桨位置指令；

如果风轮/发电机的转速超过第二转速限值，且风轮/发电机的加速度为正，风速持续增加，以及变桨位置指令的数值小于5°，则可以启动阵风停机模式，即执行步骤S101。

上述四种方式中，第一转速限值通常可以设置为1.02倍额定转速，第二转速限值通常可以设置1.06倍额定转速。第三种方式和第四种判断方式的判断准确性较高，第一种方式和第二种方式的判断准确性较低，但第三种方式和第四中方式中需要得到的数据较多，因此这四种方式可以在不同的环境下选择使用。环境风速的加速度可以依据环境风速计算得到，其计算方式与使用风轮的转速计算风轮的加速度的方式相同，可以使用最速微分法、滤波算法等方法。

下面，以一个具体的实例来说明本申请所提供的极端状态下风机的停机方法的工作流程，请参照附图2，

步骤201，风机在运行过程中，实时检测风机运行状态数据(包括风轮/发电机的转速和变桨速率指令)，以及检测环境风速；

步骤202，依据检测得到的风机运行状态数据和环境风速来判断是否应当进入强阵风停机模式；如果是，则进入步骤203(同时开始统计阵风停机模式持续的时间)，如果否，则返回步骤201；

步骤203，判断当前风轮加速度是否低于0；如果是，则执行步骤204；如果否，则执行步骤205；

步骤204，采用较高的收桨速率(如全速收桨速率)进行收桨，以使风轮加速度尽快降低，并执行步骤206；

步骤205，采用较低的收桨速率进行收桨，以将风轮加速度控制在小于0，且接近于0的范围内，进而避免风机的机械载荷过高，并执行步骤206；

步骤206，判断当前风机的风轮转速是否低于安全阈值(60％-80％额定转速)，如果是，则执行步骤208；如果否则执行步骤207；

步骤207，判断阵风停机模式持续的时间是否过长(是否到达预定时间(如40秒)，如果是，则执行步骤208；如果否，则返回步骤203；

步骤208，以全速收桨的方式进行收桨；

步骤209，完成收桨停机。

如图3-6所示，提供了使用相关技术中，在强阵风状态下，采用全速收桨的方法进行收桨停机和采用本申请所提供的停机方法进行收桨停机的效果对比图。

图3显示了使用这两种方法，在阵风停机过程中，桨距角的变化情况。

图4显示了使用这两种方法，在阵风停机过程中，叶根处Mz载荷的变化情况。

图5显示了使用这两种方法，在阵风停机过程中，轮毂Myz载荷的变化情况。

图6显示了使用这两种方法，在阵风停机过程中，变桨电机的扭矩的变化情况。

可以直观的看出，在使用了本申请所提供的方法后，各种机械载荷的极限值都得到了下降，可见，本申请所提供的方法，不但保证风机不会超速，而且保证风机的机械载荷的最大值降低了。提高了风机整体的安全性。

本申请所提供的极端状态下风机的停机方法，在风机遭遇阵风进行停机的过程中，采用改变收桨速率的方式，在停机的初期先使用速率较高的第一收桨速率进行桨距角的调节，而后，再使用速率较低的第二收桨速率进行桨距角的调节，在保证风机不会超速飞车的情况下，兼顾了风机的机械载荷不会过高，使得风机整体更为安全。

并且，该方法还提供了第二收桨速率的精确计算方式(公式1-3)，使得在使用第二收桨速率进行桨距角的调节过程中，在风机机械载荷被更准确的控制在了合理的范围内。

同时，本方法还提供了判断当前是否发生了阵风的判断方式。这种判断方式与前述的改变收桨速率进行停机的方式相结合，使得阵风停机更为安全、合理。

与前文中所公开的极端状态下风机的停机方法相对应的，本发明实施例还提供了极端状态下风机的停机***，如图7所示，包括如下结构：

第一收桨控制模块701，用于在风机停机过程中，采用第一收桨速率调整风轮叶片的桨距角，以降低风轮/发电机的加速度；

实时检测模块702，用于在第一收桨控制模块701工作的过程中，实时检测当前风轮/发电机的加速度；

第二收桨控制模块703，用于当风轮/发电机的加速度小于预设的加速度阈值时，采用第二收桨速率调整风轮叶片的桨距角；其中，第一收桨速率大于第二收桨速率。

优选的，第二收桨控制模块703包括：

第二收桨速率计算单元，用于根据风轮/发电机的加速度计算第二收桨速率，其中，当风轮/发电机的加速度为负时，风轮/发电机的加速度的绝对值与收桨速率呈负相关性；

第二收桨控制单元，用于使用计算得到的第二收桨速率调整风轮叶片的桨距角。

优选的，第二收桨速率计算单元进一步用于按照如下公式计算第二收桨速率；

当a∈(-0.04,0]时，ω＝2.75a+0.13；

当a∈(-0.1,-0.04]时，ω＝0.2a+0.028；

当a∈(-0.16,-0.1]时，ω＝0.004a+0.0084；

其中，a为风轮的加速度，单位为rad/s²，ω为第二收桨速率，单位为rad/s。

优选的，该极端状态下风机的停机***还包括：

计时模块，用于从第一手将控制模块启动时开始计时；

第三收桨控制模块，用于当及时模块的计时时间超过预设的时间阈值时，采用第三收桨速率调整风轮叶片的桨距角，其中，第三收桨速率大于第二收桨速率。

优选的，该极端状态下风机的停机***还包括：

第四收桨控制模块，用于在风机停机过程中，当风轮转速低于预设的安全转速时，则采用第四收桨速率调整风轮叶片的桨距角，第四收桨速率大于第二收桨速率。其中，更优选的，安全转速为60％-80％的风轮额定转速。

优选的，该极端状态下风机的停机***还包括：

第一阵风判断模块，用于在风机正常运行过程中，当风轮/发电机的转速在第一转速限值和第二转速限值之间，变桨速率指令为负，且同时符合以下两个条件中的任一个时，驱动第一收桨控制模块701工作；风轮/发电机的加速度为正，环境风速的加速度为正。

优选的，该极端状态下风机的停机***还包括：

第二阵风判断模块，用于在风机正常运行过程中，当风轮/发电机的转速超过第二转速限值，且风轮/发电机的加速度为正，以及环境风速的加速度为正时，驱动第一收桨控制模块701工作。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的***、装置、模块和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的***和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.极端状态下风机的停机方法，其特征在于，包括：

在风机停机过程中，采用第一收桨速率调整风轮叶片的桨距角，以降低所述风轮/发电机的加速度，并实时检测当前风轮/发电机的加速度；

当所述风轮/发电机的加速度小于预设的加速度阈值时，采用第二收桨速率调整风轮叶片的桨距角，所述第一收桨速率大于所述第二收桨速率。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤所述采用第二收桨速率调整风轮叶片的桨距角包括：

根据所述风轮/发电机的加速度计算所述第二收桨速率，当所述风轮/发电机的加速度为负时，所述风轮/发电机的加速度的绝对值与收桨速率呈负相关性；

使用所述计算得到的第二收桨速率调整风轮叶片的桨距角。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述风轮/发电机的加速度计算所述第二收桨速率包括：

按照如下公式计算第二收桨速率；

当a∈(-0.04,0]时，ω＝2.75a+0.13；

当a∈(-0.1,-0.04]时，ω＝0.2a+0.028；

当a∈(-0.16,-0.1]时，ω＝0.004a+0.0084；

其中，a为风轮的加速度，单位为rad/s²，ω为第二收桨速率，单位为rad/s。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：从执行步骤所述采用第一收桨速率调整风轮叶片的桨距角时开始计时，当所述计时的时间超过预设的时间阈值时，采用第三收桨速率调整风轮叶片的桨距角，所述第三收桨速率大于所述第二收桨速率。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：在风机停机过程中，当所述风轮转速低于预设的安全转速时，则采用第四收桨速率调整风轮叶片的桨距角，所述第四收桨速率大于所述第二收桨速率。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述安全转速为60％-80％的风轮额定转速。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

在风机正常运行过程中，若所述风轮/发电机的转速在第一转速限值和第二转速限值之间，变桨速率指令为负，且同时符合以下两个条件，则执行步骤所述采用第一收桨速率调整风轮叶片的桨距角；风轮/发电机的加速度为正，环境风速的加速度为正；

在风机正常运行过程中，若所述风轮/发电机的转速超过第二转速限值，且风轮/发电机的加速度为正，以及环境风速的加速度为正，则执行步骤所述采用第一收桨速率调整风轮叶片的桨距角。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用第二收桨速率调整风轮叶片的桨距角包括：

实时调整所述第二收桨速率的数值，以控制所述风轮叶片的加速度在小于0，且接近于0的范围内。

9.极端状态下风机的停机***，其特征在于，包括：

第一收桨控制模块，用于在风机停机过程中，采用第一收桨速率调整风轮叶片的桨距角，以降低所述风轮/发电机的加速度；

实时检测模块，用于实时检测当前风轮/发电机的加速度；

第二收桨控制模块，用于当所述风轮/发电机的加速度小于预设的加速度阈值时，采用第二收桨速率调整风轮叶片的桨距角，以控制风轮叶片的攻角的绝对值小于预设的限值，所述第一收桨速率大于所述第二收桨速率。

10.根据权利要求9所述的***，其特征在于，第二收桨控制模块包括：

第二收桨速率计算单元，用于根据所述加速度计算所述第二收桨速率，当所述加速度为负时，所述加速度的绝对值与收桨速率呈负相关性；

桨距角调节单元，用于使用所述计算得到的第二收桨速率调整风轮叶片的桨距角。