(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201710065897.X
(22)申请日 2017.02.06
(71)申请人 北京四方继保自动化股份有限公司
地址 100085 北京市海淀区上地信息产业
基地四街9号
(72)发明人 张惠仙 卢久增 钟旭 郭东霞
黄雨新 穆晓晖 周建章 王继华
(74)专利代理机构 北京金阙华进专利事务所
(普通合伙) 11224
代理人 吴鸿维
(51)Int.Cl.
G09B 9/00(2006.01)
(54)发明名称
护操作方法
(57)摘要
基于3D虚拟仿真系统的风力发电机对中维
护操作方法。其步骤为：
(1)搭建风力发电机对中维护操作的3D虚拟仿真系统，(2)基于搭建完成 的风力发电机对中维护操作3D虚拟仿真系统，生
成风力发电机对中维护操作流程。(3)完成风力
发电机对中维护两种模式下的3D虚拟现实仿真
操作展示。在本发明在3D虚拟仿真系统中完成风
力发电机对中维护操作流程展示，并实时再现风
力发电机对中维护操作过程中的人机交互功能，
给受训人员带来身临其境的培训感受，很大程度
上提高培训效果。权利要求书2页 说明书6页 附图1页CN 106781810 A 2017.05.31
C N 106781810
A
1.一种基于3D虚拟仿真系统的风力发电机对中维护操作方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤1：搭建风力发电机对中维护操作的3D虚拟仿真系统；
步骤2：在搭建完成的3D虚拟仿真系统中生成风力发电机对中维护操作流程，实现在3D 虚拟仿真系统中的风力发电机对中维护操作；
步骤3：在搭建完成的3D虚拟仿真系统中实现风力发电机对中维护操作过程的3D虚拟现实仿真操作展示。
2.根据权利要求1所述的基于3D虚拟仿真系统的风力发电机对中维护操作方法，其特征在于：
在步骤1中，所述的3D虚拟现实仿真系统包括：3D虚拟现实仿真平台、实时数据库和CyberSim仿真平台模型系统； 其中，3D虚拟现实仿真平台为基于virtools软件的开发框架和软件开发包SDK，采用VC 与Virtools SDK相结合的方式开发3D虚拟现实仿真平台；
实时数据库采用SQLserver数据库，用于存储设备元件的各项指标数据和逻辑参数；CyberSim仿真平台模型系统用于实现3D虚拟仿真系统中各个设备元件的数学模型和逻辑控制模型的搭建及运行。
3.根据权利要求1或2所述的基于3D虚拟仿真系统的风力发电机对中维护操作方法，其特征在于：
在步骤1中，风力发电机对中维护操作的3D虚拟仿真系统的搭建步骤如下；
步骤1.1：以某风力发电机为仿真对象，制作风力发电机对中维护操作3D虚拟仿真对象的3D虚拟仿真模型，并完成3D虚拟仿真模型的场景整合，生成风力发电机对中维护操作对应的3D虚拟仿真场景；
步骤1.2：利用CyberSim仿真平台模型系统的数学与逻辑控制模块gcm建立风力发电机对中维护操作3D虚拟仿真对象的数学模型和逻辑控制模型，并将数学模型和逻辑控制模型数据信息映射到实时数据库对应点表中；
所述数学模型包括风模型、风力机模型、传动链模型、发电机模型、齿轮箱模型、联轴器模型、对中仪模型和千斤顶模型；
所述逻辑控制模型包括风电机组运行控制、变桨系统、偏航系统、变流系统、冷却系统、刹车系统、液压系统、润滑系统、安全链系统模型；
步骤1.3：通过对风力发电机对中维护操作3D虚拟仿真场景中的3D虚拟仿真对象模型名称中添加实时数据库对应点表中ID值的对应关系，完成3D虚拟仿真系统的搭建。
4.根据权利要求3所述的基于3D虚拟仿真系统的风力发电机对中维护操作方法，其特征在于：
所述步骤1.1中，在完成的3D虚拟仿真模型的整合场景中，添加可以全方位切换的全景导航，采用Virtools软件下贴图对象Texture改变、逻辑虚拟对象组Group的成员变换的方式实现不同方位的导航图切换，在virtools编辑器中通过添加2DFrame的方式，以仿真场景立体剖面图为背景添加导航元素按钮，采用底图加按钮的方式设置各个设备元件的导航索引，在每一个设备元件模型部分定位不同的相机坐标和方向，保持导航图切换相机按钮的名称与对应定位相机的名称一致。
5.根据权利要求3或4所述的基于3D虚拟仿真系统的风力发电机对中维护操作方法，其特征在于：
在步骤1.1中，以某风力发电机为仿真对象，通过设备图纸三维参数和现场拍摄照片、视频为制作素材，利用3DMax建模软件制作与现场实际风力发电机成比例的3D虚拟仿真模型，建立全范围仿真场景；所制作的仿真模型包括风电发电机机舱、发电机组、偏航电机、液压系统、齿轮箱、叶轮锁和对中仪、万用表及千斤顶；整个风力发电机仿真场景包括风力发电机各个设备的具体布局和各设备元件的外观与形态。
6.根据权利要求3所述的基于3D虚拟仿真系统的风力发电机对中维护操作方法，其特征在于：
所述步骤1.2中，基于CyberSim仿真平台模型系统搭建的数学模型和逻辑控制模型，在3D虚拟仿真系统运行过程中实时将计算的数学模型和逻辑控制模型结果反馈至实时数据库，供3D虚拟现实仿真平台读取。
7.根据权利要求1所述的基于3D虚拟仿真系统的风力发电机对中维护操作方法，其特征在于：
所述步骤2中，根据当前搭建的以风力发电机为对象的3D虚拟仿真系统，结合实际的风力发电机对中维护操作流程，以鼠标键盘操作虚拟仿真设备模型替代人手操作实际设备。
8.根据权利要求1所述的基于3D虚拟仿真系统的风力发电机对中维护操作方法，其特征在于：
所述步骤3中，在搭建完成的3D虚拟仿真系统中设置自学和教学两种风力发电机对中维护操作模式，
其中，自学模式下，受训者在学习过程中的操作不受限制且无操作提示，所有操作生成操作记录保存于实时数据库中，供教员检阅或考核评判；
对于教学模式下，在搭建完成的3D虚拟仿真系统中再现流程操作，记录操作步骤，形成教案，在培训中作为辅助，受训者在学习过程中的操作受正确流程步骤限制且有下一步的操作提示，当前步骤操作不正确，操作命令无效，所有操作也生成操作记录保存于数据库中。
9.根据权利要求8所述的基于3D虚拟仿真系统的风力发电机对中维护操作方法，其特征在于：
在步骤3中，通过改变实时数据库中特定标示点量的值，实现在3D虚拟仿真系统中选择当前学习模式。
基于3D虚拟仿真系统的风力发电机对中维护操作方法
技术领域
[0001]本发明属于3D虚拟仿真和风力发电机对中维护流程的技术领域，具体地，以某风力发电机为设备研究对象，开发基于virtools和CyberSim仿真平台的的3D虚拟仿真系统，在系统中实现使用对中仪测量出风力发电机发电机设备的水平和垂直方向的偏移值，采用在3D虚拟仿真场景中调节地角螺栓或者加减垫片的方法达到调整发电机联轴器同轴度的一种方法。
背景技术
[0002]风电作为一种应用成熟的清洁能源发电方式，近年来的发展迅猛，使得风电从业人员队伍也不断壮大，运维队伍整体素质的高低成为日趋激烈的风电运营市场上决定性竞争因素。发电机是风力发电机的核心部件，它是一种可以将风能、机械能与电能三者之间进行相互转化的机电设备。风力发电机与电动机之间由联轴器链接，传递运动和转矩。发电机和齿轮箱高速运转，长时间运行振动会导致齿轮箱高速轴和发电机驱动端输入轴轴心偏离，影响风力发电机组正常运行，风力发电机的故障60％与不对中有关。为了能使风力发电机组平稳运行，减少发电机及齿轮箱损坏，需要对风力发电机组的发电机与齿轮箱之间进行定期对中正维护。
[0003]目前风力发电机运维培训方面，主要采用了地面集中授课或者在风力发电机上旁观厂家客服人员工作、“师带徒”、“老带新”、边工作边学习等模式，需要经过几年的时间，才能使大部分运维员工掌握风力发电机运维的基本技能，部分员工具备独立分析问题、解决问题的能力，尤其是风力发电机的对中维护操作，复杂程度极高，传统的风力发电机对中教学设备成本高，授课内容重复、乏味，培训效果较差，造成对这一维护操作的熟练掌握人员越来越少，为了满足日益增加的风力发电机对中工作需求，培训更多工作人员的对中能力，研发一种新型的风力发电机对中维护操作培训方式成为了一项亟需解决的问题。[0004]3D虚拟仿真技术目前已成功应用于电力系统运维培训方面的多个领域，可以用于实现风力发电机对中维护操作培训，鉴于此提出本方法。
发明内容
[0005]为解决现有技术中存在的上述问题，本发明公开了基于3D虚拟仿真系统的风力发电机对中维护操作方法，该方法创建风力发电机对中维护操作的3D虚拟仿真场景，在此仿真场景中进行对中维护操作的关键操作步骤，通过流程化的操作方式简化了对中维护操作的实现方法，逼真合理的再现整个维护流程，再现对中维护操作过程中的工具使用过程和相关风力发电机设备的不同状态变化，实现对风力发电机运行维护人员有关风力发电机对中维护操作流程的指导培训。
[0006]为了实现上述目的，本发明具体采用以下技术方案：
[0007]一种基于3D虚拟仿真系统的风力发电机对中维护操作方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
[0008]步骤1：搭建风力发电机对中维护操作的3D虚拟仿真系统；
[0009]步骤2：在搭建完成的3D虚拟仿真系统中生成风力发电机对中维护操作流程，实现在3D虚拟仿真系统中的风力发电机对中维护操作；
[0010]步骤3：在搭建完成的3D虚拟仿真系统中实现风力发电机对中维护操作过程的3D 虚拟现实仿真操作展示。
[0011]本发明进一步包括以下优选方案：
[0012]在步骤1中，所述的3D虚拟现实仿真系统包括：3D虚拟现实仿真平台、实时数据库和CyberSim仿真平台模型系统；
[0013]其中，3D虚拟现实仿真平台为基于virtools软件的开发框架和SDK(Software Development Kit，软件开发包)，采用VC与Virtools SDK相结合的方式开发3D虚拟现实仿真平台；
[0014]实时数据库采用SQLserver数据库，用于存储设备元件的各项指标数据和逻辑参数；CyberSim仿真平台模型系统用于实现3D虚拟仿真系统中各个设备元件的数学模型和逻辑控制模型的搭建及运行。
[0015]在步骤1中，风力发电机对中维护操作的3D虚拟仿真系统的搭建步骤如下；[0016]步骤1.1：以某风力发电机为仿真对象，制作风力发电机对中维护操作3D虚拟仿真对象的3D虚拟仿真模型，并完成3D虚拟仿真模型的场景整合，生成风力发电机对中维护操作对应的3D虚拟仿真场景；
[0017]步骤1.2：利用CyberSim仿真平台模型系统的数学与逻辑控制模块gcm建立风力发电机对中维护操作3D虚拟仿真对象的数学模型和逻辑控制模型，并将数学模型和逻辑控制模型数据信息映射到实时数据库对应点表中；
[0018]所述数学模型包括风模型、风力机模型、传动链模型、发电机模型、齿轮箱模型、联轴器模型、对中仪模型和千斤顶模型；
[0019]所述逻辑控制模型包括风电机组运行控制、变桨系统、偏航系统、变流系统、冷却系统、刹车系统、液压系统、润滑系统、安全链系统模型；
[0020]步骤1.3：通过对风力发电机对中维护操作3D虚拟仿真场景中的3D虚拟仿真对象模型名称中添加实时数据库对应点表中ID值的对应关系，完成3D虚拟仿真系统的搭建。[0021]进一步，在所述步骤1.1中，在完成的3D虚拟仿真模型的整合场景中，添加可以全方位切换的全景导航，采用Virtools软件下贴图对象Texture改变、逻辑虚拟对象组Group 的成员变换的方式实现不同方位的导航图切换，在virtools编辑器中通过添加2DFrame的方式，以仿真场景立体剖面图为背景添加导航元素按钮，采用底图加按钮
的方式设置各个设备元件的导航索引，在每一个设备元件模型部分定位不同的相机坐标和方向，保持导航图切换相机按钮的名称与对应定位相机的名称一致。
[0022]进一步，在步骤1.1中，以某风力发电机为仿真对象，通过设备图纸三维参数和现场拍摄照片、视频为制作素材，利用3DMax建模软件制作与现场实际风力发电机成比例的3D 虚拟仿真模型，建立全范围仿真场景；所制作的仿真模型包括风电发电机机舱、发电机组、偏航电机、液压系统、齿轮箱、叶轮锁和对中仪、万用表及千斤顶；整个风力发电机仿真场景包括风力发电机各个设备的具体布局和各设备元件的外观与形态。
[0023]进一步，所述步骤1.2中，基于CyberSim仿真平台模型系统搭建的数学模型和逻辑
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