[发明专利]用于风力发电机叶片的等离子体控制装置和方法

权利要求书

1.一种用于风力发电机叶片的等离子体控制装置，其特征在于，所述的装置包括等离子体激励器、激励电源和控制系统（11）；

所述的等离子体激励器为介质阻挡放电等离子体激励器，由暴露电极、植入电极和介质阻挡层组成，暴露电极和植入电极分别粘贴在介质阻挡层的上下两面；所述的暴露电极暴露于空气中，与激励电源（7）的高压端连接；所述的植入电极表面包裹有绝缘材料，与地线连接；等离子体激励器光滑安装于风力发电机叶片表面；

所述的激励电源（7）的高压端和等离子体激励器的暴露电极连接，激励电源的低压端和等离子体激励器的植入电极连接，同时接地；

所述的控制系统（11）监测风力发电机所处环境的风速、风向、温度、湿度，以及叶片表面结冰参数，确定风力发电机叶片表面发生流动分离的区域范围、结冰的厚度和速度，确定并调节所述的激励电源（7）的输出波形、电势、频率和占空比，对所述的激励电源进行开通和关断控制。

2.按照权利要求1所述的用于风力发电机叶片的等离子体控制装置，其特征在于，所述介质阻挡放电等离子体激励器为对称介质阻挡放电等离子体激励器，由第二暴露电极（19）、第二植入电极（20）和第二介质阻挡层21组成，第二暴露电极（19）的中心线和第二植入电极（20）的中心线重合。

3.按照权利要求1所述的用于风力发电机叶片的等离子体控制装置，其特征在于，所述的介质阻挡放电等离子体激励器为非对称介质阻挡放电等离子体激励器，由第三暴露电极（23）、第三植入电极（24）和第三介质阻挡层（25）组成，第三暴露电极（23）的中心线（26）和第三植入电极（23）的中心线（27）不重合。

4.应用权利要求1所述的等离子体控制装置的控制方法，其特征在于，所述的控制方法控制风力发电机叶片流动分离的步骤如下：

第一步，控制系统（11）的风速传感器实时监测风力发电机所处环境的风速、风向参数，将风速、风向参数与参考数据库比对，当比对结果表明风力发电机叶片不处于分离状态时，控制系统不作任何控制；当比对结果表明风力发电机叶片处于分离状态时，控制系统（11）初步判断出现流动分离的区域；压力传感器进一步对相关区域进行精确测量，将测量数据传递到控制系统的微处理器，微处理器通过计算判断该区域的流动分离情况，包括分离区域的具体范围和强度，然后确定需要开启的等离子体激励器及激励电源（7）的激励参数，并向作动器发出作动指令；

第二步，控制系统（11）的作动器根据微处理器的作动指令，设定激励电源的电压、频率、占空比，然后启动激励电源；

第三步，等离子体激励器在激励电源（7）的高电压作用下发生空气放电，产生等离子体，等离子体产生的体积力和热量传递到环境空气，在体积力的加速作用和热量的冲击作用下，等离子体激励器开始对风力发电机叶片表面流动实施控制作用；

第四步，控制系统（11）的压力传感器继续测量风力发电机叶片表面压力，将测量数据传递到微处理器，微处理器再次通过计算判断上一时刻判定为流动分离区域的流动分离情况，若流动分离没有得到控制，则修改控制策略，增加参与流动分离控制的等离子体激励器数量，增大激励电源（7）的激励电压，并根据等离子体激励器负载变化情况调节激励电源的输出频率和占空比；

第五步，重复第四步，直至流动分离得到控制；

第六步，压力传感器、风速传感器实时监测风力发电机所处环境的大气压力、风速和风向参数，控制系统（11）将上述参数与参考数据库进行比对，当对比结果表明不需要进行流动控制风力发电机叶片也能够不出现流动分离时，控制系统（11）向作动器发出停止控制指令；

第七步，作动器关闭电源；

第八步，重复所述的第一步至第七步，直至风力发电机停止工作。

5.应用权利要求1所述的等离子体控制装置的控制方法，其特征在于，所述的控制方法控制风力发电机叶片表面防冰除冰的步骤如下：

第一步，控制系统（11）的温度传感器、湿度传感器实时监测风力发电机所处环境的空气温度和湿度，控制系统（11）的微处理器根据温度传感器、湿度传感器输入的空气温度、湿度参数判断风力发电机叶片表面是否达到结冰条件，如果达到结冰条件则向控制系统的作动器发出作动指令；

第二步，控制系统（11）的作动器接到作动指令后，根据作动指令设定激励电源（7）的电压、频率和占空比，然后启动激励电源（7）；

第三步，等离子体激励器在高电压作用下发生放电，等离子体产生的体积力对撞击到风力发电机叶片表面液滴产生吹除作用，使其不能在风力发电机叶片表面停留、粘附，等离子体在风力发电机叶片表面附近空间释放的热量一方面产生微型爆炸作用，冲击风力发电机叶片表面附近的液滴，使液滴无法接近叶片，另一方面对叶片及叶片附近的空气进行加热，使叶片附近的温度保持在冰点之上；通过加热、冲击、吹除三项作用，防止风力发电机叶片表面结冰；

第四步，当结冰条件进一步加强时，包括温度继续降低、湿度继续增大，风力发电机叶片表面结冰概率增大，此时控制系统（11）结冰传感器实时测量风力发电机叶片表面结冰厚度及速度，如果风力发电机叶片表面已经结冰，则控制系统微处理器向作动器发出调整指令；

第五步，所述作动器根据调整指令，将激励电源（7）调整到最短脉宽状态和高频状态；

第六步，等离子体激励器在高电压作用下发生放电，等离子体激励器的介质阻挡层损耗会产生大量热量，并通过热传导作用传递给紧贴叶片的冰层，等离子体欧姆加热直接将热量传递给叶片表面的冰层，造成紧贴叶片的冰层融化；等离子体向风力发电机叶片附近空气释放热量，产生大量、密集、高频的微型爆炸冲击作用，对风力发电机叶片表面的冰层进行冲击，破坏冰层与风力发电机叶片的附着结构；在上述两种作用下，风力发电机叶片表面的冰层出现松动，最后在叶片旋转造成的离心力作用下被甩出去，达到除冰目的；

第七步，重复第一步至第六步，直至控制系统微处理器判断风力发电机叶片表面结冰条件消失，然后向控制系统作动器发出停止工作指令，控制系统作动器关闭等离子体激励器。