基于虚拟现实技术的风电仿真系统

发布时间：2020-09-09 11:56

　　 目前,随着国家对风力发电行业的重视,陆续颁布相关政策,风力发电实现了快速增长,跃升成为我国继火电、水电后的第三大电力来源,使电力工业发展规模迈上新台阶。然而随着风力发电的高速发展,具有风力发电场专业技能的工作人才紧缺的问题日益严重,因此能够快速并且有效提高风电工作人员对于风电设备的日常运作以及维修的能力成为当务之急。针对这一现状,本文以实际风电场为原型,将虚拟现实技术和风电仿真技术相结合,从虚拟仿真系统的软硬件结构、风电仿真模型的构建及虚拟场景的搭建等方面,对基于虚拟现实技术的风电仿真系统进行了研究。主要研究内容有:首先,以双馈风力发电机组为仿真对象,详细阐述了其运行特性;分析了双馈风电机组主要设备的工作原理,建立了风速、风力机、传动轴、发电机的数学模型。在此基础上,分析了最大风能追踪控制和桨距角控制的实现原理,给出了控制器的控制框图。同时建立了转子侧定子磁链定向控制的数学模型,采用双闭环控制实现转子侧矢量控制。其次,在Matlab/Simulink中搭建了主要设备与控制系统的仿真模型,该模型包括风速、风力机、传动轴、发电机、控制系统等,进行了机组运行的动态仿真。通过改变风速,反映了发电机组次同步运行、同步运行、超同步运行三种运行状态,同时对定桨距、变桨距控制进行了仿真分析,仿真结果表明该系统可实现额定风速以下最大风能追踪,额定风速以上变桨距控制,同时可实现有功、无功功率的解耦控制。证明了所建模型的正确性和有效性,为之后在功能仿真系统上建立仿真模型以及为虚拟仿真系统提供数据支持打下了良好的基础。最后,本文结合虚拟现实技术和风电场的实际环境,完成了风电设备的三维建模及模型优化,将风机模型导入到Unity 3D进行设置,添加天空、光照、地形等环境效果,完成了虚拟风电场场景的可视化。为了提高系统的功能性和交互性,利用Unity3D技术进行了设备虚拟拆装、设备学习、文本显示、场景漫游等功能模块的开发,从而实现对学员的培训。
【学位单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM614;TP391.9
【部分图文】：

图 1-1 2008 年至 2017 年中国新增和累计风电装机容量我国风力发电技术的不断进步，风力发电场的不断建设，风力发增加，造成了具有风力发电场专业技能的工作人员紧缺的问题，有效提高风电工作人员对于专业风电设备的日常运作以及维修急。但是，就当前情况而言，对于风电技能人员能力的培训还有

系统结构图

2.2.1 风电虚拟仿真系统的硬件构成风电场虚拟仿真系统的硬件是由计算机网络系统构成，其核心是服务器，与之相关的设备及其连接关系如图2-2所示。图 2-2 系统硬件构成图服务器，工程师/教练员站，操作员站和网络设备等硬件设备构成了风电虚拟系统。（1）服务器是仿真系统中最为关键的设备，其中包括功能仿真、3D、监控仿真服务器等。（2）工程师/教练员站。模型工程师可以在工程师站创建、修改模型，设置参数和调试。在教练员站上，教练员可以对学员进行专业并具有针对性的培训，以此来提高学员能力。（3）操作员站。操作员站用来模拟实际系统的操作员站监控界面，为学员提供监控风电机组模型的运行情况。（4）网?

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