CN104379925B - 在停机期间控制风力涡轮机的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于在停机期间控制独立变桨的风力涡轮机的方法，所述风力涡轮机包括至少三个风力涡轮机叶片(1a、1b、1c)。响应于用于停止风力涡轮机操作的停机命令，确定风力涡轮机每个叶片(1a、1b、1c)的叶片参数，例如确定桨距角、弯矩或叶片加速度。比较风力涡轮机叶片(1a、1b、1c)的所述叶片参数，并且基于所述比较步骤从两个或更多个预定停机策略的组中为风力涡轮机选择停机策略。最后，根据所选择的停机策略将风力涡轮机叶片(1a、1b、1c)朝着顺桨位置移动。

Description

在停机期间控制风力涡轮机的方法

技术领域

本发明涉及一种在停机期间控制独立变桨的风力涡轮机的方法。更特别地，本发明的方法在停机期间减少风力涡轮机叶片上的负载。本发明还涉及一种适于执行所述方法的控制单元，并且涉及一种包括这种控制单元的风力涡轮机。

背景技术

在桨距受控的风力涡轮机中，风力涡轮机叶片的桨距响应于风况而被调节，以便获得期望的产能。当风力涡轮机叶片在操作期间旋转时，风力涡轮机每个叶片上的负载例如由于风切变、经过塔架、湍流等而改变。这可引起风力涡轮机叶片之中非对称的负载分布。这是不期望的，因为其导致转子、传动系等之上的高负载。为了避免这种情况，有时使用独立桨距控制策略。根据独立桨距控制策略，各叶片的桨距角被单独调节以便考虑到每个叶片位置处的状况。

当例如由于紧急情况而对桨距受控的风力涡轮机发出中止命令或停机命令时，风力涡轮机叶片正常地移动至顺桨位置，即风力涡轮机叶片的桨距角改变直至所述风力涡轮机叶片处于其不再捕获风的位置。通常期望的是尽可能快地将风力涡轮机叶片移动至顺桨位置。

然而，在独立变桨的风力涡轮机的情况下，当接收到中止命令或停机命令时，风力涡轮机各叶片的桨距角并不相同。相反地，风力涡轮机的每个叶片的桨距角已经以如下方式调节，以使得考虑到所讨论的叶片的确切位置占主导的状况。如果在接收中止命令或停机命令时，风力涡轮机的所有叶片尽可能快地朝着顺桨位置简单地移动，则随着风力涡轮机叶片在转子平面中连续旋转、同时朝着顺桨位置移动，桨距角中的相互差将会保持。由此风力涡轮机叶片移动远离支配桨距角中调节的位置，但调节并未变化。这可导致风力涡轮机叶片上的非对称负载，而这比风力涡轮机叶片的桨距角简单相同的情况更糟。因此期望的是提供一种在独立变桨的风力涡轮机停机期间的控制策略，所述控制策略减少风力涡轮机叶片上的非对称负载。

专利文献EP 2290232公开了一种风力涡轮机桨距角控制装置，其配置为实施独立的桨距控制。当输入风力涡轮机中止命令时，将风力涡轮机的各叶片的桨距角匹配，并且接下来将桨距角移动至顺桨位置。当输入风力涡轮机中止命令时，可基于多个风力涡轮机叶片之中的桨距角识别代表性的风力涡轮机叶片。接下来将代表性的风力涡轮机叶片的桨距角与风力涡轮机其他叶片的桨距角匹配，接下来将风力涡轮机叶片的桨距角移动至顺桨位置。代表性的风力涡轮机叶片可以是桨距角最接近顺桨位置的那个风力涡轮机叶片。

专利文献EP 2290232的控制装置在停机期间减少风力涡轮机叶片上的非对称负载，是因为桨距角在风力涡轮机叶片移动至顺桨位置之前被校准(aligned)。然而，因为所述校准必须在朝着顺桨位置的移动开始之前进行，所以使停机过程延迟。此外，在每次输入中止命令时使用同一停机策略，然而该停机策略可能不适于所有情况。

发明内容

本发明的实施例的目的是提供一种用于在停机期间控制独立变桨的风力涡轮机的方法，其中使风力涡轮机叶片上的非对称负载最小化，而使从停机命令起直至停机为止的时间最小化。

本发明的实施例的另一目的是提供一种用于在停机期间控制独立变桨的风力涡轮机的方法，其中能选择给定环境下的最优停机策略。

根据第一个方面，本发明提供一种用于在停机期间控制独立变桨的风力涡轮机的方法，所述风力涡轮机包括至少三个风力涡轮机叶片，所述方法包括以下步骤：

-接收用于风力涡轮机停止操作的停机命令，

-确定风力涡轮机每个叶片的叶片参数，

-比较风力涡轮机叶片的叶片参数，

-基于所述比较步骤，从两个或更多个预定停机策略的组中为风力涡轮机选择停机策略，以及

-根据所选择的停机策略将风力涡轮机叶片朝着顺桨位置移动。

在本文中，术语“独立变桨的风力涡轮机”应解释为意指如下的风力涡轮机，其中风力涡轮机每个叶片的桨距角独立地调节以便考虑到风力涡轮机每个叶片确切位置占主导的状况，以便减少如上所述风力涡轮机叶片上的非对称负载。

根据本发明的方法，最初接收停机命令。停机命令表示风力涡轮机的操作将要停止。停机命令可例如响应于检测到的紧急情况(诸如风力涡轮机的部件失效或故障、风力涡轮机中的测得温度超出范围、或需要风力涡轮机的操作中断的任何其他适当情况)而产生。替代地或附加地，停机命令可响应于测得环境状况(诸如风速、湿度、空气密度等)处于风力涡轮机操作范围以外而产生。在任何情况下，当接收到停机命令时，通常期望的是尽可能快地停止风力涡轮机的操作。

当已经接收到停机命令后，确定风力涡轮机每个叶片的叶片参数。在本文中，术语“叶片参数”应解释为意指表示叶片状况的参数、例如可测出的参数。叶片参数可例如是桨距角、叶片弯矩、叶片加速度等。叶片参数可有利地是表示风力涡轮机叶片上机械负载的参数和/或反映叶片上的机械负载中差异的参数。

应指出的是，确定风力涡轮机每个叶片的叶片参数的步骤不必包括确定风力涡轮机每个叶片的叶片参数的绝对值。而是可例如以确定风力涡轮机每个叶片相对于参照点、或相对于风力涡轮机叶片其他参数的值的方式确定相对值。在一些情况下，简单地获得风力涡轮机每个叶片相对于风力涡轮机其他叶片的叶片参数的测量值将提供有关风力涡轮机转子上非对称负载的充足信息，并且在这样的情况下不必获得叶片参数的绝对值。

叶片参数可测出。作为替代例，叶片参数可由控制系统内在地得知。这例如在叶片参数是桨距角的情况下是如此，因为桨距角由控制系统计算，接下来叶片旋转至计算出的桨距角。

接下来将以该方式获得的风力涡轮机叶片的叶片参数进行比较。在确定风力涡轮机叶片的叶片参数的步骤包括获得叶片参数的相对值的情况下，比较叶片参数的步骤可构成确定叶片参数的步骤的一部分。基于该比较步骤，选择用于风力涡轮机的停机策略。所述停机策略从两个或更多个预定停机策略的组中选择。因此，基于对叶片参数的比较，在给定环境下总是能选择适当的停机策略。

在叶片参数表示叶片上的机械负载和/或反映叶片上的机械负载中差异的情况下，对叶片的叶片参数的比较表明叶片间机械负载中的差异，即所述比较表明叶片上的非对称负载。由此基于叶片的非对称负载或预期非对称负载而选择停机策略。因而，能选择减少或消除这些非对称负载的停机策略。

最后，根据所选择的停机策略将风力涡轮机叶片朝着顺桨位置移动。

在本文中，术语“将风力涡轮机叶片朝着顺桨位置移动”应解释为意指以如下方式改变风力涡轮机叶片的桨距角，即使得桨距角变得更接近顺桨位置。因而，所述移动是绕风力涡轮机叶片纵轴线的旋转运动。

如上所提到的，叶片参数可以是风力涡轮机叶片的桨距角。由于风力涡轮机独立变桨，所以三个或更多个风力涡轮机叶片的桨距角将彼此不同。根据该实施例，在比较步骤期间比较风力涡轮机叶片的各自桨距角，并且基于桨距角的差异而选择停机策略。

替代地，叶片参数可以是表示叶片状况的其他适当的参数，例如反映叶片上机械负载的参数，包括但不限于叶片弯矩、叶片加速度等。

在叶片参数是风力涡轮机叶片的桨距角的情况下，比较桨距角的步骤可包括识别风力涡轮机第一叶片、风力涡轮机第二叶片和风力涡轮机第三叶片，其中风力涡轮机第一叶片是具有离顺桨位置最远的桨距角的那个风力涡轮机叶片，风力涡轮机第三叶片是具有离顺桨位置最近的桨距角的那个风力涡轮机叶片，风力涡轮机第二叶片具有中间桨距角。

根据该实施例，比较步骤表明风力涡轮机每个叶片的桨距角距顺桨位置有多近，还有哪个风力涡轮机叶片最接近顺桨位置，以及哪个风力涡轮机叶片最远离顺桨位置。因而，在该情况下，选择如下的停机策略，该停机策略考虑风力涡轮机叶片相对于顺桨位置的相互位置。

比较桨距角的步骤可进一步包括将风力涡轮机第二叶片的桨距角θ₂与风力涡轮机第一叶片的桨距角θ₁和风力涡轮机第三叶片的桨距角θ₃的平均值进行比较的步骤，并且其中选择停机策略的步骤包括在θ₂大于θ₁和θ₃平均值的情况下选择第一停机策略以及在θ₂小于或等于θ₁和θ₃平均值的情况下选择第二停机策略。

根据该实施例，中间桨距角θ₂与最大桨距角和最小桨距角的平均值(θ₁+θ₃)/2比较。如果中间桨距角大于该平均值，即如果θ₂>(θ₁+θ₃)/2，则选择第一停机策略。在该情况下，中间桨距角相比于最小桨距角更接近最大桨距角，并且所选择的停机策略考虑到该情况。

另一方面，如果中间桨距角小于或等于该平均值，即如果θ₂≤(θ₁+θ₃)/2，则选择第二停机策略。在该情况下，中间桨距角相比于最大桨距角更接近最小桨距角，并且所选择的停机策略考虑到该情况。

应当指出的是，本文中假设在桨距角从操作位置改变至顺桨位置时，风力涡轮机叶片的桨距角增加。因而，在本文中具有最接近顺桨位置的桨距角的风力涡轮机叶片具有最大的桨距角，具有最远离顺桨位置的桨距角的风力涡轮机叶片具有最小的桨距角。

第一停机策略可包括以第一速度k₁移动风力涡轮机第二叶片和风力涡轮机第三叶片，并且以第二速度k₂移动风力涡轮机第一叶片，其中k₁<k₂。在本文中，术语“速度”应解释为意指风力涡轮机叶片的变桨速率。如上所提到的，当中间桨距角相比于最小桨距角更接近最大桨距角时选择第一停机策略。在该情况下，选择如下的停机策略，其中具有最接近顺桨位置的桨距角的风力涡轮机叶片和具有中间桨距角的风力涡轮机叶片以低速朝着顺桨位置移动，而具有最远离顺桨位置的桨距角的风力涡轮机叶片以较高速朝着顺桨位置移动。由此允许具有最远离顺桨位置的桨距角的风力涡轮机叶片“追赶上(catch up)”风力涡轮机其他叶片。同时地，风力涡轮机其他叶片朝着顺桨位置移动。由此确保尽可能快地减少风力涡轮机叶片上机械负载中的任何非对称性，而不会延迟将风力涡轮机叶片移动至顺桨位置的过程。

替代地或附加地，第二停机策略可包括以第一速度k₁移动风力涡轮机第三叶片，并且以第二速度k₂移动风力涡轮机第一叶片和风力涡轮机第二叶片，其中k₁<k₂。如上所述，当中间桨距角相比于最大桨距角更接近最小桨距角时选择第二停机策略。在该情况下选择如下的停机策略，其中具有最接近顺桨位置的桨距角的风力涡轮机叶片以低速朝着顺桨位置移动，而具有最远离顺桨位置的桨距角的风力涡轮机叶片和具有中间桨距角的风力涡轮机叶片以较高速朝着顺桨位置移动。由此允许后两个风力涡轮机叶片“追赶上”最接近顺桨位置的风力涡轮机叶片。同时，该最接近顺桨位置的风力涡轮机叶片朝着顺桨位置移动。由此尽可能快地减少风力涡轮机叶片上机械负载中的任何非对称性，而不会延迟将风力涡轮机叶片移动至顺桨位置的过程。

所述方法可进一步包括如下步骤：

-在停机期间监测风力涡轮机叶片的桨距角，以及

-在θ₂变得小于或等于θ₁和θ₃的平均值的情况下，从第一停机策略切换至第二停机策略。

根据该实施例，在最初选择第一停机策略的情况下，风力涡轮机叶片的桨距角受到监测，并且一旦出现用于选择第二停机策略的标准，就执行从第一停机策略至第二停机策略的切换。在第一和第二停机策略是以上所述停机策略的情况下，这意指具有最接近顺桨位置的桨距角的风力涡轮机叶片在整个停机过程期间以低速移动，并且具有最远离顺桨位置的桨距角的风力涡轮机叶片在整个停机过程期间、或者至少直至其已达到具有最接近顺桨位置的桨距角的风力涡轮机叶片的桨距角为止以高速移动。然而，具有中间桨距角的风力涡轮机叶片最初以低速移动，接下来在具有最远离顺桨位置的桨距角的风力涡轮机叶片已经移动到充分接近具有中间桨距角的风力涡轮机叶片时，具有中间桨距角的风力涡轮机叶片在停机过程的剩余部分中、或至少直至其已经达到具有最接近顺桨位置的桨距角的风力涡轮机叶片的桨距角为止以高速移动。这样的停机过程甚至进一步减少了风力涡轮机叶片上机械负载中的非对称性。

所述方法可进一步包括在θ₂超过θ₁和θ₃平均值一预定量的情况下、或者在θ₂变得大于θ₁和θ₃平均值并且从执行第一停机策略至第二停机策略的切换开始已过去一预定时间的情况下从第二停机策略切换回第一停机策略的步骤。

根据该实施例，如果状况改变，则执行从第二停机策略切换回第一停机策略。如果θ₂超过θ₁和θ₃的平均值，则用于选择第一停机策略的标准再次出现，并且因此将适于切换回第一停机策略。然而，为了确保θ₂已实际上超过θ₁和θ₃的平均值，并且确保并非是因为错误的测量、波动等而检测到该状况，则直至θ₂已超过θ₁和θ₃的平均值一预定量或者直至自从第一停机策略切换至第二停机策略起过去一特定时间才作出切换。由此防止执行第一和第二停机策略之间重复且迅速的切换。

替代地或附加地，所述方法可进一步包括以下步骤：

-在停机期间监测风力涡轮机叶片的桨距角，以及

-在θ₃变得大于或等于θ₂的情况下从第二停机策略切换至第一停机策略。

根据该实施例，最初选择第二停机策略，或者以上述方式在停机过程期间执行从第一停机策略至第二停机策略的切换。在停机策略为以上所述停机策略的情况下，这意指具有最远离顺桨位置的桨距角的风力涡轮机叶片和具有中间桨距角的风力涡轮机叶片以相比于具有最接近顺桨位置的桨距角的风力涡轮机叶片以较高速移动。由此这两个叶片的桨距角向具有最接近顺桨位置的桨距角的风力涡轮机叶片的桨距角靠近。当具有中间桨距角的风力涡轮机叶片的桨距角达到具有最接近顺桨位置的桨距角的风力涡轮机叶片的桨距角时，对于停机策略的剩余部分而言，具有中间桨距角的风力涡轮机叶片与具有最接近顺桨位置的桨距角的风力涡轮机叶片一起以低速移动。具有最远离顺桨位置的桨距角的风力涡轮机叶片仍以高速移动，即该风力涡轮机叶片继续向风力涡轮机另外两个叶片靠近。当风力涡轮机最后叶片的桨距角达到风力涡轮机另外两个叶片的桨距角时，风力涡轮机最后叶片也在停机过程的剩余部分中以低速移动。

作为替代例，所述方法可进一步包括以下步骤：

-在停机期间监测风力涡轮机叶片的桨距角，以及

-在θ₁变得等于θ₂的情况下，从第一停机策略切换至第二停机策略。

根据该实施例，在最初选择第一停机策略的情况下，风力涡轮机叶片的桨距角受到监测。当风力涡轮机第一叶片“追赶上”风力涡轮机第二叶片时，即当θ₁变得等于θ₂时，执行至第二停机策略的切换。在第一和第二停机策略是以上所述的停机策略的情况下，这意指具有最接近顺桨位置的桨距角的风力涡轮机叶片在整个停机过程期间以低速移动，并且具有最远离顺桨位置的桨距角的风力涡轮机叶片在整个停机过程期间、或至少直至其已达到具有最接近顺桨位置的桨距角的风力涡轮机叶片的桨距角为止以高速移动。具有中间桨距角的风力涡轮机叶片最初以低速移动。当具有最远离顺桨位置的桨距角的风力涡轮机叶片达到具有中间桨距角的风力涡轮机叶片的桨距角时，风力涡轮机叶片的速度增加至高速，并且具有中间桨距角的风力涡轮机叶片与具有最远离顺桨位置的桨距角的风力涡轮机叶片一起以高速移动。这样的停机过程也显著地减少风力涡轮机叶片上机械负载中的非对称性。

所述方法可进一步包括以下步骤：

-在停机期间监测风力涡轮机叶片的叶片参数，

-在满足一个或多个预定标准的情况下，从两个或更多个停机策略的组中选择新的停机策略，以及

-根据所述新的停机策略继续将风力涡轮机叶片朝着顺桨位置移动。

这可例如以以上所述的方式执行。作为替代例，所选择的停机策略可与以上描述的停机策略不同和/或所监测的叶片参数可以不是桨距角，而是可替代为其他适当类型的叶片参数，诸如叶片弯矩、叶片加速度等。

所述的一个或多个标准可包括风力涡轮机其中一个叶片的叶片参数在停机过程期间变得与风力涡轮机其他叶片之一的叶片参数相等，即风力涡轮机其中一个叶片“追赶上”风力涡轮机其他叶片之一。当该情况发生时，与最初选择停机策略时的情况相比，叶片参数的非对称性将很可能已经改变。因此，在该情况下，可适于重新考虑所选择的停机策略，并且可以在新环境下选择另一适当的停机策略。

选择停机策略的步骤可包括选择以下停机策略，所述停机策略在将风力涡轮机叶片朝着顺桨位置移动的同时导致风力涡轮机叶片上最低的非对称叶片负载。

根据第二个方面，本发明提供一种控制单元，其用于控制独立变桨的风力涡轮机的桨距角，风力涡轮机包括至少三个风力涡轮机叶片，所述控制单元能够执行根据本发明第一方面的方法。本发明还涉及一种独立变桨的风力涡轮机，其包括至少三个风力涡轮机叶片以及根据本发明第二方面的控制单元。

附图说明

现在将参照所附附图更详尽地描述本发明，其中：

图1展示风力涡轮机的桨距非对称性，

图2示出根据本发明第一实施例的、在独立变桨的风力涡轮机停机期间选择停机策略的状态机示意图，

图3为展示根据本发明实施例的第一停机过程的图表，

图4为展示根据本发明实施例的第二停机过程的图表，

图5示出根据本发明第二实施例的、在独立变桨的风力涡轮机停机期间选择停机策略的状态机示意图，

图6为展示根据本发明实施例的第三停机过程的图表，以及

图7为展示根据本发明实施例的第四停机过程的图表。

具体实施方式

图1示出布置在旋转坐标系中的三个风力涡轮机叶片1a、1b和1c，其中风力涡轮机叶片1a总是与z轴重合。对于风力涡轮机每个叶片1a、1b、1c而言，相对应的桨距角以矢量θ_A、θ_B和θ_C表示。所述矢量指向与相对应的风力涡轮机叶片1a、1b、1c相同的方向，并且矢量的大小等于桨距角，即|θ_x|＝θ_x。示出合桨距矢量θ_Σ＝θ_A+θ_B+θ_C。

能示出的是，合矢量的平方幅值由下式给出：

|θ_Σ|²＝θ_A ²+θ_B ²+θ_C ²-θ_Aθ_B-θ_Aθ_C-θ_Bθ_C

合矢量表示了如下意义中的桨距非对称性，即如果所有的桨距角相等，则其幅值等于零。

接下来，考虑平方幅值的时间导数：

由于该表达式在风力涡轮机叶片1a、1b、1c能不影响结果地重新命名的意义上是对称的，所以在下文中以如下方式重新命名风力涡轮机叶片，使得θ₁是最小桨距角、即最远离顺桨位置的桨距角，θ₂是中间桨距角，且θ₃是最大桨距角、即最接近顺桨位置的桨距角。因而，θ₃≥θ₂≥θ₁。

考虑风力涡轮机每个叶片1a、1b、1c能以两个正的、离散的变桨速度k₁或k₂(其中k₂>k₁)移动的情况。如果风力涡轮机叶片1a、1b、1c的桨距角不同并且需要校准，则两种策略有意义。

根据第一策略，具有最远离顺桨位置的桨距角的风力涡轮机叶片以高速k₂朝着顺桨位置移动，而具有最接近顺桨位置的桨距角和具有中间桨距角的风力涡轮机叶片以低速k₁朝着顺桨位置移动。因而，在该情况下：

在该情况下，允许具有最远离顺桨位置的桨距角的风力涡轮机叶片“追赶上”风力涡轮机另外两个叶片。

根据第二策略，具有最接近顺桨位置的桨距角的风力涡轮机叶片以低速k₁朝着顺桨位置移动，而具有最远离顺桨位置的桨距角及具有中间桨距角的风力涡轮机叶片以高速k₂朝着顺桨位置移动。因而，在该情况下：

在该情况下，允许具有最远离顺桨位置的桨距角和具有中间桨距角的风力涡轮机叶片两者“追赶上”具有最接近顺桨位置的桨距角的风力涡轮机叶片。

为了能够在这两种策略之间选择，需要调查的是哪种策略最快地减少非对称矢量的幅值，即调查哪种策略导致以上时间导数的最低值。

对于第一策略而言，时间导数Δ₁由下式给出：

Δ₁＝2θ₁k₂+2θ₂k₁+2θ₃k₁-k₂θ₂-θ₁k₁-k₂θ₃-θ₁k₁-k₁θ₃-θ₂k₁

Δ₁＝k₁(θ₂+θ₃-2θ₁)+k₂(2θ₁-θ₂-θ₃)

类似地，对于第二策略而言，时间导数Δ₂由下式给出：

Δ₂＝2θ₁k₂+2θ₂k₂+2θ₃k₁-k₂θ₂-θ₁k₂-k₂θ₃-θ₁k₁-k₂θ₃-θ₂k₁

Δ₂＝k₁(2θ₃-θ₂-θ₁)+k₂(θ₁+θ₂-2θ₃)

用于选择第一策略的标准是Δ₁<Δ₂。所述标准Δ₁<Δ₂在以下情况下为真：

k₁(θ₂+θ₃-2θ₁)+k₂(2θ₁-θ₂-θ₃)<k₁(2θ₃-θ₂-θ₁)+k₂(θ₁+θ₂-2θ₃)

k₁(2θ₂-θ₁-θ₃)<k₂(2θ₂-θ₁-θ₃)

由于k₂>k₁>0，所以当括号中的表达式大于零、即：

2θ₂-θ₁-θ₃>0

时，该不等式θ₂>(θ₁+θ₃)/2成立，

因此，如果θ₂>(θ₁+θ₃)/2、即如果中间桨距角大于最接近顺桨位置的桨距角和最远离顺桨位置的桨距角的平均值，则应选择第一策略。

类似地，如果θ₂≤(θ₁+θ₃)/2、即如果中间桨距角小于或等于最接近顺桨位置的桨距角和最远离顺桨位置的桨距角的平均值，则应选择第二策略。

图2示出根据本发明第一实施例的、在独立变桨的风力涡轮机停机期间选择停机策略的状态机示意图。使用以上参照图1描述的两种停机策略。

在2处接收停机命令，代表风力涡轮机的操作将要停止。接下来确定风力涡轮机叶片的桨距角，并且风力涡轮机叶片可以上述参照图1描述的方式重新命名，以便确立哪个风力涡轮机叶片具有最接近顺桨位置的桨距角、哪个风力涡轮机叶片具有最远离顺桨位置的桨距角、以及哪个风力涡轮机叶片具有中间桨距角。

接下来将中间桨距角θ₂与其他两个桨距角的平均值(θ₁+θ₃)/2比较。如果该比较表明θ₂>(θ₁+θ₃)/2，则在3处选择第一策略。另一方面，如果所述比较表明θ₂≤(θ₁+θ₃)/2，则在4处选择第二策略。

在已经选择适当的停机策略后，为了尽可能快地减少桨距非对称性，需要监测三个风力涡轮机叶片的桨距角。如果最初在3处选择第一策略，则持续地将中间桨距角θ₂与另外两个桨距角的平均值(θ₁+θ₃)/2比较。只要表明θ₂≤(θ₁+θ₃)/2，就在4处执行从第一策略至第二策略的策略切换。因而具有中间桨距角的风力涡轮机叶片的速度从k₁增加至k₂。

如果最初在4处选择第二策略，或者如果已经执行从第一策略至第二策略的切换，则将中间桨距角θ₂与最接近顺桨位置的桨距角θ₃比较。当中间桨距角达到最接近顺桨位置的桨距角、即当θ₂＝θ₃时，执行从第二策略至3处第一策略的策略切换。因而，具有中间桨距角的风力涡轮机叶片的速度从k₂降低至k₁，并且对于停机过程的剩余部分而言θ₂和θ₃具有相同值。

接着该步骤，将最远离顺桨位置的桨距角θ₁与最接近顺桨位置的桨距角θ₃比较。当最远离顺桨位置的桨距角达到最接近顺桨位置的桨距角、即当θ₃＝θ₁时，风力涡轮机全部三个叶片具有相同的桨距角，并且对于停机过程剩余部分而言，所述风力涡轮机叶片接下来在5处朝着顺桨位置一起移动。因而，风力涡轮机最后叶片的速度也从k₂减少至k₁。

图3和图4展示在如上所述的第一策略和第二策略之间切换的两种不同的停机序列。

在图3中，三个风力涡轮机叶片的桨距角显示为时间的函数。最接近顺桨位置的桨距角θ₃由实线表示，中间桨距角θ₂由虚线表示，最远离顺桨位置的桨距角θ₁由点划线表示。

在时间6处接收停机命令。桨距角的比较表明中间桨距角大于另外两个桨距角的平均值。因此选择第一策略，即θ₂和θ₃以低速k₁朝着顺桨位置移动，而θ₁以高速k₂朝着顺桨位置移动。

维持该策略直至θ₁已经移动到接近另外两个桨距角以使得中间桨距角θ₂等于另外两个桨距角的平均值为止。该情况在时间7处发生。接下来执行从第一策略至第二策略的策略切换，即具有中间桨距角θ₂的风力涡轮机叶片的速度从k₁增加至k₂，即该风力涡轮机叶片随后以与具有最远离顺桨位置的桨距角的风力涡轮机叶片相同的速度朝着顺桨位置移动。

维持该策略直至中间桨距角θ₂达到最接近顺桨位置的桨距角θ₃、即直至θ₂＝θ₃为止。该情况在时间8处发生。接下来执行从第二策略至第一策略的策略切换，即具有中间桨距角θ₂的风力涡轮机叶片的速度再次从k₂减少至k₁，并且对于停机过程的剩余部分而言θ₂保持与θ₃相等。

最后，当最远离顺桨位置的桨距角θ₁也达到最接近顺桨位置的桨距角θ₃、即当θ₃＝θ₁时，风力涡轮机最后叶片的速度也从k₂减少至k₁。该情况在时间9处发生。因此，在该时间点处，风力涡轮机全部三个叶片已被校准，并且随后以低速k₁朝着顺桨位置一起移动。

在图4所示的情况下，也在时间6处接收停机命令。然而，在该情况下，中间桨距角小于另外两个桨距角的平均值。因此选择第二策略，即θ₁和θ₂以高速k₂朝着顺桨位置移动，而θ₃以低速k₁朝着顺桨位置移动。

当中间桨距角θ₂达到最接近顺桨位置的桨距角θ₃、即当θ₃＝θ₂时，θ₂的速度如上所述地从k₂减少至k₁。该情况在时间8处发生。此外，当最远离顺桨位置的桨距角θ₁达到最接近顺桨位置的桨距角θ₃、即当θ₃＝θ₁时，θ₁的速度也如上所述地从k₂减少至k₁。该情况在时间9处发生。

图5示出根据本发明第二实施例的、在独立变桨的风力涡轮机停机期间选择停机策略的状态机示意图。使用了以上参照图1描述的两种停机策略。

在10处接收停机命令，代表风力涡轮机的操作将要停止。接下来确定风力涡轮机叶片的桨距角，并且根据桨距角将风力涡轮机叶片分类。这可包括以上述参照图1和图2的方式对风力涡轮机叶片重新命名。

接下来将中间桨距角θ₂与另外两个桨距角的平均值(θ₁+θ₃)/2比较。如果该比较表明θ₂>(θ₁+θ₃)/2，则在11处选择第一策略。另一方面，如果所述比较表明θ₂≤(θ₁+θ₃)/2，则在12处选择第二策略。

在已经选择适当的停机策略后，为了尽可能快地减少桨距非对称性，需要监测三个风力涡轮机叶片的桨距角。如果风力涡轮机其中一个叶片“追赶上”风力涡轮机其他叶片之一，则风力涡轮机叶片的次序将改变。例如，如果具有最远离顺桨位置的桨距角的风力涡轮机叶片“追赶上”中间的风力涡轮机叶片，则具有最远离顺桨位置的桨距角的风力涡轮机叶片变为中间的风力涡轮机叶片，且反之亦然。在该情况下最初选择的策略可不再适当。因此，当检测到风力涡轮机其中一个叶片已经“追赶上”风力涡轮机其他叶片之一、并且叶片的次序已经因此如上所述而改变后，所述过程返回至10，在该处再次确定和比较风力涡轮机叶片的桨距角，并且重新命名风力涡轮机叶片。

接下来将中间桨距角θ₂与风力涡轮机另外两个叶片的平均值(θ₁+θ₃)/2比较，并且基于该比较以上述方式选择新的停机策略。

图6和图7展示在以上参照图5描述的第一策略和第二策略之间切换的两种不同的停机序列。图6和图7与图3和图4类似。

在图6中，三个风力涡轮机叶片的桨距角显示为时间的函数。最接近顺桨位置的桨距角θ₃由实线表示，中间桨距角θ₂由虚线表示，并且最远离顺桨位置的桨距角θ₁由点划线表示。

在时间6处接收停机命令。桨距角的比较表明中间桨距角大于另外两个桨距角的平均值。因此选择第一停机策略，即θ₂和θ₃以低速k₁朝着顺桨位置移动，而θ₁以高速k₂朝着顺桨位置移动。

维持该策略直至在时间13处θ₁已“追赶上”θ₂、即直至θ₁＝θ₂为止。接下来执行从第一策略至第二策略的策略切换，即具有中间桨距角θ₂的风力涡轮机叶片的速度从k₁增加至k₂，即该风力涡轮机叶片随后以与最初具有最远离顺桨位置的桨距角的风力涡轮机叶片相同的速度朝着顺桨位置移动，即这两个风力涡轮机叶片在它们的桨距角保持相同的意义上一起移动。

维持该策略直至这两个桨距角达到最接近顺桨位置的桨距角θ₃、即直至θ₁＝θ₂＝θ₃为止。该情况在时间14处发生。因此，在该时间点处，风力涡轮机全部三个叶片已经被校准，并且随后以低速k₁朝着顺桨位置一起移动。

图7中所示的情况与图4中所示的情况相同，并且因此不在此描述。

因而，图6和图7展示在接收停机命令时，基于风力涡轮机叶片的桨距角的非对称性选择停机策略。维持所选择的策略直至风力涡轮机其中一个叶片“追赶上”风力涡轮机其他叶片之一、即直至风力涡轮机其中两个叶片的桨距角已被校准为止。当该情况发生时，重新考虑选择停机策略，并且如果适当的话执行控制策略切换。

Claims (10)

1.一种用于在停机期间控制独立变桨的风力涡轮机的方法，所述风力涡轮机包括至少三个风力涡轮机叶片，所述方法包括以下步骤：

a)接收用于停止风力涡轮机操作的停机命令，

b)确定风力涡轮机每个叶片的叶片参数，

c)比较风力涡轮机叶片的叶片参数，

d)基于所述比较步骤，从两个或更多个预定停机策略的组中为风力涡轮机选择停机策略，以及

e)根据所选择的停机策略将风力涡轮机叶片朝着顺桨位置移动，

其特征在于，所述方法还包括以下步骤：

f)在停机期间监测风力涡轮机叶片的叶片参数，

g)在满足一个或多个预定标准的情况下，从两个或更多个停机策略的组中选择新的停机策略，

h)根据所述新的停机策略继续将风力涡轮机叶片朝着顺桨位置移动，以及

i)返回到步骤f)，

其中，所述叶片参数是风力涡轮机叶片的桨距角，

所述比较步骤包括：

识别风力涡轮机第一叶片、风力涡轮机第二叶片以及风力涡轮机第三叶片，其中风力涡轮机第一叶片为具有最远离顺桨位置的桨距角的那个风力涡轮机叶片，风力涡轮机第三叶片为具有最接近顺桨位置的桨距角的那个风力涡轮机叶片，并且风力涡轮机第二叶片具有中间桨距角，以及

将风力涡轮机第二叶片的桨距角θ₂与风力涡轮机第一叶片的桨距角θ₁和风力涡轮机第三叶片的桨距角θ₃的平均值进行比较，

所述选择停机策略的步骤包括：

在θ₂大于θ₁和θ₃平均值的情况下选择第一停机策略以及在θ2小于或等于θ₁和θ₃平均值的情况下选择第二停机策略，以及

在θ₂超过θ₁和θ₃平均值一预定量的情况下、或者在θ₂变得大于θ₁和θ₃平均值并且从开始执行第一停机策略至第二停机策略的切换已过去一预定时间的情况下从第二停机策略切换回第一停机策略。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第一停机策略包括以第一速度k₁移动风力涡轮机第二叶片和风力涡轮机第三叶片，并且以第二速度k₂移动风力涡轮机第一叶片，其中k₁<k₂。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，第二停机策略包括以第一速度k₁移动风力涡轮机第三叶片，并且以第二速度k₂移动风力涡轮机第一叶片和风力涡轮机第二叶片，其中k₁<k₂。

4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤：

在停机期间监测风力涡轮机叶片的桨距角，以及

在θ₂变得小于或等于θ₁和θ₃的平均值的情况下，从第一停机策略切换至第二停机策略。

5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤：

在停机期间监测风力涡轮机叶片的桨距角，以及

在θ₃变得等于θ₂的情况下从第二停机策略切换至第一停机策略。

6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤：

在停机期间监测风力涡轮机叶片的桨距角，以及

在θ₁变得等于θ₂的情况下从第一停机策略切换至第二停机策略。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述一个或多个标准包括风力涡轮机其中一个叶片的叶片参数变得与风力涡轮机其他叶片之一的叶片参数相等。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，选择停机策略的步骤包括选择在将风力涡轮机叶片朝着顺桨位置移动的同时导致风力涡轮机叶片上最低非对称叶片负载的停机策略。

9.一种控制单元，其用于控制独立变桨的风力涡轮机的桨距角，所述风力涡轮机包括至少三个风力涡轮机叶片，所述控制单元能够执行根据前述权利要求中任一所述的方法。

10.一种独立变桨的风力涡轮机，其包括至少三个风力涡轮机叶片以及根据权利要求9所述的控制单元。