基于虚拟仿真技术的风电教学系统的实现

墨麦旦DOI103969JISSN167110412011O5O14口科研设计成果口基于虚拟仿真技术的风电教学系统的实现王咏梅，王印松，曾新华北电力大学控制科学与工程学院，保定071003摘要近年来风力发电事业在我国得到了迅速的发展，为了满足风电教育的需要，结合我校“电力特色教学”，设计开发了风电场虚拟仿真系统。利用虚拟现实与仿真技术的结合，生成高度逼真和交互的教学实验系统，以此来促进风电教学的进一步发展。关键词虚拟现实；仿真；风电场；VRML中图分类号TP29文献标志码AREALIZATIONOFTHETEACHINGSYSTEMFORWINDPOWERBASEDONVIRTUALSIMULATIONTECHNOLOGYWANGYONGMEI。WANGYINSONGZENGXINNORTHCHINAELECTRICPOWERUNIVERSITYCONTROLSCIENCEENGINEERINGSCHOOL，BAODING071003，CHINAABSTRACTWINDPOWERGENERATIONHASBEENRAPIDDEVELOPMENTINRECENTYEARSINCHINATOMEETTHEEDUCATIONALNEEDSOFWINDPOWER，COMBINEDWITHOURSCHOOL。POWERCHARACTERISTICSOFTEACHING“，DESIGNANDDEVELOPMENTOFVIRTUALSIMULATIONSYSTEMFORWINDFARMSUSINGVIRTUALREALITYANDSIMULATIONTECHNOLOGYCOMBINEDTOPRODUCEHIGHLYREALISTICANDINTERACTIVETEACHINGSYSTEM，SOASTOPROMOTETHEFURTHERDEVELOPMENTOFWINDPOWERTEACHINGKEYWORDSVIRTUALREALITY，SIMULATION，WINDPOWER，VRMLO引言风能作为一种新型无污染的可再生能源，越来越受到高度重视。随着风能发电技术的成熟和风电成本的降低，风力发电产业面临前所未有的发展机遇。但同时，风力产业大规模、大容量、产业化的发展也带来了人才匮乏和自主创新不足的问题，这就要求我国大力发展风电教育事业J。目前，风力发电教学实验系统还很缺乏，因此本文提出了把虚拟现实VIRTUALREALITY，简称VR与仿真技术结合起来，生成高度逼真和交互的“虚拟世界”教学系统，使人有以身临其境的感觉。此系统可以仿真风电场的运行情况，并以三维图形显示出来。学生不仅可以漫游整个风电场，与此同时，风电厂中的各种设备如齿轮箱、发电机等可以用鼠标任意拾取并进行旋转，进人设备了解其内部结构，并且学生还可以在仿真的同时改变运行参数，研究不同参数下的设备运行状态，为学生提供一个互动的学习平台。境交互的体验。仿真是虚拟现实技术中的一项非常重要的技术，虚拟现实的关键是给人们提供一个虚拟的世界，但能以真实的表现形式反映事物对象变化的空间与环境，这样的表现形式是建立在模拟和仿真的基础上的，所以仿真技术也能基于模拟环境实现和预测事物在实际环境下的运动与变化。单纯的虚拟现实系统在听觉、视觉和触觉方面，具有较强的沉浸感，这是一般可视化仿真所不具备的，但在处理随机过程仿真和实时反映对象的运动状态方面却很难满足用户的需要。所以这就需要把虚拟现实与系统仿真有机结合起来，充分利用这两类系统各自的特点，形成一种功能更强的虚拟现实仿真系统，来更好的满足用户的需要。此系统可以使用户在一个虚拟空问中将个人的偏好和独立行为，融合到虚拟现实仿真过程中去，实现“人在系统中的仿真”。因此，虚拟现实仿真系统是对一般可视化仿真的发展，实现了质的飞跃，具有更为广阔的应用前景。2风力发电系统仿真1虚拟仿真技术风力发电仿真系统主要包括以下几个部分虚拟现实是由多媒体计算机系统建立的一种虚1风能特性仿真，是用来反映风能的位置分布拟世界，使人能产生身临其境的感觉，并能获得与环和时间变化特性的，其仿真结果将用于风力发电。欢迎订阅欢迎撰稿欢迎发布产品广告信息ELCVO1182NO539日遮墨日2风力发电机组仿真，主要包括风轮空气动力学模型、双馈发电机动态模型、传动系统动态模型、变桨距系统模型和电网模型等。3控制系统仿真，承担的任务有风机监控、自动调节、实现最大风能捕获以及保证良好的电网兼容性等，是风机的重要组成部分。主要由以下几部分组成监控系统、主控系统、变桨控制系统以及变频系统变频器。通过改变仿真风电机组的风能参数或状态参数，来测试在各种不同运行方式下控制系统的动态特性和控制效果，从而找到最优控制方案，达到最优控制效果J。4风电场仿真，整个风电场由多台风机组成，建立每台风机的模型，按一定规律组成风力机群，并通过两级升压变压器向系统供电。3虚拟仿真系统的实现计算机仿真就是利用计算机，根据真实系统的数学模型来模拟实际系统的运行状态。仿真不强调“沉浸性”和“交互性”，大多数的仿真软件都不具备这样的功能。虚拟现实软件虽然侧重于“沉浸性”和“交互性”，但他在数学建模和数值计算方面能力较差。如何将二者的功能结合起来，这是人们长久以来考虑的一个问题。现在MATLAB611中虚拟现实工具箱解决了这一问题。虚拟现实工具箱提供了一种在三维虚拟环境下通过动态系统进行视图和交互的解决方案，它扩展了MATLAB和SIMULINK在虚拟现实图形学方面的能力，内容包括J1虚拟世界，用标准的虚拟现实模型语言VRML创建虚拟世界或三维场景；2动态系统，用MATLAB和SIMULINK创建和定义动态系统；3交互操作，可以改变虚拟世界中对象的位置和属性，或者在进行模拟时改变SIMULINK模型的参数。31虚拟场景的建立建立三维风力发电系统虚拟现实场景模型步骤如下1建立风力发电系统的三维模型，包括各组成部分和外部环境；2通过三维建模语言确定各模型在虚拟环境中的位置关系；3把虚拟现实场景模型转换成为标准VRML语言文件格式；4将三维模型文件存储于虚拟场景控制服务器上。建立场景模型的软件有多种，简单的几何模型可用VRML语言直接来编写，对于复杂的设备直接用4OELCVO1182011N05仪器仪表用户VRML语法编写难度较大，时间消耗量大_9。故可利用CAD软件或用三维动画软件如3DSMAX进行零件的三维造型，并转换为VRML格式文件。图1为3DSMAX制作的风力发电机的三维模型，并转换为VRML格式输出。图1风力发电机的三维模型32动态系统仿真MATALBSIMULINK是MATHWORKS公司开发的一个优秀的动态仿真系统软件，它为用户提供了一个强有力的建模与仿真工作平台。SIMULINK功能非常强大，即支持线性系统仿真，也支持非线性系统仿真，可进行连续系统仿真，还可对离散系统甚至混合系统进行仿真。而且SIMULINK的模块库中提供了一个电力系统的相关设备库SIMPOWERSYSTEM模块库，包含了主要的电力系统分析模块，如各种同步机、异步机、变压器、直流机等设备模型库；单相、三相的分布和集中参数的传输线路等。有了这些模型，建立风电场模型时就更加方便了。33交互接口交互接口是虚拟仿真系统实现的重要环节，SIMULINK作为一接口可以使用户在一个虚拟的三维模型中模拟和观察动态系统的运行情况。SIMULINK模块可实现虚拟现实工具箱的大多数特征，当SIMU1INK包含这些模块时，就可以选择与SIMULINK信号连接的虚拟世界，虚拟现实工具箱自动搜索可用VRML节点的虚拟世界，不仅可以把所有的VRML节点属性以等级树样式的形式在观察窗口中列出，还可以选择控制的自由度。当关闭接口对话框后，虚拟现实工具模块自动更新在虚拟世界中与选择节点有关的输入和输出。并且通过一个支持VRML的浏览器就可观察到可视化的虚拟仿真。4总结虚拟现实仿真系统是VR技术与仿真技术的有机结合，这种结合不是简单的HDI，而是融合了两种类型系统的特点的有机体，所构造的虚拟现实系统能欢迎光临本千U网站HTTPWWWEICCOMON仪器仪表用户DOI103969JISSN16711041201105015可调控正弦超声电源的设计蒋军昆明船舶设备设计研究中心，昆明650051摘要阐述一种性能优越可调控高效超声电源，利用功率调整芯ICE2PCS01、单片机DSPIC30F6010A实现频率20KHZ35KLIZ正弦波超声电源。输出电压可调幅值为300V，最大功率为300W。关键词功率超声；频率自动跟踪；比功率恒定控制；正弦波；SPWM中图分类号TP273文献标志码ATHEDESIGNOFCONTROLLABLESINUSOIDALULTRASONICPOWERJIANGJUNKUNMINGSHIPBUILDINGEQUIPMENTDESIGNCENTER，KUNMING650051，CHINAABSTRACTTHEPAPEREXPOUNDEDASUPERIORPERFORMANCE，CONTROLLABLEANDHIGHLYEFFICIENTULTRASONICPOWER，USINGTHEPOWERADJUSTMENTICE2PCS01ANDDSPIC30F6010A，REALIZEDTHEFREQUENCYOF20KHZ一35KHZSINUSOIDALULTRASONICPOWER，EXPORTINGTHEADJUSTABLEVOLTAGE300VANDTHEMAXIMUMPOWER300WKEYWORDSPOWERULTRASONIC；，AUTOMATICTRACKING；CONSTANTPOWERTHANCONTROL；SINEWAVE；SPWMO引言本论文设计实现一个输出功率和频率平稳线性范围可调，输出波形直接是正弦波的功率超声电源。而且输出频率在一定范围内具有自动跟踪和调整功能；功率输出上采用比恒功率技术。1系统原理结构及硬件电路结构由于要求输出电源为正弦波频率高，功率可调。设计思路是将电网上50HZ交流电逆变成超声频20KHZ一35KHZ正弦交流电，功率输出03OOW可调。本系统结构主要包括了BUCK型电源原理、超声电源负载的电阻特性和SPWM正弦逆变原理。11超声电源系统原理结构超声电源系统主要由整流滤波电路、直流斩波电路、推挽逆变电路、匹配电路、换能器和反馈电路等部分组成。超声波电源的原理结构如图1所示。够自主的运行，学生能够“走进去”到处观察，而且需要的时候能暂时停止仿真过程。虚拟仿真系统不是一度追求演示效果而是重视学生参与的过程，使系统作为教学“教”的工具起到与“学”的互动作用，这对提高实验教学水平，改善实验教学环境起到深远的影响。口参考文献1关伟，卢岩国内外风力发电概况及发展方向J吉林电力，2008，36147492张杰，陈东生，邹乾林，等风能发电教学初探J科技创新导报，2009，241011023韦有双，杨湘龙，王飞编著虚拟现实与系统仿真M北京国防工业出版社，200442464万宁，黄堂红探析实验教学中虚拟仿真系统的设计与开发J成都大学学报教育科学版，2007，25658欢迎订阅欢迎撰稿欢迎发布产品广告信息5李长青，丁立新，关哲，等仿真技术在风力发电系统中的应用J电力科学与工程，2008，1O586范太华，毕国堂，刘敏贤基于MATLAB及SIMULINK的虚拟现实技术的实现J河南科技大学学报自然科学版，2004，1247_497晁冰，吴祖国虚拟现实