專利名稱：風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的虛擬現(xiàn)實(shí)仿真方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)仿真，模擬各種情況下 風(fēng)力發(fā)電的運(yùn)行特性，涉及計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和新能源發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
風(fēng)力發(fā)電技術(shù)已發(fā)展成為新能源開發(fā)利用中最成熟的一門技術(shù)，并網(wǎng)風(fēng)電機(jī) 組成為風(fēng)電利用的最好形式，并向大型化方面發(fā)展。作為風(fēng)力資源較為豐富的國(guó) 家之一，我國(guó)也加快了風(fēng)電技術(shù)領(lǐng)域的自主開發(fā)與研究，目前全國(guó)己建成44座 風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)，風(fēng)電裝機(jī)總?cè)萘窟_(dá)到126萬(wàn)千瓦，并規(guī)劃提出，到"十一五"末期， 全國(guó)風(fēng)電總裝機(jī)容量將達(dá)到500萬(wàn)千瓦。風(fēng)電技術(shù)的發(fā)展和眾多風(fēng)電場(chǎng)的建立， 需要大量的運(yùn)行技術(shù)人員和科研人員，要求能夠熟練掌握各種情況下風(fēng)力發(fā)電系 統(tǒng)的運(yùn)行特性，并做到及時(shí)有效安全的處理。由于風(fēng)力發(fā)電的特殊性，對(duì)自然環(huán) 境的依賴較大，風(fēng)能的隨機(jī)性和易變性，尤其是海上風(fēng)電場(chǎng)，自然條件惡劣，不 可能隨時(shí)在現(xiàn)場(chǎng)通過試驗(yàn)了解掌握風(fēng)電系統(tǒng)的各種運(yùn)行工況，這就使得對(duì)風(fēng)電運(yùn) 行特性的研究存在一定的困難，對(duì)運(yùn)行人員來(lái)說(shuō)，對(duì)偶然發(fā)生的特殊情況，也不 能做到及時(shí)有效的處理。采用虛擬現(xiàn)實(shí)仿真的技術(shù)，有助于實(shí)現(xiàn)對(duì)不可測(cè)、不可 視、不可摸、不可入等隨機(jī)情況和危險(xiǎn)場(chǎng)所進(jìn)行仿真，因此建立一個(gè)與實(shí)際風(fēng)力 發(fā)電場(chǎng)相似的仿真系統(tǒng)，對(duì)于研究掌握風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行特性是十分必要的。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足和需要，提供一種將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)用 于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、真實(shí)模擬風(fēng)電系統(tǒng)各種運(yùn)行狀況的方法。 技術(shù)方案本發(fā)明的目的通過以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
a.建立風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的機(jī)理模型包括自然風(fēng)速的特性描述、風(fēng)輪空氣動(dòng)
力學(xué)模型、傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型、雙饋發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)模型、變槳距系統(tǒng)模型 和電網(wǎng)模型；b.建立風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景模型 bl.建立風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)各組成部分和外部環(huán)境的三維模型； b2.將三維模型轉(zhuǎn)換成為虛擬現(xiàn)實(shí)建模語(yǔ)言的文件格式； b3.利用虛擬現(xiàn)實(shí)建模語(yǔ)言確定各模型在虛擬環(huán)境中的位置關(guān)系； b4.將虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的文件存儲(chǔ)于虛擬場(chǎng)景控制服務(wù)器； C.實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景和仿真程序的交互；
Cl.根據(jù)步驟a中風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)機(jī)理模型建立仿真運(yùn)算程序模塊；
C2.將仿真運(yùn)算程序模塊存儲(chǔ)在仿真控制主機(jī)中；
c3.仿真控制主機(jī)通過控制數(shù)據(jù)采集服務(wù)器，連接外部輸入設(shè)備接受指 令和數(shù)據(jù)輸入，通過步驟cl中建立的仿真運(yùn)算程序模塊進(jìn)行仿真計(jì)算;
c4.仿真計(jì)算結(jié)果輸出至虛擬場(chǎng)景控制服務(wù)器，驅(qū)動(dòng)虛擬場(chǎng)景模型數(shù)據(jù)
在輸出顯示設(shè)備中進(jìn)行三維多媒體動(dòng)態(tài)展現(xiàn)； 本發(fā)明中自然風(fēng)速的特性描述由平穩(wěn)風(fēng)速、漸變風(fēng)風(fēng)速、陣風(fēng)風(fēng)速、隨機(jī)風(fēng) 風(fēng)速組成
平穩(wěn)風(fēng)速f;。由風(fēng)場(chǎng)平均風(fēng)速P描述，&。=P;
漸變風(fēng)風(fēng)速J^:
rw= ^ax^^; ^"^"，其中/ ^為漸變風(fēng)風(fēng)速最大值，
o f > L + K
^為風(fēng)速漸變開始時(shí)間，T^為風(fēng)速漸變結(jié)束時(shí)間，r,為漸變風(fēng)速保持時(shí)間； 陣風(fēng)風(fēng)速^g描述風(fēng)速突然變化的特性
其他
、
G^{1-咖2對(duì)^]} ^s"rlg+rg，其中G雌為陣風(fēng)風(fēng)速
峰值，T^為陣風(fēng)周期，7Jg為陣風(fēng)開始時(shí)間；
隨機(jī)風(fēng)風(fēng)速^ 由均值為零，方差為1的隨機(jī)噪聲序列描述； 實(shí)際的自然風(fēng)速v由以上4種風(fēng)速疊加v = ^。+「w+^g+^ ，當(dāng)進(jìn)行某種 特殊情況下仿真時(shí)，根據(jù)需要，實(shí)際自然風(fēng)速v也可以由以上4種風(fēng)速分別表示。本發(fā)明的風(fēng)輪空氣動(dòng)力學(xué)模型以下公式表示:
尸為氣動(dòng)功率，p為空氣密度，v為風(fēng)速，i 為風(fēng)輪半徑，Cp為功率系數(shù) 本發(fā)明的傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型由下式表示
d份w
其中等價(jià)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量^=^+4,等價(jià)風(fēng)輪轉(zhuǎn)矩 =~5—，人為風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，
尺:
""gear ikgea;*
^為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，？；為風(fēng)輪轉(zhuǎn)矩，Tg為發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩，i^。,為齒輪箱的 傳動(dòng)比， 為風(fēng)輪轉(zhuǎn)速。
本發(fā)明的雙饋發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)模型由矢量控制中坐標(biāo)變換原理，在任意速度旋轉(zhuǎn) 的坐標(biāo)系統(tǒng)中和三相對(duì)稱條件下，按定子側(cè)服從發(fā)電機(jī)慣例，轉(zhuǎn)子側(cè)服從電動(dòng)機(jī) 慣例建立動(dòng)態(tài)模型-
《4-，+仏 v = W+(A — + =— (w — wr)w+/^fr
式中"為電壓，/為電流，^為磁鏈，Z,為轉(zhuǎn)子自感，^為定子自感，k
為定轉(zhuǎn)子互感，及為電阻，^定子電壓角頻率，^為轉(zhuǎn)子角頻率，^=^-^=5^
為轉(zhuǎn)差角頻率， 為發(fā)電機(jī)極對(duì)數(shù)，J為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，T^為發(fā)電機(jī)輸入機(jī)械 轉(zhuǎn)矩；戶為微分算子，下標(biāo)s， r， q， d分別表示定子側(cè)量、轉(zhuǎn)子側(cè)量、q軸分 量、d軸分量，以上轉(zhuǎn)子各量均已折算至定子側(cè)。
本發(fā)明的變槳距系統(tǒng)模型，在飽和極限范圍內(nèi)，即槳距角-5° 88°和變槳 距速率10。"時(shí)，變槳距執(zhí)行系統(tǒng)表現(xiàn)出線性特性，動(dòng)態(tài)模型由一階慣性環(huán)節(jié)描
述—a，其中，^為時(shí)間常數(shù)，^為參考節(jié)距角，即控制器給出
的槳距角設(shè)定值，A為系統(tǒng)輸出值，即槳距角實(shí)際值。本發(fā)明的電網(wǎng)模型由實(shí)際電網(wǎng)電壓和頻率來(lái)描述，電網(wǎng)電壓為220V，頻 率為我國(guó)通用電網(wǎng)頻率50Hz。
有益效果本發(fā)明將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)用于風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的仿真系統(tǒng)，可以隨時(shí)模 擬各種運(yùn)行工況，準(zhǔn)確掌握風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行特性，為科研和運(yùn)行人員設(shè)計(jì)開 發(fā)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)，安全有效應(yīng)對(duì)運(yùn)行中的各種突發(fā)情況提供了一個(gè)與 實(shí)際系統(tǒng)幾乎相同的研究平臺(tái)。


圖1是虛擬風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境構(gòu)成。
圖2是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)虛擬現(xiàn)實(shí)仿真拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式
本實(shí)施例的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的虛擬現(xiàn)實(shí)仿真方法是，將計(jì)算機(jī)多媒體的虛擬現(xiàn) 實(shí)技術(shù)用于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)模擬風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行的狀況，如圖1所示，包括以下 步驟
a.建立風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的機(jī)理模型，包括自然風(fēng)速的特性描述，風(fēng)輪空氣動(dòng)力 學(xué)模型、傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型、雙饋發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)模型、變槳距系統(tǒng)模型和電網(wǎng)模型； 自然風(fēng)速的特性描述由平穩(wěn)風(fēng)速、漸變風(fēng)風(fēng)速、陣風(fēng)風(fēng)速、隨機(jī)風(fēng)風(fēng)速組成-平穩(wěn)風(fēng)速^。由風(fēng)場(chǎng)平均風(fēng)速P描述，^a=P;
漸變風(fēng)風(fēng)速^,:
<formula>formula see original document page 8</formula>
，其中&ax為漸變風(fēng)風(fēng)速最大值，
^為風(fēng)速漸變開始時(shí)間，J^為風(fēng)速漸變結(jié)束時(shí)間，i;為漸變風(fēng)速保持時(shí)間；
陣風(fēng)風(fēng)速rwg描述風(fēng)速突然變化的特性:
其他
^{1-咖2對(duì)^]} 7!^K^+^，其中G鵬為陣風(fēng)風(fēng)速峰值，Tg為陣風(fēng)周期，T^為陣風(fēng)開始時(shí)間；
隨機(jī)風(fēng)風(fēng)速^"由均值為零，方差為1的隨機(jī)噪聲序列描述； 實(shí)際的自然風(fēng)速v由以上4種風(fēng)速疊加v-^ + f^+f^+^，當(dāng)進(jìn)行某種 特殊情況下仿真時(shí)，根據(jù)需要，實(shí)際自然風(fēng)速v也可以由以上4種風(fēng)速分別表示; 風(fēng)輪空氣動(dòng)力學(xué)模型以下公式表示-
尸為氣動(dòng)功率，p為空氣密度，v為風(fēng)速，i 為風(fēng)輪半徑，Cp為功率系數(shù)；
傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型由下式表示rw-t;-j,^，等價(jià)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
^=4+j，等價(jià)風(fēng)輪轉(zhuǎn)矩(-i，其中^為風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，^為發(fā)電機(jī)
Ageflr A gear
轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，？；為風(fēng)輪轉(zhuǎn)矩，^e。,為齒輪箱的傳動(dòng)比， 為風(fēng)輪轉(zhuǎn)速；不考慮傳
動(dòng)軸的柔性，將輪轂、低速齒輪、高速齒輪、傳動(dòng)軸組成的傳動(dòng)系統(tǒng)看作剛性連
接；
雙饋發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)模型，由矢量控制中坐標(biāo)變換原理，在任意速度旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo) 系統(tǒng)中和三相對(duì)稱條件下，按定子側(cè)服從發(fā)電機(jī)慣例，轉(zhuǎn)子側(cè)服從電動(dòng)機(jī)慣例建 立動(dòng)態(tài)模型-
=-仏-,* + ^ 仏-噴砂+仏 =仏+ (浴,-必,* + =仏-(M - w, +評(píng)*
^二-(丄s+丄mXfc+Z丄，
式中"為電壓，Z'為電流，^為磁鏈，^為轉(zhuǎn)子自感，A為定子自感，丄 為定轉(zhuǎn)子互感，及為電阻，^定子電壓角頻率，^為轉(zhuǎn)子角頻率，W2=q-為轉(zhuǎn)差角頻率， 為發(fā)電機(jī)極對(duì)數(shù)，J為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，；為發(fā)電機(jī)輸入機(jī)械 轉(zhuǎn)矩；p為微分算子，下標(biāo)s， r， q， d分別表示定子側(cè)量、轉(zhuǎn)子側(cè)量、q軸分 量、d軸分量，以上轉(zhuǎn)子各量均已折算至定子側(cè)。變槳距系統(tǒng)模型，在飽和極限范圍內(nèi)，即槳距角-5° 88°和變槳距速率 HT"時(shí)，變槳距執(zhí)行系統(tǒng)表現(xiàn)出線性特性，動(dòng)態(tài)模型由一階慣性環(huán)節(jié)描述-
字=+(~-釣，其中，7>為時(shí)間常數(shù)，~為參考節(jié)距角，即控制器給出的槳
距角設(shè)定值，々為系統(tǒng)輸出值，即槳距角實(shí)際值；
電網(wǎng)模型，由實(shí)際電網(wǎng)電壓和頻率來(lái)描述，電網(wǎng)電壓為220V,頻率為我國(guó) 通用電網(wǎng)頻率50Hz。
b. 建立風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景模型；
bl.利用三維建模工具軟件AutoCAD、 3DMAX等建立風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)各組成 部分和外部環(huán)境的三維造型，進(jìn)行編輯加工和動(dòng)畫渲染；也可以通過VRML 書寫源代碼，生成文本文件直接建立，或者簡(jiǎn)單部件通過VRML直接編寫， 復(fù)雜部件通過3D MAX建模，再轉(zhuǎn)換成VRML文件格式，導(dǎo)入虛擬場(chǎng)景中； b2.再將這些模型轉(zhuǎn)換成虛擬現(xiàn)實(shí)建模語(yǔ)言VRML的文件格式； b3.將模型導(dǎo)入VRML制作工具中以編輯各模型之間在虛擬環(huán)境中的位置 和關(guān)系，形成相關(guān)文件，組成局部的虛擬環(huán)境和統(tǒng)一的整體環(huán)境； b4.將虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的文件存儲(chǔ)于虛擬場(chǎng)景控制服務(wù)器；
c. 實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景和仿真程序的交互；
cl.采用面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言C屮+或MATLAB、 JAVA語(yǔ)言，根據(jù)a 中的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)機(jī)理模型，通過數(shù)字仿真的龍格庫(kù)塔方法，編制各動(dòng)態(tài) 模型的運(yùn)算程序，建立風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)仿真運(yùn)算程序模塊； c2.將仿真運(yùn)算程序模塊存儲(chǔ)在仿真控制主機(jī)中；
c3.仿真控制主機(jī)通過控制數(shù)據(jù)采集服務(wù)器，連接外部輸入設(shè)備接受指令 和數(shù)據(jù)輸入，通過步驟cl中建立的仿真運(yùn)算程序模塊進(jìn)行仿真計(jì)算； c4.利用VRML提供的外部應(yīng)用程序接口，將仿真計(jì)算結(jié)果輸出至虛擬場(chǎng) 景控制服務(wù)器，驅(qū)動(dòng)虛擬場(chǎng)景模型數(shù)據(jù)在輸出顯示設(shè)備中進(jìn)行三維多媒體 動(dòng)態(tài)展現(xiàn)。
本實(shí)施例中的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)各組成部件可以建立各自的虛擬模型，組成局部 虛擬環(huán)境，形成仿真子系統(tǒng)，進(jìn)行局部的虛擬現(xiàn)實(shí)仿真；各子系統(tǒng)還可以獨(dú)立作 為虛擬仿真系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電發(fā)電系統(tǒng)各部分特性的虛擬仿真，同時(shí)也可以通過整 體虛擬模型實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)的互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)整體運(yùn)行過程仿真。本實(shí)施例所采用的硬件設(shè)備如圖2所示，各硬件設(shè)備采用局域網(wǎng)總線連接， 通信接口的實(shí)現(xiàn)采用面向連接的Socket;外部輸入輸出設(shè)備與各相關(guān)服務(wù)器之 間采用通用串行總線接口；用戶與仿真系統(tǒng)交互的輸入設(shè)備使用頭盔顯示器、數(shù) 據(jù)手套等傳感設(shè)備，鼠標(biāo)、鍵盤、操縱桿等輸入設(shè)備，輸出設(shè)備可以使用顯示器、 投影儀、音箱。
用戶通過外部輸入設(shè)備向控制數(shù)據(jù)采集服務(wù)器發(fā)送控制指令，控制數(shù)據(jù)采集 服務(wù)器在每個(gè)仿真時(shí)間點(diǎn)完成對(duì)控制輸入數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集與格式轉(zhuǎn)換，并通過局 域網(wǎng)發(fā)往仿真控制主機(jī)，作為仿真系統(tǒng)的輸入。仿真控制主機(jī)產(chǎn)生整個(gè)系統(tǒng)的仿 真時(shí)鐘，在獲得系統(tǒng)每個(gè)仿真時(shí)間點(diǎn)的輸入后計(jì)算系統(tǒng)在各個(gè)時(shí)間點(diǎn)上的狀態(tài)和 輸出，并把仿真輸出結(jié)果發(fā)往場(chǎng)景控制服務(wù)器，場(chǎng)景控制服務(wù)器在收到仿真控制 主機(jī)發(fā)出的輸出結(jié)果后，驅(qū)動(dòng)場(chǎng)景數(shù)據(jù)模型進(jìn)行多通道三維場(chǎng)景顯示。
本實(shí)施例建立的風(fēng)力發(fā)電仿真系統(tǒng)包括最大風(fēng)能追蹤仿真、變槳距系統(tǒng)仿 真、雙饋發(fā)電機(jī)特性仿真、風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)與脫網(wǎng)仿真、偏航系統(tǒng)仿真等，真實(shí) 模擬風(fēng)力發(fā)電機(jī)啟動(dòng)、并網(wǎng)、調(diào)速、對(duì)風(fēng)、補(bǔ)償、停機(jī)等整個(gè)運(yùn)行過程。能夠建 立風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的虛擬現(xiàn)實(shí)運(yùn)行環(huán)境場(chǎng)景，真實(shí)模擬風(fēng)力發(fā)電的各種運(yùn)行狀態(tài)， 使操作員在虛擬環(huán)境中可以完全按照真實(shí)情況進(jìn)行操作處理。本實(shí)施例具有三維 顯示、實(shí)時(shí)交互及動(dòng)態(tài)仿真等特點(diǎn)，便于研究人員掌握各種環(huán)境下的運(yùn)行特性， 為設(shè)計(jì)開發(fā)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)，安全有效應(yīng)對(duì)運(yùn)行中的各種突發(fā)情況提供 了一個(gè)研究平臺(tái)。
權(quán)利要求
1、一種風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的虛擬現(xiàn)實(shí)仿真方法，其特征在于將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)用于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)模擬風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行的狀況，包括以下步驟a.建立風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的機(jī)理模型包括自然風(fēng)速的特性描述、風(fēng)輪空氣動(dòng)力學(xué)模型、傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型、雙饋發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)模型、變槳距系統(tǒng)模型和電網(wǎng)模型；b.建立風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景模型b1.建立風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)各組成部分和外部環(huán)境的三維模型；b2.將三維模型轉(zhuǎn)換成為虛擬現(xiàn)實(shí)建模語(yǔ)言的文件格式；b3.利用虛擬現(xiàn)實(shí)建模語(yǔ)言確定各模型在虛擬環(huán)境中的位置關(guān)系；b4.將虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的文件存儲(chǔ)于虛擬場(chǎng)景控制服務(wù)器；c.實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景和仿真程序的交互；c1.根據(jù)步驟a中風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)機(jī)理模型建立仿真運(yùn)算程序模塊；c2.將仿真運(yùn)算程序模塊存儲(chǔ)在仿真控制主機(jī)中；c3.仿真控制主機(jī)通過控制數(shù)據(jù)采集服務(wù)器，連接外部輸入設(shè)備接受指令和數(shù)據(jù)輸入，通過步驟c1中建立的仿真運(yùn)算程序模塊進(jìn)行仿真計(jì)算；c4.仿真計(jì)算結(jié)果輸出至虛擬場(chǎng)景控制服務(wù)器，驅(qū)動(dòng)虛擬場(chǎng)景模型數(shù)據(jù)在輸出顯示設(shè)備中進(jìn)行三維多媒體動(dòng)態(tài)展現(xiàn)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的虛擬現(xiàn)實(shí)仿真方法，其特征在于所述自然風(fēng)速的特性描述由平穩(wěn)風(fēng)速、漸變風(fēng)風(fēng)速、陣風(fēng)風(fēng)速、隨機(jī)風(fēng)風(fēng)速組成 平穩(wěn)風(fēng)速^。由風(fēng)場(chǎng)平均風(fēng)速7描述，rw。=P;漸變風(fēng)風(fēng)速^,:<formula>formula see original document page 2</formula> ，其中i ^為漸變風(fēng)風(fēng)速最大值，^為風(fēng)速漸變開始時(shí)間，^為風(fēng)速漸變結(jié)束時(shí)間，i;為漸變風(fēng)速保持時(shí)間；陣風(fēng)風(fēng)速^g描述風(fēng)速突然變化的特性其他，其中G^為陣風(fēng)風(fēng)速峰值，rg為陣風(fēng)周期，T^為陣風(fēng)開始時(shí)間；隨機(jī)風(fēng)風(fēng)速^"由均值為零，方差為1的隨機(jī)噪聲序列描述； 實(shí)際的自然風(fēng)速v由以上4種風(fēng)速疊加v = f;a+Fw,+Kwg + Fw ，當(dāng)進(jìn)行某種特殊情況下仿真時(shí)，根據(jù)需要，實(shí)際自然風(fēng)速v也可以由以上4種風(fēng)速分別表示。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的虛擬現(xiàn)實(shí)仿真方法，其特征在于所 述風(fēng)輪空氣動(dòng)力學(xué)模型以下公式表示P為氣動(dòng)功率，^為空氣密度，v為風(fēng)速，/ 為風(fēng)輪半徑，Cp為功率系數(shù)
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的虛擬現(xiàn)實(shí)仿真方法，其特征在于 所述傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型由下式表示<formula>formula see original document page 3</formula>其中等價(jià)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量力=^+j，等價(jià)風(fēng)輪轉(zhuǎn)矩《=|^為風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣j^為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，？；為風(fēng)輪轉(zhuǎn)矩，Tg為發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩，i^^為齒輪箱的 傳動(dòng)比，^為風(fēng)輪轉(zhuǎn)速。
5.根據(jù)權(quán)利要求i所述的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的虛擬現(xiàn)實(shí)仿真方法，其特征在于所 述雙饋發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)模型由矢量控制中坐標(biāo)變換原理，在任意速度旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系統(tǒng) 中和三相對(duì)稱條件下，按定子側(cè)服從發(fā)電機(jī)慣例，轉(zhuǎn)子側(cè)服從電動(dòng)機(jī)慣例建立動(dòng)態(tài)模型<formula>formula see original document page 3</formula>式中"為電壓，Z為電流，^為磁鏈，^為轉(zhuǎn)子自感，A為定子自感，A 為定轉(zhuǎn)子互感，i 為電阻，q定子電壓角頻率，^為轉(zhuǎn)子角頻率，^=^-^=5^ 為轉(zhuǎn)差角頻率，"p為發(fā)電機(jī)極對(duì)數(shù)，J為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，？；為發(fā)電機(jī)輸入機(jī)械 轉(zhuǎn)矩；p為微分算子，下標(biāo)s， r， q， d分別表示定子側(cè)量、轉(zhuǎn)子側(cè)量、q軸分 量、d軸分量，以上轉(zhuǎn)子各量均己折算至定子側(cè)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的虛擬現(xiàn)實(shí)仿真方法，其特征在于所 述變槳距系統(tǒng)模型，在飽和極限范圍內(nèi)，即槳距角-5° 88°和變槳距速率1(T" 時(shí)，變槳距執(zhí)行系統(tǒng)表現(xiàn)出線性特性，動(dòng)態(tài)模型由一階慣性環(huán)節(jié)描述手=+(~-")，其中，r-為時(shí)間常數(shù)，~為參考節(jié)距角，即控制器給出的槳距角設(shè)定值，A為系統(tǒng)輸出值，即槳距角實(shí)際值。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的虛擬現(xiàn)實(shí)仿真方法，其特征在于所 述電網(wǎng)模型由實(shí)際電網(wǎng)電壓和頻率來(lái)描述，電網(wǎng)電壓為220V，頻率為我國(guó)通用 電網(wǎng)頻率50Hz。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的虛擬現(xiàn)實(shí)仿真方法，根據(jù)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行特性和各部分的機(jī)理數(shù)學(xué)模型，采用面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言，建立風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)仿真運(yùn)算模塊；同時(shí)運(yùn)用三維建模工具和虛擬現(xiàn)實(shí)建模語(yǔ)言VRML，建立風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的虛擬現(xiàn)實(shí)運(yùn)行環(huán)境場(chǎng)景，真實(shí)模擬風(fēng)力發(fā)電的各種運(yùn)行狀態(tài)，使操作員在虛擬環(huán)境中可以完全按照真實(shí)情況進(jìn)行操作處理。本發(fā)明具有三維顯示、實(shí)時(shí)交互及動(dòng)態(tài)仿真等特點(diǎn)，便于研究人員掌握各種環(huán)境下的運(yùn)行特性，為設(shè)計(jì)開發(fā)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)，安全有效應(yīng)對(duì)運(yùn)行中的各種突發(fā)情況提供了一個(gè)研究平臺(tái)。
文檔編號(hào)G06T19/00GK101315642SQ20081002533
公開日2008年12月3日 申請(qǐng)日期2008年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月25日
發(fā)明者呂劍虹, 科 吳, 亮 趙 申請(qǐng)人:東南大學(xué)