CN102052249A - 用于操作具有主动式流控制的风力涡轮机的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于操作具有主动式流控制的风力涡轮机的系统和方法。具体而言，提供了一种用于风力涡轮机的流控制系统(100，200)。该流控制系统包括至少部分地限定在风力涡轮机(10)的至少一个叶片(22)中的空气分配系统(102，202)，该空气分配系统包括至少一个限定成穿过叶片外表面的孔(108，208)，以及与空气分配系统处于操作控制通信的控制系统(36，363)。该控制系统设置成在第一模式下操作风力涡轮机，以及在与第一模式不同的第二模式下操作风力涡轮机，在至少第二模式期间，获取风力涡轮机的操作数据，用所获取的操作数据确定流控制系统的有效性，并基于流控制系统的有效性执行动作。

Description

用于操作具有主动式流控制的风力涡轮机的系统和方法

相关申请的交叉引用

交叉引用在此用来关联通常指共同未决的申请：档案号235606，名称为“用于操作具有减少的叶片结垢(fouling)的风力涡轮机的方法”；档案号235623，名称为“用于风力涡轮机的主动式流控制系统”；档案号235625，名称为“用于组装用在风力涡轮机转子叶片中的空气分配系统的系统和方法”；档案号235850，名称为“用于操作具有主动式流控制的风力涡轮机的系统和方法”；档案号235851，名称为“用于清洁风力涡轮机的主动式流控制(AFC)系统的装置和方法”；档案号235852，名称为“用于操作主动式流控制系统的系统和方法”。每个交叉引用的申请均由Jacob Johannes Nies和Wounter Haans所发明，并与本申请在同一天提交。每个交叉引用的申请均由此通过全部引用而被结合。

技术领域

本文所述的实施例大体上涉及用于操作具有主动式流控制的风力涡轮机的方法和系统，且更具体地说，涉及用于从主动式流控制系统中移除碎片和/或防止主动式流控制系统中碎片积聚的方法和系统。

背景技术

主动式流控制(AFC)是用于对给定的流入(in-flow)的条件出反应，而主动地试图影响对象的空气动力学响应的技术和/或系统的通用用语。更具体地说，至少一些已知的AFC系统被用来操控流过翼型(airfoil)的流状态。如本文中所使用的用语“翼型”指涡轮机叶片、翼和/或任何其它合适的翼型。虽然本文所述的实施例指涡轮机叶片，但是应当理解，本文所述的实施例可用于任何合适的翼型。与已知的提供基本恒定的流控制的被动式流控制系统相反，已知的AFC系统使流控制可被选择性地应用在翼型上。至少一些已知的AFC系统使用空气分配系统来操控流过翼型表面的空气的一个边界层。已知的AFC系统包括执行机构，执行机构可根据它们的净质量流量(net-mass-flow)而分成两类。第一类是零净质量流量执行机构，例如合成射流执行机构(synthetic jet actuator)，以及第二类是非零净质量流量执行机构，例如空气喷射执行机构，空气喷射执行机构可以是恒定的执行机构或非恒定的执行机构，和/或吹式执行机构(blowing actuator)和/或吸式执行机构(suction actuator)。

因为AFC系统易受能包含碎片的流体流的影响，所以，由碎片引起的AFC穿孔(perforation)和/或孔的结垢是AFC在风力涡轮机叶片、飞行器翼和其它翼型上大规模应用的其中一个妨碍因素。如本文所使用的用语“碎片”指可接触风力涡轮机叶片和/或其它翼型，并在其里面和/或上面积聚的尘土、灰尘、昆虫、昆虫残留物、颗粒、微粒、物质、悬浮液体和/或固体，和/或任何其它材料。此外，用语“穿孔”和“孔”在本文中可互换地使用。

大体上，由碎片所引起的AFC孔的结垢对AFC系统性能具有不利影响。此外，除了穿孔，至少一些已知的AFC系统的构件也易受结垢影响。例如，在至少一些已知的非零净质量流量系统中，可能已被碎片污染的周围空气被吸入到AFC系统中以供给执行机构。这种受污染的进入空气可使空气分配系统、执行机构和/或AFC系统穿孔产生结垢。

已知的AFC系统的穿孔和/或其它构件的这样的结垢可改变流过翼型的流体流，使得该流体流背离了清洁状态的流体流，该清洁状态的流体流是叶片设计要产生(yield)的。另外，叶片表面上和/或AFC系统中的结垢可降低使用翼型和/或AFC系统的系统例如风力涡轮机的输出功率。然而，人工清洁AFC系统的各个孔是不切实际的，这是因为至少一些已知的AFC系统中的大量的孔，和/或为了这样的人工清洁而使风力涡轮机脱机所需的持续时间。

因此，需要提供通过清洁AFC系统和/或防止AFC系统的结垢，用来维护风力涡轮机的方法和/或系统。此外，这样的方法和/或系统优选地可减少或消除人工清洁AFC系统和/或叶片的需要。而且，需要这样的方法和/或系统，以基于从风力涡轮机所获取的操作数据，并且更具体地说，基于AFC系统的操作特性，而自动地执行动作。

发明内容

在一个方面，提供了一种操作包括流控制系统的风力涡轮机的方法。该方法包括：在第一模式下操作风力涡轮机，以及在以与第一模式不同的第二模式下操作风力涡轮机，在至少第二模式期间，获取风力涡轮机的操作数据，使用所获取的操作数据确定流控制系统的有效性(effectiveness)，并基于该流控制系统的有效性执行动作。

在另一个方面，提供了一种用于风力涡轮机的流控制系统。该流控制系统包括至少部分地限定在风力涡轮机的至少一个叶片中的空气分配系统，该空气分配系统包括至少一个限定成穿过叶片外表面的孔。该空气分配系统还包括与空气分配系统处于操作控制通信(operational control communication)的控制系统。该控制系统设置成在第一模式下操作风力涡轮机，以及在与第一模式不同的第二模式下操作风力涡轮机，在至少第二模式期间，获取风力涡轮机的操作数据，使用所获取的操作数据确定流控制系统的有效性，并基于该流控制系统的有效性执行动作。

在还有另一个方面，提供了一种风力涡轮机。该风力涡轮机包括至少一个叶片和流控制系统，该流控制系统具有空气分配系统，该空气分配系统至少部分地限定在风力涡轮机的至少一个叶片中。该空气分配系统包括至少一个限定成穿过叶片外表面的孔。该风力涡轮机还包括与流控制系统处于操作控制通信的控制系统。该控制系统设置成在第一模式下操作风力涡轮机，以及在与第一模式不同的第二模式下操作风力涡轮机，在至少第二模式期间，获取风力涡轮机的操作数据，使用所获取的操作数据确定流控制系统的有效性，并基于该流控制系统的有效性执行动作。

本文所述的系统和方法设置成基于所获取的涉及AFC系统的数据自动地执行动作。本文所述的实施例可选择性地监测风力涡轮机的操作，和/或改变风力涡轮机的操作，以获取与确定AFC系统有效性有关的数据。

附图说明

图1-图12显示了本文所述的系统和方法的示例性实施例。

图1是一个示例性风力涡轮机的透视图。

图2是可用于图1中所示风力涡轮机的一个示例性流控制系统的示意图。

图3是可用于图2中所示流控制系统的一个示例性检测系统的示意图。

图4是可用于图2中所示流控制系统的一个可选的示例性检测系统的示意图。

图5是可用于图2中所示流控制系统的第二个可选的示例性检测系统的示意图。

图6是图5中所示检测系统的一部分的放大截面图。

图7是可用于图1中所示风力涡轮机的示例性可选流控制系统的示意图。

图8是图7中所示流控制系统的一部分的放大截面图。

图9是可用于图2和图7中所示流控制系统的操作风力涡轮机的示例性方法的流程图。

图10是可用于图3中所示的具有检测系统的流控制系统的操作风力涡轮机的示例性方法的流程图。

图11是可用于图4中所示的具有检测系统的流控制系统的操作风力涡轮机的示例性方法的流程图。

图12是可用于图5和图6中所示的具有检测系统的流控制系统的操作风力涡轮机的示例性方法的流程图。

零部件清单

具体实施方式

本文所述的实施例提供了用于主动式流控制(AFC)系统结垢的监测和控制系统。本文所述的控制系统检测结垢的状态，检测用于修正和/或防止结垢的时机，并应用主动清洁策略以修正和/或防止结垢。本文所述的实施例包括获取涡轮机构造中的负载测量值，以能为每个叶片监测AFC有效性。更具体地说，本文所述的实施例监测功率曲线以确定AFC系统有效性；改变在一段时期内AFC响应的水平，以测量AFC系统的性能；获取在每个叶片中的负载的测量值，以能为每个叶片监测AFC有效性；确定AFC系统有效性的同时，获取AFC系统内部量(internal quantity)的测量值；获取允许通过AFC系统的孔的光的数量的测量值；和/或执行和/或转换至任何合适的清洁模式或清洁模式组合。因而，本文所述的实施例有助于针对结垢和/或性能方面来监测AFC系统。例如，通过比较各个叶片如何在一次旋转中的表现，例如在变化的风场中的一次旋转中的表现，来确定至少一个叶片的结垢状态。通过自动地确定AFC系统的有效性，本文所述的系统和方法有助于以最少的操作者干预从AFC系统中移除碎片。应当理解，本文中所指的比较可以是通过与原始感测的量的直接关系或间接关系。例如，光强度可作为0-20毫安(mA)信号、电压电平、功率电平和/或人工转换成无量纲标度来传输。

图1是一个示例性风力涡轮机10的透视图。在该示例性实施例中，风力涡轮机10是接近水平轴线式的风力涡轮机。在另一个实施例中，风力涡轮机10可具有任何合适的倾斜角度。或者，风力涡轮机10可以是垂直轴线式风力涡轮机。在该示例性实施例中，风力涡轮机10包括自支撑面14延伸的塔架(tower)12，安装在塔架12上的机舱(nacelle)16，以及连接到机舱16上的转子18。转子18包括能旋转的轮毂20和至少一个连接到轮毂20上并从轮毂20向外延伸的叶片22。在该示例性实施例中，转子18具有三个叶片22。在一个可选实施例中，转子18可包括多于三个或少于三个叶片22。在该示例性实施例中，塔架12由管状钢制成，使得在支撑面14和机舱16之间限定了空腔(未在图1中示出)。在一个可选实施例中，塔架12是任何合适类型的塔架。塔架12的高度基于本领域中已知的因素和条件而选择。

叶片22绕轮毂20间隔开，以有助于使转子18旋转，从而能将从风传递来的动能变成可用的机械能，并随后成为电能。通过在多个负载传递区域26处将叶根部分24连接到轮毂20上，这样叶片22就被连接到轮毂20上。负载传递区域26具有轮毂负载传递区域和叶片负载传递区域(均未在图1中示出)。引导至叶片22的负载经由负载传递区域26而传递到轮毂20上。

在该示例性实施例中，叶片22具有介于大约30米(m)(99英尺(ft))和大约120米(m)(394英尺(ft))之间的长度。或者，叶片22可具有能使风力涡轮机10如本文所述而作用的任何长度。当风从一个方向28冲击叶片22时，转子18绕旋转轴线30旋转。当叶片22旋转并承受离心力时，叶片22还承受许多力和力矩。这样，叶片22可从中间位置或未偏转位置而偏转和/或旋转至偏转位置。而且，通过调节至少一个叶片22叶型(profile)相对于风矢量的角度位置，可通过变桨调节系统32来改变叶片22的桨距角，即确定叶片22相对于转子平面的投影(perspective)的角度，以控制由风力涡轮机10所产生的功率、负载和/或噪声。用于叶片22的变桨轴线34被显示。在该示例性实施例中，各个叶片22的变桨通过控制系统36分别控制。或者，通过控制系统36可同时对所有叶片控制叶片桨距。此外，在该示例性实施例中，当方向28改变时，可绕偏航轴线38而控制机舱16的偏航方向，以相对于方向28定位叶片22。

在该示例性实施例中，控制系统36显示成在机舱中处于中心，然而，控制系统36可分布成穿过风力涡轮机10、在支撑面14上、在风电场中和/或在远程控制中心。控制系统36包括设置成执行如本文所述的方法和/或步骤的处理器40。此外，本文所述的许多其它构件包括处理器。如本文中所使用的用语“处理器”不限于在本领域中指计算机的集成电路，但宽泛地指控制器、微控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器(PLC)、专用集成电路和其他可编程序的电路，并且这些用语在本文中可互换地使用。应当理解，处理器和/或控制系统还可包括存储器、输入通道和/或输出通道。

在本文所述的实施例中，存储器可包括但不限于，计算机可读的媒介，例如随机存取存储器(RAM)，及计算机可读的永久性媒介，例如闪速存储器(flash memory)。或者，也可使用软盘、只读光盘(CD-ROM)、磁-光盘(MOD)和/或数字化视频光盘(DVD)。而且，本文所述的实施例中，输入通道可包括但不限于，传感器和/或与操作界面相关的计算机外围设备，例如鼠标和/或键盘。另外，在该示例性实施例中，输出通道可包括但不限于，控制装置、操作界面监视器和/或显示器。

本文所述的处理器处理从多个电气和电子装置所传输的信息，其可包括但不限于，传感器、执行机构、压缩机、控制系统和/或监测装置。这样的处理器可实际位于，例如，控制系统、传感器、监测装置、台式电脑、便携式电脑、PLC柜和/或分布式控制系统(DCS)柜中。RAM和存储装置存储和传递待处理器执行的信息和指令。也可用RAM和存储装置来存储和提供临时变量、静态(即不变的)信息和指令，或在通过处理器执行指令期间对处理器而言的其他中间信息。被执行的指令可包括但不限于，流控制系统控制命令。指令的执行顺序不限于硬件电路和软件指令的任何特定组合。

在该示例性实施例中，风力涡轮机10包括至少一个环境传感器42。环境传感器42包括其中的至少一个：风向传感器、风速传感器、温度传感器、雨/雪/冰雹/暴雨传感器、湿度传感器、冰传感器(ice sensor)和/或设置成检测和/或测量周围情况和/或环境情况的任何其它合适的传感器。传感器42与控制系统36处于通信连接，用来将数据传输至控制系统36。

图2是可用于风力涡轮机10的一个示例性流控制系统100的示意图。图3是可用于流控制系统100的一个示例性检测系统300的示意图。图4是可用于流控制系统100的一个可选示例性检测系统400的示意图。图5是可用于流控制系统100的第二个可选示例性检测系统500的示意图。图6是检测系统500的一部分的放大截面图。图1中所示的构件用与图2-图6中类似的标号而标注。另外的或可选的构件通过虚线标明。

在该示例性实施例中，流控制系统100是包括空气分配系统102的非零净质量流控制系统。控制系统36被认为是流控制系统100的构件，并与空气分配系统102处于操作控制通信。如本文中所使用的，“操作控制通信”指风力涡轮机10的两个或更多构件之间的链接，例如导体链接、线链接和/或数据链接，其能使信号、电流和/或指令在两个或更多构件之间通信。该链接设置成能使风力涡轮机10的一个构件使用通信信号、电流和/或指令来控制风力涡轮机10另一个构件的操作。

空气分配系统102包括至少一个流控制装置104、至少一个歧管106和至少一个孔108。至少一个流控制装置104、一个对应的歧管106和一个或多个相应的孔108形成组件110。每个叶片22包括至少部分地在本文中限定的组件110。这样，空气分配系统102包括多个流控制装置104、多个歧管106和多个孔108。或者，至少一个叶片包括组件110。在该示例性实施例中，各个组件基本上是类似的，然而，至少一个组件110可与至少另一个组件110不同。此外，虽然在该示例性实施例中，每个组件110包括流控制装置104，但是，至少两个组件110可分享共用的流控制装置104。

流控制装置104是，例如，泵、压缩机、风扇、吹风机(blower)和/或用于控制流体流的任何其它合适的装置。在一个实施例中，流控制装置104和/或组件110包括阀(未示出)，该阀设置成调节空气分配系统102中的流体，例如流率和/或流动方向。在该示例性实施例中，流控制装置104是能反向的，用来改变流体流112的方向。此外，在该示例性实施例中，空气分配系统102包括一个流控制装置104，用于风力涡轮机10的每个叶片22，然而，应当理解，空气分配系统102可包括任何数量的流控制装置104。控制系统36与各个流控制装置104处于操作控制通信，用于控制通过空气分配系统102的流体流。控制系统36可直接与各个流控制装置104处于操作控制通信连接，和/或可经由通信集线器和/或任何其它合适的通信装置而与各个流控制装置104处于操作控制通信连接。

每个流控制装置104与至少一个歧管106处于操作控制通信。当使用一个集中的流控制装置104时，流控制装置104与空气分配系统102的各个歧管106均处于操作控制通信。在该示例性实施例中，流控制装置104在每个歧管106的根端114和/或每个叶片22的根部部分24处连接在相应的叶片22中。或者，流控制装置104可相对于至少一个歧管106处在风力涡轮机10中和/或在支撑面14(图1中所示)上任何合适的位置。

在该示例性实施例中，每个歧管106在相应的叶片22中沿着内表面116至少部分地限定，并大体上沿着相应的变桨轴线34(图1中所示)从歧管106根端114延伸到歧管106顶端118。应当理解，顶端118并不一定定位在叶片22的顶部44中，而是可定位在比歧管根端114更靠近顶部44的地方。在一个实施例中，孔108被限定在顶端118中预定部分120处，该预定部分120离根端114有叶片22的长度L。此外，应当理解，歧管106可具有能使空气分配系统102和/或流控制系统如本文所述而作用的任何合适的构造、横截面形状、长度和/或尺寸。还应当理解，叶片22的一个或多个构件可用来形成歧管106。

在该示例性实施例中，空气分配系统102还包括至少一个与相应歧管106处于流连通(flow communication)的孔108。更具体地说，在该示例性实施例中，空气分配系统102包括沿着相应叶片22的吸入侧122限定的多个孔108。虽然孔108显示成沿着吸入侧122排成一条线，但是应当理解，孔108可沿着叶片22的吸入侧122定位在任何地方，使得流控制系统100能如本文所述而起作用。可选地或者另外地，孔108被限定为穿过叶片22的压力侧124。在该示例性实施例中，孔108被限定为穿过叶片22的外表面126，用来在歧管106和周围空气128之间提供流连通。

在该示例性实施例中，流控制装置104经由限定在轮毂20和毂盖132之间的孔130而与周围空气128处于流连通。或者，风力涡轮机10不包括毂盖132，而周围空气128通过靠近轮毂20的孔130被吸入到空气分配系统102中。在该示例性实施例中，流控制装置104设置成通过孔130将周围空气128吸入，并将从周围空气128所产生的流体流112排到相应的歧管106中。或者，孔130可限定在轮毂20、机舱16、叶片22、塔架12和/或辅助装置(未示出)中的任何合适位置处，使得能使空气分配系统102如本文所述而作用。此外，空气分配系统102可包括多于一个孔130，用来将空气吸入到空气分配系统102中，例如对每个流控制装置104包括一个孔130。在一个可选实施例中，在孔130中包括过滤器，用来过滤进入空气分配系统102的空气128。应当理解，本文所指的过滤器可过滤来自流体流的颗粒和/或从该流体流中分离液体。

参见图3，在一个实施例中，流控制系统100包括检测系统300。检测系统300包括隔离装置302。隔离装置302包括四个膜盒304、306、308和310。或者，隔离装置302仅包括两个膜盒304和306。在该示例性实施例中，膜盒304、膜盒306、膜盒308和膜盒310被连接到管道314的外表面312上，并设置成可膨胀和收缩。更具体地说，当膜盒304、膜盒306、膜盒308和/或膜盒310膨胀时，膜盒304、膜盒306、膜盒308和/或膜盒310接触歧管106的内表面116，以有助于防止流体流112穿过与隔离装置302相邻的歧管106的一部分316。此外，当膜盒304、膜盒306、膜盒308和膜盒310膨胀时，隔离装置302将歧管106划分成两个或多个室，例如图3中所示并在之后更详细描述的室318、室320和/或室322。

管道314设置成，当膜盒304、膜盒306、膜盒308和膜盒310收缩时，其被插入到歧管106中。在膜盒306和膜盒308之间，管道314的至少一部分外表面312设置成是能透气的。当膜盒306和膜盒308膨胀时，管道314与膜盒306和膜盒308之间的歧管106的一部分324限定了测试室318。在该示例性实施例中，膜盒304和膜盒306与膜盒308和膜盒310之间的管道314也是能透气的，并限定第一参考室320和第二参考室322。当膜盒304和膜盒306膨胀时，限定第一参考室320，而当膜盒308和膜盒310膨胀时，限定第二参考室322。当检测系统300不包括膜盒308和膜盒310时，隔离装置302不包括第二参考室322。

在该示范性实施例中，检测系统300还包括第一参考压力传感器326、测试压力传感器328和第二参考压力传感器330。第一参考压力传感器326定位在第一参考室320中，测试压力传感器328定位在测试室318中，且第二参考压力传感器330定位在第二参考室322中。传感器326、传感器328和传感器330与控制系统36处于通信连接，用来将压力数据传送至控制系统36，如关于图10而更详细描述的。在该示例性实施例中，当部分324中的孔108基本上无碎片时，测试室318中的压力(P_reference)是预定的百分比，和/或低于第一参考室320中至少一个压力(P_ref1)的任何合适量。该预定的百分比和/或其它合适量限定了阈值(X_pressure)，该阈值凭经验和/或通过任何合适的方法而确定。这样的关系通过下面的公式描述：

$\frac{P_{\mathrm{refernce}}}{P_{\mathrm{ref}1}}\≤X_{\mathrm{pressure}},$ 其中0＜X_pressure≤1                              (公式1)

可选地，或者另外地，压力差(ΔP)被测量并且使用下面的公式将该压力差(ΔP)与阈值(P_threshold)相比：

ΔP＝P_ref1-P_reference≤P_threshold            (公式2)

该阈值(P_threshold)是能使检测系统300如本文所述而作用的任何合适压力。在一个实施例中，该阈值(P_threshold)等于大约0.1×P_ref1。

在一个特定实施例中，当部分324中的孔108基本上无碎片时，体积流率(Q_clean)在测试室318中产生比至少第一参考室320中的压力(P_ref1)更高的压力(P_reference)。通过比较测试室318中的压力(P_reference)与第一参考室320中的压力(P_ref1)，压力差(ΔP₁)与清洁状态下的体积流率(Q_clean)之间的关系通过下面的公式给出：

ΔP₁＝P_reference(Q_clean)-P_ref1               (公式3)

公式3与大气条件、范围、操作条件和其它合适条件的改变相关。在风力涡轮机10的测试模式期间，体积流率(Q_fouled)被引导通过被严重污染的空气分配系统102和/或流控制系统100，其在测试室318中产生压力(P_fouled)。压力差(ΔP₂)与污染状态下的体积流率之间的关系通过下面的公式给出：

ΔP₂＝P_reference(Q_clean)-P_ref1            (公式4)

通过比较清洁状态下的压力差(ΔP₁)与污染状态下的压力差(ΔP₂)，使用下面的公式确定空气分配系统102和/或流控制系统100的结垢状态：

ΔP₂-ΔP₁＞ΔP_threshold，                 (公式5)

其中阈值(ΔP_threshold)是能使检测系统300如本文所述而作用的任何合适压力。或者，压力差(ΔP₁)与压力差(ΔP₂)之间的比较可使用任何合适的数学操作而执行。应当理解，第二参考室322中的压力P_ref2可用来执行计算，该计算类似于使用压力P_ref1所执行的计算，和/或可与压力P_ref1结合使用以执行本文所述的计算。

在该示例性实施例中，通过将测试室318与歧管106的其余部分332隔离，检测装置300还可用来选择性地清洁孔108和/或歧管106。例如，当通过歧管106引导清洁介质以用来清洁孔108时，通过膨胀的膜盒304将该清洁介质引导到管道314中。然后将该清洁介质从测试室318排到歧管106中，并穿过部分324中的孔108。可选地或者另外地，通过检测装置300将空气引导至特定孔108，用来将其清洁。这样，检测装置300可选择性地将清洁介质引导到歧管106的部分324和相关的孔108上。在这样一个实施例中，检测装置300对孔108应用集中的清洁动作。在该示例性实施例中，由检测装置300所应用的清洁动作包括，但不限于包括，浸、刷、真空处理、吹、喷、穿孔和/或喷射。在一个特定实施例中，检测装置300是由通用电气公司制造的

履带式机器人，其设置成如本文所述检测结垢和/或执行清洁(Rovver是由新泽西州Randolph市的Envirosight有限责任公司所注册的商标)。

在一个实施例中，检测装置300的尺寸设计成，使得第一参考室320和/或第二参考室322防止流体流112和/或清洁介质从孔108(除了部分324中的孔108以外)排出。在一个实施例中，可选择检测装置300的长度L₁，使得第一参考室320和第二参考室322每一个均与至少一个孔108相邻。

参见图4，在一个可选实施例中，流控制系统包括检测系统400。检测系统400包括至少一个外部光传感器402和至少一个内部光传感器404。虽然图4中所示和本文中所述有一个外部光传感器402和两个内部光传感器404，但是应当理解，检测系统400可包括任何合适数量的外部光传感器402和/或内部光传感器404。在一个特定实施例中，定位在流控制系统100和/或空气分配系统102中的至少一个传感器设置成，使用透镜、管和/或能使检测系统400如本文所述而作用的任何其它合适元器件来测量外部光。在该示例性实施例中，外部光传感器402和内部光传感器404与控制系统36处于通信连接，用来将数据传送至控制系统36，如下面所详细描述的。

外部光传感器402定位在与叶片22的部分120相邻的叶片22外表面126上，该叶片22的部分120具有限定穿过其中的孔108。外部光传感器402设置成检测和/或测量周围光的量(L_amb)。内部光传感器404定位在歧管106中，以检测和/或测量通过至少一个孔108进入歧管106的光量(L_manifold)。当孔108和/或歧管106基本上无碎片时，光(L_manifold)与光(L_amb)的比率大于或者等于预定的阈值(X_Light1)，该阈值凭经验和/或通过任何合适的方法而确定。这样的关系通过下面的公式描述：

$\frac{L_{\mathrm{manifold}}}{L_{\mathrm{amb}}}\≥X_{\mathrm{Light}1},$ 其中0＜X_Light1≤1.                        (公式6)

虽然在本文中指的是比率，但是应当理解，该预定的阈值(X_Light1)可与任何合适的值(例如微分)相比较。

参见图5和图6，在还有一个可选实施例中，流控制系统100包括检测系统500。检测系统500包括玻璃纤维502和设置成通过玻璃纤维502发射光506的光源504。或者，检测系统500包括能使检测系统500如本文所述而作用的任何合适光源和/或光导管(lightconductor)。在该示例性实施例中，玻璃纤维502由能使检测系统500如本文所述而作用的任何合适材料形成，例如纤维光缆。玻璃纤维502嵌入在至少部分地与歧管106相邻的叶片22的表层510中。更具体地说，在该示例性实施例中，玻璃纤维502包括在表层510中的第一光缆514和第二光缆516。在该示例性实施例中，第一光缆514连接到光源504上，而第二光缆516与光接收器512处于光传输通信连接。光接收器512定位在叶片22的根部部分24中，并且与控制系统36处于光传输通信。光源504设置成通过第一光缆514发射光506，而光接收器设置成从第二光缆516接收光。在该示例性实施例中，控制系统36与光源504处于操作控制通信，用于选择性地通过玻璃纤维502发射光506。虽然光源504和光接收器512描述成定位在叶片22的根部部分24中，但是应当理解，光源504和/或光接收器512可位于风力涡轮机10中的任何合适位置中。

检测系统500还包括至少一个传送器518和至少一个接收器520。在该示例性实施例中，传送器518和接收器520均是透镜。传送器518与玻璃纤维502的第一光缆514处于通信连接，用于从传送器518发射光506。接收器520被定位成接收所发射的光(L_emitted)，并经由第二光缆516将所测量的接收的光(L_received)传送至光接收器512。在一个实施例中，接收器520设置成将光(L_reflected)反射至传送器518，而传送器518设置成接收所反射的光(L_reflected)，并将所测量的发射光(L_emitted)与所测量的反射光(L_reflected)传送至控制系统36。在该示例性实施例中，当流控制系统100在传送器518和接收器520处基本上无碎片时，所发射的光(L_emitted)与所接收的光(L_received)的比率小于或等于阈值(X_Light2)，该阈值凭经验和/或通过任何合适的方法而确定。这样的关系通过下面的公式描述：

$\frac{L_{\mathrm{received}}}{L_{\mathrm{emittecd}}}\≥X_{\mathrm{Light}2},$ 其中0＜X_Light2≤1.                        (公式7)

这样，在中断的光接收处或减弱的光接收处，可检测到流控制系统100的结垢。虽然本文所指的是比率，但是应当理解，阈值(X_Light2)可以与任何合适的值(例如微分)相比较。

在该示例性实施例中，至少一对传送器518和接收器520定位在接近至少一个孔108处，如图6中所示。更具体地说，传送器518通过限定有孔108的壁134而连接，而接收器520连接到与传送器518相对的壁134上。或者，多对传送器518和接收器520定位于接近多个相应的孔108处，其连续地或平行地连接，使得检测系统500包括多个传送器518和多个接收器520。另外地或者可选地，传送器518和接收器520定位在歧管106、孔103(图2中所示)、流控制装置104和/或能积聚碎片的任何其它合适位置中。此外，可嵌入的传送器518和/或接收器520是条，其被插入到叶片22的模子中，使得传送器518和/或接收器520预制在叶片22中。这样，使传送器518和接收器520的连接简单化。

应当理解，检测系统300、检测系统400和/或检测系统500可单独地使用或组合地使用，以执行本文所述的方法。此外，检测系统300、检测系统400和/或检测系统500可永久性地安装在流控制系统100中，和/或临时性地安装在流控制系统100中。

再参见图2，在流控制操作期间，流控制系统100用来为风力涡轮机10提供AFC。更具体地说，控制系统36控制空气分配系统102，以通过至少一个孔108将周围空气128吸入并排出流体流112。本文将描述一个组件110的操作，然而，应当理解，在一个实施例中，各个组件110类似地作用。此外，组件110可被控制成基本上同步地操作，和/或可分别地控制各个组件110，使得可分别操控绕各个叶片22的流体流。当组件110被同步控制时，可通过控制系统36控制流控制系统100，以维持预定的负载范围、功率水平和/或噪声水平。在该示例性实施例中，控制系统36控制流控制装置104，以吸入周围空气128而产生具有一个或多个预定参数的流体流112，该参数例如速度、质量流率、压力、温度和/或任何合适的流体参数。流控制装置104通过歧管106将流体流112从根端114引导至顶端118。应当理解，任何合适的控制方法和/或构件，例如变桨叶片22，能够可选地或另外地被用来控制风力涡轮机10的负载范围、功率水平和/或噪声水平。

当流体流112被引导穿过歧管106时，流体流112通过孔108从空气分配系统102和流控制系统100排出。所排出的流体流112有助于操控流过叶片22外表面126的流体流的至少一个边界层。更具体地说，在叶片22的吸入侧122排出流体流112增加叶片22上的升力，这增加了风力涡轮机10所产生的功率。或者，可操作流控制装置104，以通过孔108将周围空气128吸入到歧管106中，用来从机舱16、轮毂20和/或任何其它合适位置中排出。这样，周围空气128从边界层被吸入，以操控该边界层。

图7是可用于风力涡轮机10的示例性可选流控制系统200的示意图。图8是流控制系统200的一部分的放大的截面图。图1中所示的构件用与图7和图8中类似的标号标注。在该示例性实施例中，流控制系统200是包括空气分配系统202的零净质量流控制系统。控制系统36可被认为是流控制系统200的构件，并且与空气分配系统202处于操作控制通信。

空气分配系统202包括至少一个执行机构204、至少一个通信链路206和至少一个孔208。执行机构204、通信链路206和孔208限定了组件210。在该示例性实施例中，每个叶片22包括相应的组件210。这样，在该示例性实施例中，空气分配系统202包括多个执行机构204、通信链路206和孔208。或者，空气分配系统202对于组件210包括一个共同的通信链路206。在一个可选实施例中，至少一个叶片22包括具有通信链路206的组件210。在一个实施例中，通信链路206提供控制系统36和至少一个执行机构204之间的操作控制通信。在该示例性实施例中，通信链路206提供控制系统36和组件210中多个执行机构204之间的操作控制通信。通信链路206可直接与控制系统36处于通信连接，和/或经由通信集线器和/或任何其它合适的通信装置与控制系统36通信连接。在一个实施例中，执行机构204、通信链路206和/或孔208至少部分地限定在叶片22中。

在该示例性实施例中，执行机构204是设置成形成流体的合成射流212的任何已知的或可构思的执行机构。如本文所使用的用语“合成射流”指由隔膜(diaphragm)和/或活塞217的往复运动所产生的流体射流，其中射流流体由周围流体合成。合成射流212可认为是穿过流控制系统200的流体流。在一个实施例中，执行机构204包括壳216和在壳216中的隔膜和/或活塞217。隔膜和/或活塞217可以是机械式的、压电式的、气动式的、磁式的和/或其它受控的以形成合成射流212。在该示例性实施例中，执行机构204连接到叶片22的内表面218上，并且与孔208对准，使得合成射流212和/或周围空气214流过孔208。

孔208限定在叶片22中，并且更具体地说，穿过叶片22的外表面220。此外，在该示例性实施例中，空气分配系统202的至少一个组件210包括多个执行机构204和多个孔208。这样，空气分配系统包括一系列222限定穿过叶片22的孔208。在该示例性实施例中，孔208沿着每个叶片22的吸入侧224而限定。虽然孔208和/或执行机构204显示成沿着吸入侧224排成一条线，但是应当理解，孔208和/或执行机构204可定位在沿着叶片22吸入侧224的任何位置，使得能使流控制系统200如本文所述而作用。另外地或者可选地，孔208被限定为穿过叶片22的压力侧226，并且/或者执行机构204连接到叶片22的任何合适侧的内表面218上。在该示例性实施例中，孔208设置成提供相应的执行机构壳216和周围空气214之间的流连通。

应当理解，流控制系统200可包括其它合适的构件，以根据风力涡轮机10的构造来清洁和/或维护风力涡轮机10的构件。例如，流控制系统200可包括设置成将流体引导到空气分配系统202中的流体分配系统。

在流控制操作期间，流控制系统200被用来为风力涡轮机10提供AFC。更具体地说，控制系统36控制空气分配系统202，以将周围空气214吸入，并通过至少一个孔208产生合成射流212。本文将描述一个组件210的操作，然而，应当理解，各个组件210类似地作用。此外，组件210可被控制成基本上同步地操作，和/或可单独地控制各个组件210，使得绕各个叶片22的流体流可被单独地操控。当组件210被同步地控制时，可通过控制系统36来控制流控制系统200，以维持预定的负载范围、功率水平和/或噪声水平。在该示例性实施例中，控制系统36利用隔膜和/或活塞217来指引执行机构204，以将周围空气214交替地吸入壳216中(本文中也指“吸入行程”)，以及从壳216中排出合成射流212(本文中也指“呼出行程”)，以产生具有一个或多个预定参数的合成射流212，该参数例如，速度、质量流率、压力、温度和/或任何合适的流体参数。合成射流212有助于操控流过叶片22外表面220的流体流的至少一个边界层。更具体地说，在叶片22的吸入侧224处排出合成射流212增加叶片22上的升力，其增加通过风力涡轮机10产生的功率。应当理解，任何合适的控制方法和/或构件，例如变桨叶片22，可选地或者另外的可被用来控制风力涡轮机10的负载范围、功率水平和/或噪声水平。

图9是操作风力涡轮机10(图1中所示)的方法600的流程图。通过执行方法600，可有助于修正和/或防止叶片22(图1中所示)和/或流控制系统100(图2中所示)和/或流控制系统200(图7中所示)的结垢。方法600至少部分地通过控制系统36(图1中所示)执行，将命令和/或指令发送或传送至风力涡轮机10的构件，例如，空气分配系统102和/或202(图2和图7中所示)，检测系统300，检测系统400和/或检测系统500(图3-图6中所示)，和/或任何其它合适构件。控制系统36中的处理器40(图1中所示)由设置成执行方法600的程序段编程。或者，方法600在可由控制系统36读取的计算机可读媒介上编码。在这样一个实施例中，控制系统36和/或处理器40设置成读取用来执行方法600的计算机可读媒介。

在该示例性实施例中，根据预定的修正程序表(schedule)、预定的预防程序表、条件触发的自动操作和/或条件触发的手工操作，来定期地执行方法600。在一特定实施例中，在控制系统36和/或人工操作者确定存在用来执行方法600的最优条件，例如，低发电时间段、低风速时间段、高风速时间段和/或任何最适宜的时间段之后，控制系统36执行方法600。可选地或者另外地，控制系统36设置成判断何时出现和/或将要出现结垢，并在作出这样的判断后执行方法600。在该示例性实施例中，还通过在流控制系统100和/或202中使用除冰剂(de-icing agent)，例如乙醇，来执行方法600，以修正和/或防止叶片22上的结冰情形。此外，通过使用不沾性涂料(non-binding coatingagent)，例如蜡，以在叶片22上和/或流控制系统100和/或200中形成不沾性表面层，来执行方法600，以防止叶片22和/或流控制系统100和/或200的结垢。可根据预定的季节性程序表和/或选择性的由控制系统36的操作者通过控制系统36，来执行用来除冰和/或形成不沾性表面层的方法600。

参见图1、图2和图9，在该示例性实施例中，当风力涡轮机10包括非零净质量流控制系统100时，方法600包括，在第一模式或正常模式下操作602风力涡轮机10。如与流控制系统100相关而使用的用语“正常模式”指操作风力涡轮机10、流控制系统100和/或空气分配系统102的一种模式，使得流控制系统100和/或空气分配系统102驱动流体流112以增加叶片22上的升力。该正常模式包括，在基本上整个功率曲线上的正常操作；当发电风速过小而风力涡轮机10又准备要发电时操作；使用恒定的速度范围和可变的速度范围；在调峰装置范围(peak shaver range)内操作；在高于额定工况的条件下操作；和/或执行风暴切断(storm cut out)。在正常模式期间，根据周围条件，例如，风速和/或风向、降水和/或其它大气的和/或环境的条件，可凭经验确定和/或预定流体流112的流动特性，以实现叶片22上的最佳升力。在正常模式期间，基于风力涡轮机10的变化的周围条件和/或操作特性，流体流112的至少一个流动特性可被调整和/或改变，以有助于实现最佳的叶片升力。

根据某一程序表和/或基于风力涡轮机数据，流控制系统100和/或空气分配系统102在正常模式下操作602。在一个实施例中，控制系统36在正常模式下操作602流控制系统100和/或空气分配系统102，通过：获取在风力涡轮机10上所测量的当前数据和/或历史数据，例如，风速、温度、转子构件位置、转子构件速度、转子构件加速度、风力涡轮机10的几个点处的力和/或风力涡轮机10的几个点处的力矩；对所获取的数据应用算法，例如模型和/或图；以及计算最佳的可能激励(actuation)，例如流控制装置104的状态。例如，当风速高时，基本上终止流控制系统100的操作602，因为在这样的风力条件下不需要增加叶片22上的升力。然而，即使当终止了主动式流控制时，仍从孔108中排出足够的流体，以有助于防止昆虫飞入空气分配系统102中。主动式流控制的这样的终止被认为是脱机模式(off mode)。

为了主动地触发流控制系统100的AFC响应，在与正常模式不同的第二模式下操作604风力涡轮机10。与流控制系统100相关而使用的用语“第二模式”指的是操作风力涡轮机10、流控制系统100和/或空气分配系统102的一种模式，以实现与叶片22上最佳升力相比另外的或不同的效果。在该示例性实施例中，在第二模式期间，控制系统36控制流控制系统100和/或空气分配系统102，以有助于改变流控制系统100和/或空气分配系统102的AFC响应。在特定实施例中，第二模式是清洁模式和/或预防性模式。应当理解，可在多于两种模式下操作风力涡轮机10。例如，还可在普通操作模式、全流量模式(full flow capacity mode)、非零流量模式和/或清洁模式下操作风力涡轮机10。

在该示例性实施例中，在第二模式期间，流控制系统100的AFC响应水平跨过一段时间而改变。例如，AFC响应的水平在该时间段内在脱机水平(off level)、部分流率水平和/或全流率水平之间变化。根据周围条件和/或环境条件，例如，雨、雾和/或昆虫负载，和/或根据操作参数，例如低风速和/或高于额定风速，高于额定风速指高于脱机模式下的流控制系统100的额定风速，控制系统36可改变流控制系统100的AFC响应。使用容纳在风力涡轮机10中或在风力涡轮机10上的环境传感器42，可确定和/或测量这样的条件。在预定条件期间，根据检测和/或清洁所需的AFC响应水平，控制系统36可调节变桨设置。

例如，当风力涡轮机10低于额定功率而操作时，流控制系统100通常在正常模式下操作602。然而，在第二模式期间，至少一个叶片22的桨距角(pitch angle)被改变，以确定出现失速(stall)处的桨距角。流控制系统100通常会推迟失速的出现。这样，当失速的出现基本上没有如所设计或如在清洁状态下推迟时，可能要确定流控制系统100是否有效地作用。在另一个示例中，在第二模式期间，可在脱机模式下操作604流控制系统100，以关于流控制系统100的AFC响应来分析风力涡轮机10的输出功率和/或其它参数。

在至少第二模式期间，控制系统36获取606风力涡轮机10的操作数据，并使用所获取的操作数据确定608流控制系统100的有效性。用来执行该确定608的操作数据包括设计数据、当前操作数据和/或历史操作数据。在该示例性实施例中，控制系统36获取606输出功率数据以产生功率曲线。通过在第二模式期间改变流控制系统100的AFC响应的水平，可确定608流控制系统100的有效性。通过比较功率曲线，可通过重复获取功率曲线测量值以消除周围条件的短期变化，从而基本上消除周围条件的影响。

另外地或可选地，控制系统36获取606在每个叶片22、轴和/或其它合适构件中的负载的测量值，也即负载范围，使得能为每个叶片22、轴和/或其它合适构件来监测AFC有效性，这是因为流控制系统100影响叶片升力和阻力。例如，可获取606越过每个叶片22的跨度(span)的叶片单元负载测量值(blade sectional load measurement)，以确定608局部AFC有效性，和/或可获取606每个叶片22的叶根弯矩，使得为每个叶片22确定608AFC有效性。通过监测每个叶片22，可调整一个或多个叶片22，和/或分别对其维护，以在正常模式期间实现最佳升力。

与获取606关于流控制系统100有效性的数据并行地或可选地，可关于时间获取606流控制系统100的内部量。该内部量包括，从空气分配系统102排出流体流112而在流控制装置104中所需的功率，该功率与周围变量和环境变量相关；流控制装置104的压力和流率；和/或空气分配系统102的至少一个歧管106中的压力和流率。涉及内部量的数据可用来检测和/或监测跨过一个时间段的模式。从与时间相关的图中，可确定608流控制系统100的有效性。例如，如果需要产生给定流体流112的功率增加，控制系统608确定流控制系统100的有效性已降低。此外，如果流控制系统100中的压力和/或流率降低，控制系统36确定608流控制系统100的有效性已降低。所确定608的有效性可用来监测风力涡轮机10、发送警告、发送警报、控制风力涡轮机10和/或流控制系统100，和/或任何其它合适的目的。

在一个可选实施例中，控制系统36获取606噪声测量值，和/或通过使用照相机获取606从塔架12发射的光的测量值，该光例如是点、线和/或其它合适构造。控制系统363也可设置成从限定穿过叶片22的孔108中发射光，并对所发射的光拍照，以确定608流控制系统100的有效性。此外，为了与第二模式期间所获取606的操作数据相比，控制系统36也可在正常模式期间获取606操作数据。在获取606操作数据之后的任何时刻，风力涡轮机10可回到在第一模式下操作612。

基于流控制系统100的有效性，控制系统36执行610动作。该动作是其中的至少一个：继续获取606操作数据、发送警告信号至风力涡轮机10的操作者、发送警报信号至风力涡轮机10的操作者、改变风力涡轮机10的操作模式和/或关闭(shut down)风力涡轮机10。在一个实施例中，随着时间执行了以严重级别(in severity level)增加的一系列动作。当执行这样的一系列动作时，在该系列中的各个动作之间会有时间间隔。在该示例性实施例中，任何传送至操作者的都是“短消息”，其包括通过控制系统36进行的确定，如可导致风力涡轮机操作中任何检测到的瞬态的那些。在一个特定实施例中，控制系统36执行610多个动作，例如不改变风力涡轮机10的操作模式而发送警告信号至操作者，以及继续获取606操作数据，当流控制系统100的有效性不增加时，执行清洁模式，以有助于从流控制系统100中移除碎片，当流控制系统100的有效性仍不增加时，发送警报信号至操作者，要求操作者采取动作。

在该示例性实施例中，当该动作包括改变风力涡轮机10的操作模式时，控制系统36检测结垢的状态，检测修正结垢的时机，例如在使用传感器42所检测的降雨阶段和/或低风速阶段期间，以及在清洁模式下操作风力涡轮机10，以有助于从流控制系统100中移除碎片。清洁模式包括，将清洁流体引导到空气分配系统102中，和/或改变流控制装置104的操作，以移走碎片。清洁模式还包括，修改操作参数，例如变桨设置和/或转子速度，以有助于清洁流控制系统100。

在一个特定实施例中，该清洁模式包括，使用如上面关于图3所述的在空气分配系统102内部的清洁装置，和/或使用在空气分配系统102外部的清洁装置。当在清洁模式期间使用外部清洁装置(externalcleaning device)(未示出)时，外部清洁装置沿着叶片22的长度L在外表面126上行进。任何合适的构件，例如，吸盘(suction cup)、横木(rail)、吊带(harness)、绳索(cord)和/或线，可用来将外部清洁装置连接到叶片22上。此外，任何合适的位置指示物，例如，条(striping)、栅格(grid)、条形码和/或磁体，可定位在叶片22的外表面126上和/或空气分配系统102中，以有助于合适地定位清洁装置。外部清洁装置设置成对确定已被结垢的孔108应用局部清洁。更具体地说，外部清洁装置定位在与要被清洁的孔108相邻的外表面126上。在该示例性实施例中，清洁装置包括定位装置，例如全球定位系统(GPS)装置，以检测其在风力涡轮机10上的位置，和/或识别系统，例如光学识别系统，以合适地定位它的清洁动作。外部清洁装置可使用任何合适的清洁介质，例如，空气、水和/或清洁剂，和/或任何合适的清洁技术，例如，浸、刷、真空处理、吹、喷、穿孔和/或喷射，以在流控制系统100和/或空气分配系统102上执行维护。

参见图1、图7和图9，在该示例性实施例中，当风力涡轮机10包括零净质量流控制系统200时，方法600包括在第一模式或正常模式下操作602风力涡轮机10。如与流控制系统相关而使用的用语“正常模式”指操作风力涡轮机10、流控制系统100和/或空气分配系统102的一种模式，使得流控制系统100和/或空气分配系统102产生调节叶片22上升力的合成射流212。该正常模式包括，在基本上整个功率曲线上的正常操作；当发电的风速过小而风力涡轮机10又准备要发电时操作；使用恒定和可变的速度范围；在调峰装置范围内操作；在高于额定工况的条件下操作；和/或执行风暴切断。在正常模式期间，根据周围条件，例如，风速和/或风向、降水和/或其它大气的和/或环境的条件，可凭经验确定和/或预定合成射流212的流动特性，以实现叶片22上的最佳升力。在正常模式期间，基于风力涡轮机10变化的周围条件和/或操作特性，合成射流212的至少一个流动特性可被调整和/或改变，以有助于实现最佳的叶片升力。

根据某一程序表和/或基于风力涡轮机数据，流控制系统200和/或空气分配系统202在正常模式下操作602。在一个实施例中，控制系统36在正常模式下操作602流控制系统200和/或空气分配系统202，通过：获取在风力涡轮机10上所测量的当前数据和/或历史数据，例如，风速、温度、转子构件位置、转子构件速度、转子构件加速度、风力涡轮机10的几个点处的力和/或风力涡轮机10的几个点处的力矩；对所获取的数据应用算法，例如模型和/或图；以及计算最佳的可能激励，例如流控制装置104的状态。例如，当风速高时，基本上终止流控制系统200的操作602，因为在这样的风力条件下不需要增加叶片22上的升力。然而，即使当终止了主动式流控制时，仍从孔208排出足够的流体，以有助于防止昆虫飞入空气分配系统202中。主动式流控制的这样的终止被认为是脱机模式。

为了主动地触发流控制系统200的AFC响应，在与正常模式不同的第二模式下操作604风力涡轮机10。如与流控制系统200相关而使用的用语“第二模式”指操作风力涡轮机10、流控制系统200和/或空气分配系统202的一种模式，以实现与叶片22上最佳升力相比另外的或不同的效果。在该示例性实施例中，在第二模式期间，控制系统36控制流控制系统200和/或空气分配系统202，以有助于改变流控制系统200和/或空气分配系统202的AFC响应。在特定实施例中，第二模式是清洁模式和/或预防性模式。应当理解，可在多于两种模式下操作风力涡轮机10。例如，还可在普通操作模式、全流量模式、非零流量模式和/或清洁模式下操作风力涡轮机10。

在该示例性实施例中，在第二模式期间，流控制系统200的AFC响应水平一段时间而改变。例如，AFC响应的水平在跨过该时间段内在脱机水平、部分流率水平和/或全流率水平之间改变。根据周围条件和/或环境条件，例如，雨、雾和/或昆虫负载，和/或根据操作参数，例如低风速和/或高于额定风速，高于额定风速指高于在脱机模式下的流控制系统200的额定风速，控制系统36可改变流控制系统200的AFC响应。使用包括在风力涡轮机10中或其上的环境传感器42，可确定和/或测量这样的条件。在预定条件期间，根据检测和/或清洁所需的AFC响应水平，控制系统36可调节变桨设置。

例如，当低于额定功率操作风力涡轮机10时，流控制系统200通常在正常模式下操作602。然而，在第二模式期间，可在脱机模式下操作流控制系统200，以关于流控制系统200的AFC响应来分析风力涡轮机10的输出功率和/或其它参数。在另一个示例中，在第二模式期间，至少一个叶片22的桨距角被改变，以确定出现失速的桨距角。流控制系统200通常会推迟失速的出现。因此，当失速的出现基本上没有如所设计或如在清洁状态下推迟时，可能要确定流控制系统200是否有效地作用。

在至少第二模式期间，控制系统36获取606风力涡轮机10的操作数据，并使用所获取的操作数据确定608流控制系统100的有效性。用来执行该确定608的操作数据包括当前操作数据和/或历史操作数据。在该示例性实施例中，控制系统36获取606输出功率数据，以产生功率曲线。通过在第二模式期间改变流控制系统200的AFC响应的水平，可确定608流控制系统200的有效性。通过比较功率曲线，可通过重复获取功率曲线测量值以消除周围环境的短期变化，从而基本上消除周围条件的影响。

另外地或可选地，控制系统36获取606每个叶片22、轴和/或其它合适构件中负载的测量值，也即负载范围，以能为每个叶片22、轴和/或其它合适构件监测AFC有效性，因为流控制系统200影响叶片升力和阻力。例如，可获取606越过每个叶片22跨度的叶片局部负载测量值，以确定608局部AFC有效性，和/或可获取606每个叶片22的叶根弯矩，以确定608每个叶片22的AFC有效性。通过监测每个叶片22，可在正常模式期间调整一个或多个叶片22和/或分别对其维护，以实现最佳升力。

与获取606关于流控制系统200的有效性并行地或可选地，可获取606流控制系统200关于时间的内部量。该内部量包括执行机构204中所需的功率，以从空气分配系统202中排出合成射流212，该功率与周围变量和环境变量相关；和/或执行机构204的压力和流率。涉及内部量的数据可用来检测和/或监测在一时间段内的模式。由与时间相关的该模式，来确定608流控制系统200的有效性。例如，如果需要产生给定合成射流212的功率增加，控制系统608确定流控制系统200的有效性已降低。此外，如果流控制系统200中的压力和/或流率降低，控制系统36确定608流控制系统200的有效性已降低。

在一个可选实施例中，控制系统36获取606噪声测量值，和/或通过使用照相机获取606从塔架12发射的光的测量值，该光例如是点、线和/或其它合适构造。控制系统36也可设置成从限定穿过叶片22的孔208中发射光，并将所发射的光拍照，以确定608流控制系统200的有效性。此外，为了与第二模式期间所获取606的操作数据相比较，在正常模式期间控制系统36也可获取606操作数据。在获取606操作数据之后的任何时刻，风力涡轮机10可回到第一模式下操作612。

基于流控制系统200的有效性，控制系统36执行610动作。该动作是其中的至少一个：继续获取606操作数据、发送警告信号至风力涡轮机10的操作者、发送警报信号至风力涡轮机10的操作者、改变风力涡轮机10的操作模式和/或关闭风力涡轮机10。在一个实施例中，随着时间执行了一系列以严重级别增加的动作。当执行这样一系列动作时，在该系列中的各个动作之间会有时间间隔。在该示例性实施例中，任何发送至操作者的都是“短消息”，其包括通过控制系统36进行的确定，如可导致风力涡轮机操作中任何检测的瞬变的那些。在一个特定实施例中，控制系统36执行610多个动作，例如不改变风力涡轮机10的操作模式而发送警告信号至操作者，以及继续获取606操作数据，当流控制系统200的有效性不增加时，执行清洁模式，以有助于从流控制系统200中移除碎片，当流控制系统100的有效性仍不增加时，发送警报信号至操作者，要求操作者采取动作。

在该示例性实施例中，当该动作包括改变风力涡轮机10的操作模式时，控制系统36检测结垢的状态，检测修正结垢的时机，例如在使用传感器42所检测的降雨阶段和/或低风速阶段期间，以及在清洁模式下操作风力涡轮机10，以有助于从流控制系统200中移除碎片。清洁模式包括将清洁流体引导到空气分配系统202中，和/或改变流控制装置204的操作，以移走碎片。清洁模式可包括，修改操作参数，例如变桨设置和/或转子速度，以有助于清洁流控制系统200。

在一个特定实施例中，该清洁模式包括使用位于空气分配系统202外部的清洁装置。当在清洁模式期间使用外部清洁装置(未示出)时，外部清洁装置沿着叶片22的长度L在外表面220上行进。任何合适的构件，例如，吸盘、横木、吊带、绳索和/或线，可用来将外部清洁装置连接到叶片22上。此外，任何合适的位置指示物，例如，条、栅格、条形码和/或磁体，可定位在叶片22的外表面220上和/或空气分配系统202中，以有助于正确地定位清洁装置。该外部清洁装置设置成对确定已被结垢的孔208应用局部清洁。更具体地说，该外部清洁装置定位在与要被清洁的孔208相邻的外表面220上。在该示例性实施例中，清洁装置包括定位装置，例如全球定位系统(GPS)装置，以检测其在风力涡轮机10上的位置，和/或识别系统，例如光学识别系统，以合适地定位其清洁动作。该外部清洁装置可使用任何合适的清洁介质，例如，空气、水和/或清洁剂，和/或任何合适的清洁技术，例如，浸、刷、真空处理、吹、喷、穿孔和/或喷射，以执行在流控制系统200和/或空气分配系统202上的维护。

图10是操作风力涡轮机10(图1中所示)的方法700的流程图，该风力涡轮机10包括具有检测系统300(图3中所示)的流控制系统100(图2中所示)。方法700包括方法600(图9中所示)中的至少一些步骤，这样，类似的步骤用类似的参考标号标记。控制系统36中的处理器40(图1中所示)由设置成执行方法700的程序段编程。或者，方法700在可由控制系统36读取的计算机可读媒介上编码。在这样一个实施例中，控制系统36和/或处理器40设置成读取用来执行方法700的计算机可读媒介。

参见图1-图3及图10，方法700包括在正常模式下操作702风力涡轮机10，如上面所述。为了主动地触发流控制系统100的不同AFC响应，在第二模式下操作604风力涡轮机10。在第二模式下的操作604包括在流控制系统100的歧管106中定位704隔离装置302。更具体地说，在歧管106中选择性地定位704隔离装置302，以确定流控制系统100的预定部分中的结垢。隔离装置302被启动706，以将歧管106划分成两个或多个室，例如室318、室320和/或室322。更具体地说，控制系统36触发704隔离装置302的膜盒304、膜盒306、膜盒308和/或膜盒310的膨胀，以划分歧管106。流体流112被引导708到歧管106中的室318、室320和/或室322中。

在至少第二模式期间，通过确定710第一参考室320、测试室318和/或第二参考室322的一个或多个中的第一压力(P_ref1，P_reference，和/或P_ref2)，以及确定712第一参考室320、测试室318和/或第二参考室322的一个或多个中的第二压力(P_ref1，P_reference，和/或P_ref2)，控制系统36获取606风力涡轮机10的操作数据。在该示例性实施例中，控制系统36确定710测试室318中的压力(P_reference)，并确定第一参考室320中的压力(P_ref1)。或者，控制系统确定710测试室318中的压力(P_reference)，并确定第一参考室320中的压力(P_ref1)和第二参考室322中的压力(P_ref2)。

控制系统36比较714第一压力与第二压力，以确定608流控制系统100的有效性。在该示例性实施例中，其中压力(P_reference)是第一压力，而压力(P_ref1)是第二压力，控制系统36用公式1比较714压力(P_reference)与压力(P_ref1)。在一个可选实施例中，控制系统36用公式2比较714压力(P_reference)与压力(P_ref1)，以确定压力差(ΔP)。或者，控制系统用公式3-公式5对压力差(ΔP₁)与压力差(ΔP₂)进行比较714。

基于对该至少两个压力值的比较714，可确定流控制系统100的有效性。更具体地说，在该示例性实施例中，控制系统36确定716压力(P_reference)与压力(P_ref1)之比(比率)作为流控制系统100的有效性。或者，控制系统36使用体积流率(Q_clean)和体积流率(Q_fouled)来确定716流控制系统100的有效性。在该示例性实施例中，当压力(P_reference)与压力(P_ref1)的比率大于阈值(X_pressure)时，控制系统36执行718清洁模式。或者，当压力差(ΔP₁)与压力差(ΔP₂)之差小于阈值(ΔP_threshold)时，控制系统36执行718清洁模式。此外，当压力差(ΔP)小于或等于阈值(P_threshold)时，控制系统36执行718清洁模式。

应当理解，第三压力，例如压力P_ref2，可被用来执行与使用压力P_ref1所执行的计算相类似的计算，和/或可与压力P_ref1结合使用以执行本文所述的计算。在一个实施例中，在清洁模式期间，使用隔离装置302以选择性地引导流体穿过流控制系统100，以有助于从测试室318中的歧管106和孔108中移除碎片106。

图11是操作风力涡轮机10(图1中所示)的方法800的流程图，该风力涡轮机10包括具有检测系统400(图4中所示)的流控制系统100(图2中所示)。方法800包括方法600(图9中所示)中的至少一些步骤，这样，类似的步骤用类似的参考标号来标记。控制系统36中的处理器40(图1中所示)由设置成执行方法800的程序段来编程。或者，方法800在可由控制系统36读取的计算机可读媒介上编码。在这样一个实施例中，控制系统36和/或处理器40设置成读取用来执行方法800的计算机可读媒介。

参见图1、图2、图4和图10，方法800包括，如上面所述，在正常模式下操作802风力涡轮机10。为了主动地触发流控制系统100的不同AFC响应，在第二模式下操作604风力涡轮机10。在第二模式下的操作604包括，在叶片22的外表面126上定位804至少一个外部光传感器402，以及在流控制系统100的歧管106中定位806至少一个内部光传感器404。更具体地说，定位804外部光传感器402以检测周围的光(L_amb)，定位806内部光传感器404以检测通过至少一个孔108进入歧管106的光(L_manifold)。至少一个外部光传感器402的定位804和/或至少一个内部光传感器404的定位806只能在安装和/或组装检测系统400时出现一次，或者可在风力涡轮机10的寿命范围中重复出现。

在至少第二模式期间，通过从外部光传感器402获取808第一光数据，以及从内部光传感器404获取810第二光数据，控制系统36获取606风力涡轮机10的操作数据。第一光数据和第二光数据每个都包括光(L_amb)和/或光(L_manifold)的量和/或其它测量值。为了确定608流控制系统100的有效性，控制系统36对第一光数据与第二光数据进行比较812。更具体地说，控制系统36使用例如公式6，来比较812第一光数据与第二光数据。在该示例性实施例中，控制系统确定814光(L_manifold)与光(L_amb)之比(比率)来作为流控制系统100的有效性。或者，采用除比率以外的其它手段，来比较812值，例如光的绝对值。在该示例性实施例中，当光(L_manifold)与光(L_amb)的比率小于阈值(X_Light1)时，控制系统36执行718清洁模式。或者，控制系统36执行716不同于清洁模式的动作。

图12是操作风力涡轮机10(图1中所示)的方法900的流程图，该风力涡轮机10包括具有检测系统500(图5和图6中所示)的流控制系统100(图2中所示)。方法900包括方法600(图9中所示)中的至少一些步骤，这样，类似的步骤用类似的参考标号标记。控制系统36中的处理器40(图1中所示)由设置成执行方法900的程序段编程。或者，方法900在可由控制系统36读取的计算机可读媒介上编码。在这样一个实施例中，控制系统36和/或处理器40设置成读取用来执行方法900的计算机可读媒介。

参见图1、图2、图5和图10，方法900包括，如上面所述，在正常模式下操作902风力涡轮机10。为了主动地触发流控制系统100的AFC响应，在第二模式下操作604风力涡轮机10。在第二模式下的操作604包括通过玻璃纤维502发射904光506，该玻璃纤维502延伸穿过流控制系统100的至少一部分。更具体地说，控制系统36控制光源504，以通过玻璃纤维502发射904光506。光(L_emitted)从流控制系统100中的传送器518发射906到流控制系统100中的接收器520。在一个特定实施例中，光(L_emitted)从沿着孔108的壁134定位的传送器518发射906。在该示例性实施例中，通过接收器520接收908光(L_emitted)。在一个特定实施例中，在作为反射光(L_reflected)穿过孔108传播后，光(L_received)被传送器581接收906。

在该示例性实施例中，在至少第二模式期间，通过获取910从传送器518朝接收器520发射的光(L_emitted)的测量值，以及通过获取912由接收器520接收的光(L_received)的测量值，控制系统36获取606风力涡轮机10的操作数据。光的测量值可在任何合适的测量单位下获取910和/或912。为了确定608流控制系统100的有效性，控制系统36比较914所发射的光(L_emitted)的测量值与所接收的光(L_received)的测量值。更具体地说，控制系统36用公式7来比较914所发射的光(L_emitted)的测量值与所接收的光(L_received)的测量值。控制系统36确定916光(L_received)与光(L_emitted)之比(比率)来作为流控制系统100的有效性。或者，不同于用比率来比较914值。在该示例性实施例中，当光(L_received)与光(L_emitted)的比率小于阈值(X_Light2)时，控制系统36执行918清洁模式。

虽然本文所述的控制系统被描述成在第二模式期间确定用来清洁的需求，但是，在正常模式期间的操作可提供充分的指示至操作系统，以表明可能需要清洁。例如，在正常模式期间的操作提供结垢的指示，且控制系统开始在第二模式下操作风力涡轮机，以确定在正常模式期间所指示的结垢的状态和/或程度。而且，在确定清洁模式未实现与在清洁状态期间的AFC有效性水平基本上相等的AFC有效性水平后，控制系统可修改正常模式的操作，以解决AFC系统有效性水平的减小。在该示例性实施例中，该控制使用了图(map)、反馈回路和/或前馈系统，以基于AFC系统有效性来修改正常模式。

通过确定AFC系统的有效性，可修改大体上不与AFC系统相关的控制策略。例如，基于本文所述的比较和/或确定，可修改可具有影响负载的目标的控制策略。为了使这样的负载能被检测，可能要影响或者甚至取消影响负载的控制，以进行可比较的测量。此外，可使用这样的控制来加重负载(该负载是AFC系统设置成要减轻的)，以提高这样的负载的可检测性。

上面所述的系统和方法有助于清洁和/或防止同叶片一起使用的翼型和/或主动式流控制(AFC)系统的结垢。因而，本文所述的实施例有助于推广AFC在例如风力涡轮机应用场合中的使用。通过使用至少部分地设在风力涡轮机中的控制系统，上面所述的系统提供了修正和/或防止AFC系统结垢的自动控制方法和/或远程控制方法，以执行本文所述的方法。因而，不要求AFC系统仅仅手工地在风力涡轮机处被清洁和/或维护。

当确定AFC系统的有效性已降低或将降低，上面所述的控制系统有助于自动地采取清洁动作和/或预防动作。这样，有助于减少在清洁AFC系统中的人工操作者干预。此外，本文所述的系统允许在最佳操作条件期间，例如低发电时间段，来清洁和/或维护AFC系统和/或风力涡轮机，使得不要求使风力涡轮机脱机以执行清洁和/或维护。更具体地说，本文所述的控制系统自动地确定用来执行清洁和/或预防动作的周围条件、环境条件和/或操作条件何时是最佳的。基于AFC系统有效性和/或基于已经执行的动作，本文所述的控制系统还可设置成自动地选择要执行的动作，以增加AFC系统有效性。

此外，本文所述的系统和方法设置成，基于与AFC系统，可得到的装置，可得到的消耗品如清洁剂和/或水，和/或预期的涡轮机访问(visits)相关的所获取的数据，来自动地选择清洁和/或预防动作。本文所述的控制系统可选择性地监测风力涡轮机的操作和/或改变风力涡轮机的操作，以获取与确定AFC系统有效性有关的数据。在获取数据后，本文所述的实施例设置成继续获取数据，发送智能警告消息(该消息的范围从轻度消息(mild message)到警告消息)至风力涡轮机的操作者，改变操作风力涡轮机的模式以防止和/或清洁结垢，和/或如果持续有严重问题，则将风力涡轮机关机(shut down)。

本文所述的系统和方法的技术效果包括以下项的其中至少一个：(a)在正常模式下操作风力涡轮机；(b)在与正常模式不同的第二模式下操作风力涡轮机；(c)在至少第二模式期间获取风力涡轮机的操作数据；(d)使用所获取的操作数据来确定风力涡轮机的流控制系统的有效性；(e)基于流控制系统的有效性执行动作。

上面详细描述了操作风力涡轮机的方法和系统的示例性实施例。这些方法和系统不限于本文所述的特定实施例，而是，可相对于本文所述的其它构件和/或步骤而独立地和单独地使用这些系统构件和/或方法步骤。例如，还可结合其它主动式流控制系统来使用这些方法，并且不限于仅仅用本文所述的风力涡轮机来实施。相反地，该示例性实施例可在许多其它主动式流控制应用方面来实施和使用。

虽然可能在一些附图中显示了本发明各个实施例的特定特征而并没在其它附图中显示，但是，这仅仅是为了方便起见。根据本发明的原理，可结合任何其它附图的任何特征来引用附图的任何特征和/或对附图的任何特征来提出权利要求。

此书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，还允许本领域技术人员来实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，和执行任何所结合的方法。本发明的专利范围由所附权利要求所限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这些其它示例具有不与所附权利要求的字面语言有区别的结构要素，或者如果它们包括与所附权利要求的字面语言无实质区别的等同结构要素，则这些其它示例也在所附权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种用于风力涡轮机的流控制系统(100，200)，所述流控制系统(100，200)包括：

空气分配系统(102，202)，其至少部分地限定在所述风力涡轮机(10)的至少一个叶片(22)中，所述空气分配系统包括至少一个限定成穿过所述叶片外表面的孔(108，208)；和

控制系统(36，363)，其与所述空气分配系统处于操作控制通信，所述控制系统设置成：

在第一模式下操作所述风力涡轮机；

在与所述第一模式不同的第二模式下操作所述风力涡轮机；

在至少所述第二模式期间，获取所述风力涡轮机的操作数据；

用所述获取的操作数据确定所述流控制系统的有效性；和

基于所述流控制系统的所述有效性，来执行动作。

2.根据权利要求1所述的流控制系统(100，200)，其特征在于，所述控制系统(36，363)设置成用以获取下列中的至少一项：所述风力涡轮机(10)的输出功率、所述叶片(22)中的负载、所述叶片的叶片单元负载测量值、所述叶片的叶根(24)弯矩和关于所述叶片内部量的数据，其中，所述内部量包括其中的至少一项：自所述空气分配系统(102，202)排出流体所需的功率、所述空气分配系统的至少一个歧管(106)中的压力，和所述歧管中的相对于时间的流率。

3.根据权利要求1所述的流控制系统(100，200)，其特征在于，所述控制系统(36，363)设置成：检测结垢的状态，检测修正结垢的时机，以及在清洁模式下操作所述风力涡轮机(10)以有助于从所述流控制系统(100)中移除碎片。

4.根据权利要求1所述的流控制系统(100，200)，其特征在于，所述控制系统(36，363)设置成，根据周围条件、环境条件和操作参数的其中至少一项，来改变主动式流控制(AFC)响应在一段时间内的水平。

5.根据权利要求1所述的流控制系统(100，200)，其特征在于，还包括检测系统(300)，所述检测系统(300)包括定位在所述流控制系统(36，363)的歧管(106)中的隔离装置(302)，所述控制系统还设置成：

起动所述隔离装置而将所述歧管划分成至少两个室(320，322)；

将流体流引导到所述歧管中的所述两个室中的至少一个室中；

确定所述两个室的第一室中的第一压力；

确定所述两个室的第二室中的第二压力；和，

比较所述第一压力与所述第二压力，以确定所述流控制系统的所述有效性。

6.根据权利要求1所述的流控制系统(100，200)，其特征在于，还包括检测系统(300)，所述检测系统(300)包括至少一个定位在所述叶片(22)外表面(126)上的外部光传感器，以及至少一个定位在所述流控制系统的歧管(106)中的内部光传感器(404)，所述控制系统(36，363)还设置成：

由所述外部光传感器(402)获取第一光数据；

由所述内部光传感器获取第二光数据；和，

比较所述第一光数据与所述第二光数据，以确定所述流控制系统的有效性。

7.根据权利要求1所述的流控制系统(100，200)，其特征在于，还包括检测系统(300)，所述检测系统(300)包括：

随同所述叶片安置的玻璃纤维(502)，所述玻璃纤维设置成发射光；

定位在所述流控制系统中的传送器(581)，所述传送器设置成传输来自所述玻璃纤维(502)的所述光；和

接收器(520)，其定位在所述流控制系统中并设置成接收从所述传送器传输的光，其中，所述控制系统(36，363)还设置成：

获取从所述传送器传输的光的测量值；

获取在所述接收器处所接收的光的测量值；和

比较所述传输的光的测量值与所述接收的光的测量值，以确定所述流控制系统的有效性。

8.一种风力涡轮机(10)，其包括：

至少一个叶片(22)；

流控制系统(100，200)，其包括至少部分地限定在所述叶片中的空气分配系统(102，202)，所述空气分配系统包括至少一个限定成穿过所述叶片外表面(126)的孔；和

与所述空气分配系统处于操作控制通信的控制系统(36)，所述控制系统(36)设置成：

在第一模式下操作所述风力涡轮机(10)；

在与所述第一模式不同的第二模式下操作所述风力涡轮机；

在至少所述第二模式期间，获取所述风力涡轮机的操作数据；

用所述获取的操作数据确定所述流控制系统的有效性；和

基于所述流控制系统的所述有效性来执行动作。

9.根据权利要求8所述的风力涡轮机(10)，其特征在于，所述流控制系统(100，200)还包括检测系统(300)，并且所述控制系统(36)还设置成控制所述检测系统以在至少所述第二模式期间获取所述风力涡轮机的操作数据。

10.根据权利要求8所述的风力涡轮机(10)，其特征在于，所述控制系统(100，200)还设置成自动执行下列中的至少一项：继续获取操作数据，发送智能警告消息至所述风力涡轮机的操作者，将所述风力涡轮机的操作模式变成清洁模式，以及关闭所述风力涡轮机。

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