CN202434104U

CN202434104U - 一种风电机组的虚拟现实仿真系统

Info

Publication number: CN202434104U
Application number: CN2011205449729U
Authority: CN
Inventors: 刘先正; 杨明明; 刘小勇; 关蕾; 李磊
Original assignee: Sinovel Wind Group Co Ltd
Current assignee: Sinovel Wind Group Co Ltd
Priority date: 2011-12-22
Filing date: 2011-12-22
Publication date: 2012-09-12
Anticipated expiration: 2021-12-22

Abstract

本实用新型涉及一种风电机组的虚拟现实仿真系统。该系统包括风机远程监控模块，塔基控制柜操作模块，机舱控制柜操作模块用于对虚拟风电场中的所有风电机组模型进行状态监测和人工控制；该系统还包括处理单元、可视化模块和音响模块；其中，处理单元分别与各个模块具有通信连接。本实用新型能摆脱人员培训对于场地、时间和空间的要求，并给受训人员带来直观的培训感受，提高培训效果。

Description

一种风电机组的虚拟现实仿真系统

技术领域

本实用新型涉及数字系统仿真技术领域，特别是涉及一种对风电机组进行虚拟现实仿真的系统。

背景技术

熟知风力发电机组(简称风电机组)的操作步骤和要求，熟知与风电机组相关的故障及其处理方法，对于降低风电机组的故障率和事故率，提高风电行业的利润率，都有十分重要的意义，因而这是风电行业现场维护、操作人员所必须具备的技能。

现有的对风电行业现场维护、操作人员的培训，都是采用课堂讲解和现场操作相结合的方法进行的，即在课堂讲解的基础上，带领维护、操作人员到风电机组所在地现场演示操作，这种方法不仅成本高，耗时长，而且带有很大的局限性，例如，在雷雨、地震等特殊情况下，风电机组的运行现场不允许任何人登陆机舱，以免造成人员伤亡事故，因而这种特殊情况下的现场操作阶段的演示教学就不能使受训人员获得太多的直观感受；又例如，现场操作阶段的演示教学往往在特定的培训期间进行，该段时间风电机组所在地的风速不一定会达到培训所需的观测值，这无疑也大大降低了培训效果。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种风电机组的虚拟现实仿真系统，通过先进的数字系统仿真技术摆脱人员培训对于场地和时间的要求，并给受训人员带来直观的培训感受，提高培训效果。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种风电机组的虚拟现实仿真系统，包括风机远程监控模块，用于对虚拟风电场中的所有风电机组模型进行状态监测和控制；该系统包括处理单元和可视化模块；其中，

所述处理单元分别与所述风机远程监控模块以及所述可视化模块具有通信连接。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进：

进一步，还包括与所述可视化模块相连的输入设备。

进一步，所述输入设备为鼠标，和/或，键盘。

进一步，所述可视化模块和所述输入设备集成为一触摸屏。

进一步，还包括与所述处理单元通信相连的音响模块。

进一步，还包括塔基控制柜操作模块；所述处理单元还与所述塔基控制柜操作模块相连。

进一步，还包括机舱控制柜操作模块；所述处理单元还与所述机舱控制柜操作模块相连。

进一步，所述处理单元为计算机。

本实用新型的有益效果是：本实用新型中，处理单元分别与系统中的风机远程监控模块以及可视化模块通信连接，这样，可在处理单元中预存各风电机组的物理模型及控制器模型，即在处理单元中预存风电机组模型，从而无需与实际的风电机组连接，就可以将风电机组的运行状态信息传送到风机远程监控模块进行实时显示，同时，受训人员也可通过对风机远程监控模块进行操作，从而向处理单元发送控制命令，由处理单元通过数字仿真方式模拟对风电机组的控制，实现利用风机远程监控模块来控制相应风电机组进行状态调整的目的，完成对受训人员的培训工作。在该过程中，可视化模块接收并对状态信息、状态调整的情况进行实时显示。因此，受训人员无需亲临风电场，也无需特别选定观测时间，随时都可以获得风电场中所有风电机组有可能出现的任何状态信息，并通过对风机远程监控模块进行操作，实现对风电机组的手动控制。这使得人员培训摆脱了对于场地和时间的要求；而且，利用本实用新型所提供的虚拟现实仿真系统，受训人员可以从视觉的角度直观地观察到风电场中任意风电机组的状态信息，在此基础上即可对风电机组的状态进行实时精确的控制，因而培训效果也比现有技术有了很大提高。

附图说明

图1为本实用新型提出的风电机组的虚拟现实仿真系统的结构图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

图1为本实用新型提出的风电机组的虚拟现实仿真系统的结构图。如图1所示，该系统包括处理单元101和可视化模块103。本实用新型中，各风电机组是作为虚拟的模型对象而存在的，其内容包括风电机组的物理模型及控制器模型，可在处理单元101中预存各风电机组的物理模型及控制器模型，即可实现在处理单元101中预存风电机组模型的目的。

各风电机组模型的运行状态由处理单元101通过实时计算得到，处理单元101还可通过仿真方式来模拟对实际风电机组的自动控制。

该虚拟现实仿真系统包括风机远程监控模块(在图1中标号为102)，该风机远程监控模块102可对虚拟的风电场中的所有风电机组模型进行状态监测和控制。如图1所示，处理单元101与风机远程监控模块102具有通信连接，这样，本实用新型中的风机远程监控模块102即可对处理单元101中预存的虚拟风电场中所有风电机组模型进行状态监测和控制。此外，如图1所示，处理单元101还与可视化模块103具有通信连接。

这里的处理单元101具有计算和逻辑判断功能，同时还能运行外部输入或预先设定的控制程序，其较佳实施例为计算机，当然，在不需要实时仿真的情形，处理单元101也可以为DSP、FPGA等其他高速处理器件。

处理单元101与风机远程监控模块102具有通信连接，这样，二者可通过通信的方式来交换风机状态信息以及操作指令。例如，处理单元101模拟特殊工况时机组发生故障，风机故障状态信息被发送到风机远程监控模块102，风机远程监控模块102即实时向受训人员显示该故障信息，这模拟了实际运行中风机远程监控模块102监测到风电场中某风电机组发生故障的情况。此时，受训人员通过点击风机远程监控模块102界面上的按钮、开关、键盘输入等方式来向触碰风机远程监控模块102发送处理故障的控制信息，处理单元101在接收到该控制信息后，即做出一定的反应，控制该风电机组进行相应的状态调整(如开启、停机、限制功率、限制桨距等)，以尽快排除故障，恢复正常运行。

图1中的可视化模块103可实现显示功能，其与处理单元101具有通信连接，这样，处理单元101所预存以及收到的所有风电机组模型的状态信息都可以在可视化模块103上实时显示，同时，处理单元101对各风电机组模型的控制信息、以及各风电机组模型在该控制下的状态调整信息，也都可以在可视化模块103上实时显示。可视化模块103通过计算机成像技术完成包括桨叶、轮毂、机舱、塔筒、齿圈、电机等风电机组部件的状态信息的实时展示，使受训人员对风电机组模型所进行的操作能从视觉上得到风电机组模型的响应回馈。可见，可视化模块103的设置，使得对于风电机组的监控和操作所进行的人员培训变得直观，并且受训人员无需到风电场实地观测，即可实时获得直观的状态信息。

上述的处理单元101与风机远程监控模块102、可视化模块103的通信连接，可以为通过相应的接口来实现。

由此可见，本实用新型中，处理单元分别与系统中的风机远程监控模块以及可视化模块通信连接，这样，可在处理单元中预存各风电机组的物理模型及控制器模型，即在处理单元中预存风电机组模型，从而无需与实际的风电机组连接，就可以将风电机组的运行状态信息传送到风机远程监控模块进行实时显示，同时，受训人员也可通过对风机远程监控模块进行操作，从而向处理单元发送控制命令，由处理单元通过数字仿真方式模拟对风电机组的控制，实现利用风机远程监控模块来控制相应风电机组进行状态调整的目的，完成对受训人员的培训工作。在该过程中，可视化模块接收并对状态信息、状态调整的情况进行实时显示。因此，受训人员无需亲临风电场，也无需特别选定观测时间，随时都可以获得风电场中所有风电机组有可能出现的任何状态信息，并通过对风机远程监控模块进行操作，实现对风电机组的手动控制。这使得人员培训摆脱了对于场地和时间的要求；而且，利用本实用新型所提供的虚拟现实仿真系统，受训人员可以从视觉的角度直观地观察到风电场中任意风电机组的状态信息，在此基础上即可对风电机组的状态进行实时精确的控制，因而培训效果也比现有技术有了很大提高。

如图1所示，还可以为可视化模块103设置专门的输入设备104，该输入设备104与可视化模块103相连，用于向可视化模块103输入控制信息。例如，该输入设备104可以为鼠标，这样，受训人员就可以通过鼠标来改变可视化模块103进行显示的视角，从而从多个角度展示风电机组的状态信息，使培训更加直观、生动。该输入设备104也可以为键盘，这样，受训人员可利用键盘来向可视化模块103输入控制命令，从而改变其显示角度、显示层次等，进而获得直观、全面的状态信息。当然，图1中的输入设备104还可以同时包括鼠标和键盘，以进一步提高培训效果。此外，还可以将上述的可视化模块103和输入设备104加以集成，用一个触摸屏的形式来实现，这样可以减小该虚拟现实仿真系统的体积，提高其集成度。

风电场通常是充满着巨大的噪音的，如果该虚拟现实仿真系统处于一安静的办公室内，则在培训中，受训人员对于风电场的感受是不全面的，因而该虚拟现实仿真系统还包括与处理单元101通信相连的音响模块105，这样，处理单元101就可以根据预先的设定以及风机远程监控模块102所监测到的各风电机组的状态信息，控制音响模块105适时地发出相应音量的声响，以模拟风电场的现场氛围，提高受训人员对于风电机组监控和操作的感知度，这对于提高培训效果也是非常有益的。

该系统除了包括风机远程监控模块102之外，还包括塔基控制柜操作模块(图1中用标号106来标示)，该塔基控制柜操作模块106供维护、操作人员对风电机组进行现场开启、现场停机、复位、排除一般错误、排除故障以及屏蔽风机远程监控模块102对于风电机组的操作指令等，是风电机组的重要组成部件。因而本实用新型中，处理单元101还与塔基控制柜操作模块106相连，以与其进行通信，实时对风电机组进行相应的控制，防止故障、事故的发生。虽然本实用新型中的风电机组只是模型，而并不是实际存在的风电机组，但可通过塔基控制柜操作模块106与处理单元101之间的通信，以及处理单元101的软件仿真，来模拟塔基控制柜操作模块对实际运行的风电机组的监控、操作功能，达到培训目的。

该系统的另一个控制部件是机舱控制柜操作模块(图1中用标号107来标示)，该机舱控制柜操作模块107除了具有塔基控制柜操作模块106的全部功能之外，还能对风电机组中的轮毂、变频器柜进行操作，因而在对风电机组的控制上，其优先级要高于塔基控制柜操作模块106和风机远程监控模块102，这样，本实用新型中的处理单元101还可以与机舱控制柜操作模块107相连，以与其进行通信，实时对风电机组进行相应的控制，防止故障、事故的发生。同样，虽然本实用新型中的风电机组并不是实际存在的，但也可以通过机舱控制柜操作模块107与处理单元101之间的通信，以及处理单元101的软件仿真，来模拟机舱控制柜操作模块对实际运行的风电机组的监控功能，达到培训目的。

由此可见，本实用新型具有以下优点：

(1)本实用新型中，处理单元分别与系统中的风机远程监控模块以及可视化模块通信连接，这样，可在处理单元中预存各风电机组的物理模型及控制器模型，即在处理单元中预存风电机组模型，从而无需与实际的风电机组连接，就可以将风电机组的运行状态信息传送到风机远程监控模块进行实时显示，同时，受训人员也可通过对风机远程监控模块进行操作，从而向处理单元发送控制命令，由处理单元通过数字仿真方式模拟对风电机组的控制，实现利用风机远程监控模块来控制相应风电机组进行状态调整的目的，完成对受训人员的培训工作。在该过程中，可视化模块接收并对状态信息、状态调整的情况进行实时显示。因此，受训人员无需亲临风电场，也无需特别选定观测时间，随时都可以获得风电场中所有风电机组有可能出现的任何状态信息，并通过对风机远程监控模块进行操作，实现对风电机组的手动控制。这使得人员培训摆脱了对于场地和时间的要求；而且，利用本实用新型所提供的虚拟现实仿真系统，受训人员可以从视觉的角度直观地观察到风电场中任意风电机组的状态信息，在此基础上即可对风电机组的状态进行实时精确的控制，因而培训效果也比现有技术有了很大提高。

(2)本实用新型将可视化模块和输入设备加以集成，用一个触摸屏的形式来实现，这样可以减小本实用新型的体积，提高其集成度。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种风电机组的虚拟现实仿真系统，包括风机远程监控模块，用于对虚拟风电场中的所有风电机组模型进行状态监测和控制；其特征在于，该系统包括处理单元和可视化模块；其中，

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括与所述可视化模块相连的输入设备。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述输入设备为鼠标，和/或键盘。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述可视化模块和所述输入设备集成为一触摸屏。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括与所述处理单元通信相连的音响模块。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括塔基控制柜操作模块；所述处理单元还与所述塔基控制柜操作模块相连。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括机舱控制柜操作模块；所述处理单元还与所述机舱控制柜操作模块相连。

8.根据权利要求1-7中任一权利要求所述的系统，其特征在于，所述处理单元为计算机。