可配置式风电场三维仿真二次开发平台制造技术

一种可配置式风电场三维仿真二次开发平台，包括三维模型控件库、风电系统机理模型库、虚拟风电场配置模块、虚拟风电场配置文件存储模块、虚拟风电场仿真系统呈现模块以及显示模块。依据欲仿真风电场的实际环境、机组数量、机组类型与拓扑结构，通过对三维模型控件库中的风电场环境模型及其动画模型、风机设备模型及其动画模型以及风电系统机理模型库中的风速模型、机组模型、控制策略模型等进行选取，即可生成基于虚拟现实的风电场仿真系统，支持用户在风电场仿真环境中漫游，查看设备运行信息和播放动画。该平台可快速、灵活的构建出风电场三维仿真系统，以满足用户对于风电场仿真系统模型的多样化需求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于风电机组的仿真
，具体涉及一种可配置式风电场三维仿真二次开发平台。
技术介绍
随着全球能源危机的加剧以及温室效应的显现，各国对新型能源的开发利用日趋重视。风力资源具有清洁无污染、取之不尽、用之不竭的特点，可替代煤炭、石油等传统化石能源。与其它新型能源发电技术相比，风力发电具有建设成本低、技术成熟的优点，因而有着广阔的发展前景。随着风电场建设规模的不断扩大，对风电场新员工的培训需求也不断增加。受现场诸多客观条件制约，新员工一般在风电场仿真系统上开展培训，以熟悉风电场的环境、机组设备及运行过程。由于风电场的所处环境、机组结构及控制策略具有多样化的特点，现有的风电场仿真系统往往只适用于某一特定的具体风电场，存在迁移性差、开发周期长的缺点。另外，现有的风电场仿真系统侧重于机理模型的仿真，对三维可视化的支持不够，导致培训效果不够逼真。在全球加大风电场建设的大背景下，如何能够灵活、快速的开发出风电场三维仿真系统，成为亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术针对现有风电场仿真系统的开发周期长、迁移性差、培训效果不逼真的问题，提供一种可配置式风电场三维仿真二次开发平台，以实现风电场三维仿真系统的灵活、快速开发，从而使风电场新员工能够快速了解并熟悉风电场现场和设备信息。本专利技术的具体内容为：一种可配置式风电场三维仿真二次开发平台，其构成包括三维模型控件库、风电系统机理模型库、虚拟风电场配置模块、虚拟风电场配置文件存储模块以及虚拟风电场仿真系统呈现模块，其特征为：三维模型控件库包括风电场的环境三维模型及其动画模型、风机设备三维模型及其动画模型；风电系统机理模型库包括风速模型库、机组模型库以及控制策略模型库。其中，所述三维模型控件库由UG软件和3Dmax软件共同制作完成，其建立过程为：步骤a：收集建立三维模型所需的数据信息；步骤b：使用UG软件建立三维模型；步骤c：将UG软件建立的三维模型导入到3Dmax软件中进行修改，以提高图像绘制输出时显示速度和画面质量；步骤d：使用3Dmax软件制作三维模型的动画模型；步骤e：将制作完成的三维模型及其动画模型保存至三维模型控件库，供程序启动时加载。所述风速模型库包括4种风速模型，即包含基本风、阵风、渐变风、噪声风并考虑风剪切和塔影效应的风速模型1、包含平均风与湍流强度的风速模型2、可重演风速测量历史数据的风速模型3以及将风速模型1、风速模型2、风速模型3进行加权组合的风速模型4。所述机组模型库包括机组模型1与机组模型2：机组模型1包含风力机、永磁直驱同步电机、整流器、直流-直流变换器和逆变器，其建立过程为：以风速、空气密度、风轮半径、偏航角、桨距角、风力机转速为输入，依据风力机的空气动力学特性与贝茨公式，计算风力机输出的机械转矩；将转动惯量、极对数、磁通系数、摩擦系数、d轴电感、q轴电感、风力机输出的机械转矩、风力机转速作为输入，计算永磁直驱同步电机的输出电压、输出电流，并经整流器进行交流-直流转换，进而在直流-直流变换器的PWM控制信号的作用下，进行电压升压转换，最终在逆变器的PWM控制信号的作用下，实现机械功率到并网功率的转换；机组模型2包含风力机、传动机构模型、双馈感应电机、转子侧变流器，电网侧变流器；其建立过程为：以风速、空气密度、风轮半径、偏航角、桨距角、风力机转速为输入，依据风力机的空气动力学特性与贝茨公式，计算风力机输出的机械转矩；采用三质量块动态模型计算传动机构输出轴端机械功率；以传动机构输出轴端机械功率、转子侧变流器PWM控制信号、电网侧变流器PWM控制信号为输入，依据双馈电机的电压方程、磁链方程、运动方程、电磁转矩方程计算其并网功率。所述控制策略模型库包括偏航控制模型库、最大功率跟踪控制模型库、变桨控制模型库、并网功率控制模型库，其中偏航控制模型库包括自动偏航控制模型与手动偏航控制模型；最大功率跟踪控制模型库包括叶尖速比控制模型、功率曲线控制模型、爬山观察法控制模型；变桨控制模型库包括统一变桨距控制模型和独立变桨距控制模型；并网功率控制模型库包括PQ控制模型、U/F控制模型。所述可配置式风电场三维仿真二次开发平台生成基于虚拟现实的风电场仿真系统的流程具体为：步骤1：用户登录二次开发平台，平台加载三维模型控件库和风电系统机理模型库；步骤2：用户选择虚拟风电场配置文件，若虚拟风电场配置文件存储模块中存在该配置文件，则转入步骤4；若虚拟风电场配置文件存储模块中不存在该配置文件，则转入步骤3；步骤3：用户配置虚拟风电场仿真系统，依据欲仿真风电场对象的实际环境、机组数量、机组类型与拓扑结构，利用虚拟风电场配置模块对三维模型控件库中的风电场环境模型及其动画模型、风机设备模型及其动画模型以及风电系统机理模型库中的风速模型、机组模型、控制策略模型等进行选取，在配置面板上将上述模型摆放在合适位置，按照正确的规则进行连接，则可生成虚拟风电场配置文件，并保存至虚拟风电场配置文件存储模块，转入步骤2；步骤4：二次开发平台利用风电场仿真系统呈现模块加载用户选择的虚拟风电场配置文件，形成基于虚拟现实的风电场仿真系统，用户可以通过显示模块在虚拟风电场仿真环境中漫游，查看设备信息和播放动画。该专利技术的功效在于：通过建立三维模型控件库与风电系统机理模型库，该平台可快速、灵活的构建出风电场三维仿真系统，以满足用户对于风电场仿真系统模型的多样化需求。附图说明图1为本专利技术的结构模块图；图2为本专利技术实施例中风机设备模型及其动画模型的制作流程图；图3为本专利技术实施例生成虚拟风电场仿真系统的流程图；具体实施方式下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是下述说明仅仅是示例性的而不是为了限制本专利技术的范围及其应用。图1为本专利技术的结构模块图，包括用于提供风电场环境模型及其动画模型、风机设备模型及其动画模型的三维模型控件库(1)，用于提供风速模型、机组模型和控制策略模型的风电系统机理模型库(2)，用于生成虚拟风电场仿真系统配置文件的虚拟风电场配置模块(3)，用于存储虚拟风电场仿真系统配置文件的虚拟风电场配置文件存储模块(4)，用于呈现出基于虚拟现实技术的虚拟风电场仿真系统的虚拟风电场仿真系统呈现模块(5)以及供用户漫游、查看设备信息和播放动画的显示模块(6)。本专利技术所述三维模型控件库(1)包括风电场的环境模型及其动画模型、风机设备模型及其动画模型，实施例中，风电场环境模型包含荒漠、草原、高山、平原、沿海等多种典型环境模型，其动画模型包括风吹树动、太阳移动、云彩移动等；风机设备模型包含永磁直驱型风机模型与双馈型风机模型，其动画模型包括叶片转动、传动装置、发电机内部运动过程、塔架细节等。本专利技术所述三维模型控件库(1)由UG软件和3Dmax软件共同制作完成，其建立过程为：步骤a：收集建立三维模型所需的数据信息；步骤b：使用UG软件建立三维模型；步骤c：将UG软件建立的三维模型导入到3Dmax软件中进行修改，以提高图像绘制输出时显示速度和画面质量；步骤d：使用3Dmax软件制作三维模型的动画模型；步骤e：将制作完成的三维模型及其动画模型保存至三维模型控件库(1)，供程序启动时加载。图2为本专利技术实施例中风机设备模型及其动画模型的制作流程图，建立风电场环境模型及其动画模型也遵循此流程：步骤a：收集建立本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可配置式风电场三维仿真二次开发平台，其构成包括三维模型控件库、风电系统机理模型库、虚拟风电场配置模块、虚拟风电场配置文件存储模块、虚拟风电场仿真系统呈现模块以及显示模块，其特征为：三维模型控件库包括风电场环境模型及其动画模型、风机设备模型及其动画模型；风电系统机理模型库包括风速模型库、机组模型库以及控制策略模型库。

【技术特征摘要】
1.一种可配置式风电场三维仿真二次开发平台，其构成包括三维模型控件库、风电系统机理模型库、虚拟风电场配置模块、虚拟风电场配置文件存储模块、虚拟风电场仿真系统呈现模块以及显示模块，其特征为：三维模型控件库包括风电场环境模型及其动画模型、风机设备模型及其动画模型；风电系统机理模型库包括风速模型库、机组模型库以及控制策略模型库。2.如权利要求1所述的一种可配置式风电场三维仿真二次开发平台，其特征在于所述三维模型控件库中的三维模型及其动画模型由UG软件和3Dmax软件共同制作完成，其建立过程为：步骤a：收集建立三维模型所需的数据信息；步骤b：使用UG软件建立三维模型；步骤c：将UG软件建立的三维模型导入到3Dmax软件中进行修改，以提高图像绘制输出时显示速度和画面质量；步骤d：使用3Dmax软件制作三维模型的动画模型；步骤e：将制作完成的三维模型及其动画模型保存至三维模型控件库，供程序启动时加载。3.如权利要求1所述的可配置式风电场三维仿真二次开发平台，其特征为所述风速模型库包括4种风速模型，即包含基本风、阵风、渐变风、噪声风并考虑风剪切和塔影效应的风速模型1、包含平均风与湍流强度的风速模型2、可重演风速测量历史数据的风速模型3以及将风速模型1、风速模型2、风速模型3进行加权组合的风速模型4。4.如权利要求1所述的可配置式风电场三维仿真二次开发平台，其特征为所述机组模型库包括机组模型1与机组模型2；机组模型1包含风力机、永磁直驱同步电机、整流器、直流-直流变换器和逆变器，其建立过程为：以风速、空气密度、风轮半径、偏航角、桨距角、风力机转速为输入，依据风力机的空气动力学特性与贝茨公式，计算风力机输出的机械转矩；将转动惯量、极对数、磁通系数、摩擦系数、d轴电感、q轴电感、风力机输出的机械转矩、风力机转速作为输入，计算永磁直驱同步电机的输出电压、输出电流，并经整流器进行交流-直流转换，进而在直流-直流变换器的PWM控制信号的作用下，进行电压升压转换，最终在逆变器的PWM控制信号的作用下，实现机械功率到并网功率的转换；机组模型2包含风力机、传动机构、双馈感应电机、转...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄海燕，吕建波，黄力哲，葛建宏，刘长良，刘卫亮，郭辰，冯笑丹，楼鹏康，
申请(专利权)人：华能新能源股份有限公司辽宁分公司，华能新能源股份有限公司，华北电力大学保定，华能集团技术创新中心，
类型：发明
国别省市：辽宁;21