[发明专利]一种基于硬件在环的风电虚拟现实仿真系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于硬件在环的实时仿真平台技术，特别是一种基于硬件在环的风电虚拟现实仿真系统。

背景技术

风能发电场是自然场景的一道靓丽风景线，是以辽阔的风能发电机为主体，对于风能发电机这种大型复杂产品，不可能通过预先生产一台风力机来实际测试其各方面性能。而且，风能发电场地域辽阔，由于受时间、空间、人力、经济、地域等因素的制约，很难将实地风电场实际状况如风机布局、风场运动状况、风能发电机各关键部件的运动以及其应力应变等情况真实的的表现出来。因此，研究一种风力发电虚拟现实实时仿真系统，对科研和培训具有重要的意义。

实际风力发电系统结构图如图1所示，包括风轮、齿轮箱、发电机、变频器以及风机控制器。目前，对于风电虚拟仿真系统的研究，多集中在风轮建模、机组建模等，这种全数字仿真系统重点在体现风轮动态特性，无法对变频器施加控制策略，对于风机发电并网策略研究较少。由于是全数字仿真，没有真实的发电设备，不能达到培训维护和检修技能的目的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于硬件在环的风电虚拟现实仿真系统，该系统将风机三维仿真系统与真实的风机动态模拟系统置于同一个仿真系统中，各设备之间通过数据库和PLC有机连接、灵活配置、营造了逼真的运行环境，适用于风力发电动态特性的研究，能够为维护检修人员进行全范围、全过程、全场景的仿真培训。

一种基于硬件在环的风电虚拟现实仿真系统，包括风机仿真和监控系统、PLC控制器、风机动态模拟系统；所述风机仿真和监控系统包括风机三维仿真系统、数据库、上位机，以及连接它们的以太网总线；所述风机动态模拟系统包括变频器、电动机、机械飞轮、连接轴、发电机、整流器、逆变器以及电网；所述PLC控制器通过以太网总线分别与数据库、上位机、变频器、整流器和逆变器连接。

采用上述系统，所述风机动态模拟系统通过电动机拖动发电机发电来模拟实际风机发电情况。

采用上述系统，所述风机三维仿真系统通过以太网总线获取发电机参数。

采用上述系统，所述PLC控制器接收上位机的控制命令，并通过以太网总线传送给变频器，通过变频器进行电动机转速控制；所述PLC控制器通过以太网总线实时获取变频器、整流器和逆变器的数据。

采用上述系统，所述变频器通过电缆与电动机连接；所述电动机、机械飞轮和发电机依次同轴相连；所述发电机通过电缆与整流器连接；所述整流器和逆变器之间通过直流母线连接；所述逆变器与电网连接。

采用上述系统，所述上位机通过以太网总线监控风机三维仿真系统以及下达控制命令给PLC控制器，所述上位机读取PLC控制器的数据。

采用上述系统，所述数据库通过以太网总线实时接收PLC控制系统获得的数据，并通过以太网总线实时传送给风机三维仿真系统。

本发明所述的一种基于硬件在环的风电虚拟现实仿真系统，风机侧采用数字化仿真，利用3D虚拟技术实现风力发电机风轮、机舱等设备结构的三维重现，并且能够逼真地模拟各天气和风速状况，形象地反映风机的正常、异常、事故状态及其动作过程，可以实现在场景中任意漫游，实现机舱内设备各种操作，方便机组检修维护人员进行相关培训。仿真系统实时接收实际风电动态模拟系统的参数，如风速、转速、电压等，通过PLC控制器可以对风机动态模拟系统下达不同的控制策略，模拟不同情况下风机运行状况，同时得到各种参数曲线，便于进行风电方向的科学研究。

下面结合说明书附图对本发明做进一步描述。

附图说明

图1是实际风力发电系统结构图。

图2是风电虚拟现实仿真系统结构图。

图3是基于硬件在环的风电虚拟现实仿真系统设备接线图。

具体实施方式

由图2所示可知，一种基于硬件在环的风电虚拟现实仿真系统，包括：风机仿真和监控系统、PLC控制器以及风机动态模拟系统。

所述风机仿真和监控系统包括风机三维仿真系统、数据库、上位机以及连接它们的以太网总线；所述风机动态模拟系统包括变频器、电动机、机械飞轮、连接轴、发电机、整流器、逆变器以及电网。

所述风机三维仿真系统、上位机和数据库之间通过以太网总线连接；所述数据库和上位机与PLC控制器通过以太网总线连接；所述PLC控制器通过以太网总线分别与变频器、整流器和逆变器连接。