[發(fā)明專利]一種基于硬件在環(huán)的風(fēng)電虛擬現(xiàn)實(shí)仿真系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710528813.1
• 申請(qǐng)日: 2017-07-01
• 公開（公告）號(hào): CN107219776A
• 公開（公告）日: 2017-09-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張夢(mèng)月;楊陽;王俊;卜京;鄭文哲;李榮;周前;汪成根
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B17/02
• 分類號(hào): G05B17/02
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心32203
• 代理人: 朱寶慶

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于硬件在環(huán)的實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)技術(shù)，特別是一種基于硬件在環(huán)的風(fēng)電虛擬現(xiàn)實(shí)仿真系統(tǒng)。

背景技術(shù)

風(fēng)能發(fā)電場(chǎng)是自然場(chǎng)景的一道靚麗風(fēng)景線，是以遼闊的風(fēng)能發(fā)電機(jī)為主體，對(duì)于風(fēng)能發(fā)電機(jī)這種大型復(fù)雜產(chǎn)品，不可能通過預(yù)先生產(chǎn)一臺(tái)風(fēng)力機(jī)來實(shí)際測(cè)試其各方面性能。而且，風(fēng)能發(fā)電場(chǎng)地域遼闊，由于受時(shí)間、空間、人力、經(jīng)濟(jì)、地域等因素的制約，很難將實(shí)地風(fēng)電場(chǎng)實(shí)際狀況如風(fēng)機(jī)布局、風(fēng)場(chǎng)運(yùn)動(dòng)狀況、風(fēng)能發(fā)電機(jī)各關(guān)鍵部件的運(yùn)動(dòng)以及其應(yīng)力應(yīng)變等情況真實(shí)的的表現(xiàn)出來。因此，研究一種風(fēng)力發(fā)電虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)，對(duì)科研和培訓(xùn)具有重要的意義。

實(shí)際風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，包括風(fēng)輪、齒輪箱、發(fā)電機(jī)、變頻器以及風(fēng)機(jī)控制器。目前，對(duì)于風(fēng)電虛擬仿真系統(tǒng)的研究，多集中在風(fēng)輪建模、機(jī)組建模等，這種全數(shù)字仿真系統(tǒng)重點(diǎn)在體現(xiàn)風(fēng)輪動(dòng)態(tài)特性，無法對(duì)變頻器施加控制策略，對(duì)于風(fēng)機(jī)發(fā)電并網(wǎng)策略研究較少。由于是全數(shù)字仿真，沒有真實(shí)的發(fā)電設(shè)備，不能達(dá)到培訓(xùn)維護(hù)和檢修技能的目的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于硬件在環(huán)的風(fēng)電虛擬現(xiàn)實(shí)仿真系統(tǒng)，該系統(tǒng)將風(fēng)機(jī)三維仿真系統(tǒng)與真實(shí)的風(fēng)機(jī)動(dòng)態(tài)模擬系統(tǒng)置于同一個(gè)仿真系統(tǒng)中，各設(shè)備之間通過數(shù)據(jù)庫(kù)和PLC有機(jī)連接、靈活配置、營(yíng)造了逼真的運(yùn)行環(huán)境，適用于風(fēng)力發(fā)電動(dòng)態(tài)特性的研究，能夠?yàn)榫S護(hù)檢修人員進(jìn)行全范圍、全過程、全場(chǎng)景的仿真培訓(xùn)。

一種基于硬件在環(huán)的風(fēng)電虛擬現(xiàn)實(shí)仿真系統(tǒng)，包括風(fēng)機(jī)仿真和監(jiān)控系統(tǒng)、PLC控制器、風(fēng)機(jī)動(dòng)態(tài)模擬系統(tǒng)；所述風(fēng)機(jī)仿真和監(jiān)控系統(tǒng)包括風(fēng)機(jī)三維仿真系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)、上位機(jī)，以及連接它們的以太網(wǎng)總線；所述風(fēng)機(jī)動(dòng)態(tài)模擬系統(tǒng)包括變頻器、電動(dòng)機(jī)、機(jī)械飛輪、連接軸、發(fā)電機(jī)、整流器、逆變器以及電網(wǎng)；所述PLC控制器通過以太網(wǎng)總線分別與數(shù)據(jù)庫(kù)、上位機(jī)、變頻器、整流器和逆變器連接。

采用上述系統(tǒng)，所述風(fēng)機(jī)動(dòng)態(tài)模擬系統(tǒng)通過電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電來模擬實(shí)際風(fēng)機(jī)發(fā)電情況。

采用上述系統(tǒng)，所述風(fēng)機(jī)三維仿真系統(tǒng)通過以太網(wǎng)總線獲取發(fā)電機(jī)參數(shù)。

采用上述系統(tǒng)，所述PLC控制器接收上位機(jī)的控制命令，并通過以太網(wǎng)總線傳送給變頻器，通過變頻器進(jìn)行電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制；所述PLC控制器通過以太網(wǎng)總線實(shí)時(shí)獲取變頻器、整流器和逆變器的數(shù)據(jù)。

采用上述系統(tǒng)，所述變頻器通過電纜與電動(dòng)機(jī)連接；所述電動(dòng)機(jī)、機(jī)械飛輪和發(fā)電機(jī)依次同軸相連；所述發(fā)電機(jī)通過電纜與整流器連接；所述整流器和逆變器之間通過直流母線連接；所述逆變器與電網(wǎng)連接。

采用上述系統(tǒng)，所述上位機(jī)通過以太網(wǎng)總線監(jiān)控風(fēng)機(jī)三維仿真系統(tǒng)以及下達(dá)控制命令給PLC控制器，所述上位機(jī)讀取PLC控制器的數(shù)據(jù)。

采用上述系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)庫(kù)通過以太網(wǎng)總線實(shí)時(shí)接收PLC控制系統(tǒng)獲得的數(shù)據(jù)，并通過以太網(wǎng)總線實(shí)時(shí)傳送給風(fēng)機(jī)三維仿真系統(tǒng)。

本發(fā)明所述的一種基于硬件在環(huán)的風(fēng)電虛擬現(xiàn)實(shí)仿真系統(tǒng)，風(fēng)機(jī)側(cè)采用數(shù)字化仿真，利用3D虛擬技術(shù)實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)輪、機(jī)艙等設(shè)備結(jié)構(gòu)的三維重現(xiàn)，并且能夠逼真地模擬各天氣和風(fēng)速狀況，形象地反映風(fēng)機(jī)的正常、異常、事故狀態(tài)及其動(dòng)作過程，可以實(shí)現(xiàn)在場(chǎng)景中任意漫游，實(shí)現(xiàn)機(jī)艙內(nèi)設(shè)備各種操作，方便機(jī)組檢修維護(hù)人員進(jìn)行相關(guān)培訓(xùn)。仿真系統(tǒng)實(shí)時(shí)接收實(shí)際風(fēng)電動(dòng)態(tài)模擬系統(tǒng)的參數(shù)，如風(fēng)速、轉(zhuǎn)速、電壓等，通過PLC控制器可以對(duì)風(fēng)機(jī)動(dòng)態(tài)模擬系統(tǒng)下達(dá)不同的控制策略，模擬不同情況下風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀況，同時(shí)得到各種參數(shù)曲線，便于進(jìn)行風(fēng)電方向的科學(xué)研究。

下面結(jié)合說明書附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述。

附圖說明

圖1是實(shí)際風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

圖2是風(fēng)電虛擬現(xiàn)實(shí)仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

圖3是基于硬件在環(huán)的風(fēng)電虛擬現(xiàn)實(shí)仿真系統(tǒng)設(shè)備接線圖。

具體實(shí)施方式

由圖2所示可知，一種基于硬件在環(huán)的風(fēng)電虛擬現(xiàn)實(shí)仿真系統(tǒng)，包括：風(fēng)機(jī)仿真和監(jiān)控系統(tǒng)、PLC控制器以及風(fēng)機(jī)動(dòng)態(tài)模擬系統(tǒng)。

所述風(fēng)機(jī)仿真和監(jiān)控系統(tǒng)包括風(fēng)機(jī)三維仿真系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)、上位機(jī)以及連接它們的以太網(wǎng)總線；所述風(fēng)機(jī)動(dòng)態(tài)模擬系統(tǒng)包括變頻器、電動(dòng)機(jī)、機(jī)械飛輪、連接軸、發(fā)電機(jī)、整流器、逆變器以及電網(wǎng)。

所述風(fēng)機(jī)三維仿真系統(tǒng)、上位機(jī)和數(shù)據(jù)庫(kù)之間通過以太網(wǎng)總線連接；所述數(shù)據(jù)庫(kù)和上位機(jī)與PLC控制器通過以太網(wǎng)總線連接；所述PLC控制器通過以太網(wǎng)總線分別與變頻器、整流器和逆變器連接。