风电机组运行状态仿真系统研究

【摘要】：同传统发电行业相比，风电行业受到风力资源分布的限制。风电机组受恶劣环境的影响比较厉害，经常在变速变载的状况下工作，容易受风力产生的弯矩、扭矩以及轴向推力的影响而发生变形，从而产生附加的结构应力，使得风电机组的齿轮箱、轴承、发电机等关键设备经常出现故障。同时由于风电设备具有维修困难、维修费用高等特点，使得状态监测和预知维修已迫在眉睫。现有的风电在线监测系统价格昂贵、稳定性差、智能化程度不高，系统监测到的数据往往以数据报表及曲线的形式表现出来，需要专业人士经过分析研究后才能做出判断，监测人员无法直观的了解机组运行状况。 针对上述问题，本论文对风电机组的结构、故障特点以及监测方式进行了研究，并开发了风力发电机运行状态仿真系统。该系统能够将风电机组的运行状况以三维动画的形式显示出来，监测人员能够直观的在系统界面中看出风力发电机的故障部位，以便及时做出判断并加以维修。本系统的开发为实现风力发电机的三维可视化状态监测奠定了基础。 本文仿真系统采用OpenGL技术，在Windows环境下以Visual C++为开发工具进行开发。通过曲面造型与三角网格法建立了物体模型，并且对模型进行了光照、材质、纹理等特殊效果处理，使得模型更加具有真实感。然后，根据机组零部件之间的约束及运动关系，对零部件模型进了装配和运动学建模。本系统还通过网络通信对风电机组运行参数进行了在线传输，利用这些数据来实现机组的运动仿真及状态显示。同时系统还设置了预警功能，能够在仿真界面中显示出故障部件及故障类型。 最后，论文结尾部分阐述了系统的实现过程，对课题研究内容进行了总结，并对风力发电机运行状态仿真系统的发展做出了展望。 【关键词】：风电机组 状态监测 仿真技术 OpenGL 实体造型 网络编程
【学位授予单位】：河南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM315
【目录】：

• 摘要2-3
• ABSTRACT3-8
• 第1章 绪论8-14
• 1.1 课题的背景及选题意义8-10
• 1.1.1 课题的背景8-9
• 1.1.2 本课题研究的意义9-10
• 1.2 风电机组状态监测系统的国内外发展现状10-12
• 1.2.1 国外风电状态监测发展现状10-11
• 1.2.2 国内风电状态监测发展现状11-12
• 1.3 三维虚拟仿真在风电状态监测中的应用前景12
• 1.4 课题来源及思路12-13
• 1.5 本章小结13-14
• 第2章 风力发电机的结构及运行状态分析14-26
• 2.1 引言14
• 2.2 风力发电机组的结构及工作原理14-18
• 2.3 风力发电机常见故障分析18-22
• 2.3.1 风力发电机组的故障特点18-19
• 2.3.2 风力发电机故障机理分析19-22
• 2.4 监测方式概述22-24
• 2.4.1 风电机组常用监测方式22-23
• 2.4.2 本系统监测方案23-24
• 2.5 仿真系统总体方案24-25
• 2.6 本章小结25-26
• 第3章 基于 OpenGL 的三维实体建模26-42
• 3.1 OpenGL 简介26-30
• 3.1.1 OpenGL 的工作机制27-28
• 3.1.2 OpenGL 基本功能28-29
• 3.1.3 OpenGL 在 VC++中基于 MFC 程序开发方法29-30
• 3.2 风力发电机零部件的几何建模30-35
• 3.2.1 三维模型结构分析30-31
• 3.2.2 网格模型的环绕规则31
• 3.2.3 叶片模型建立31-33
• 3.2.4 轮毂模型建立33-34
• 3.2.5 其他各零部件模型建立34-35
• 3.3 各部件模型特殊效果渲染35-39
• 3.3.1 光照处理35-36
• 3.3.2 指定材质属性36-37
• 3.3.3 纹理映射37-39
• 3.4 风电机组零部件的装配39-41
• 3.4.1 基于约束的零件装配39-40
• 3.4.2 风电机组零部件的装配过程40-41
• 3.5 本章小结41-42
• 第4章 风力发电机仿真系统运动模型42-52
• 4.1 风电机组动态仿真实现的基础42-43
• 4.1.1 运动模型坐标系42-43
• 4.1.2 齐次变换矩阵43
• 4.2 机组零部件的齐次坐标变换43-51
• 4.2.1 机组零部件的平移变换44-45
• 4.2.2 风电机组零部件的旋转变换45-48
• 4.2.3 风电机组零部件在仿真环境中的运动48-51
• 4.3 本章小结51-52
• 第5章 风电机组运行状态数据的网络传输52-58
• 5.1 基于 VC++的网络编程概述52-54
• 5.1.1 Wi ndows Sockets 的简介52
• 5.1.2 TCP/IP 协议概述52-53
• 5.1.3 通信方式的选择53-54
• 5.2 总体方案54-57
• 5.2.1 文件传输的实现55-56
• 5.2.2 系统功能实现56-57
• 5.3 本章小结57-58
• 第6章 风电机组运行状态仿真实现58-64
• 6.1 系统开发平台58
• 6.2 三维动态仿真的实现58-62
• 6.2.1 风电机组运行参数的设定58-61
• 6.2.2 风电机组运行状态的动态显示61-62
• 6.3 系统实现过程62-63
• 6.4 本章小结63-64
• 第7章 结论与展望64-66
• 7.1 结论64
• 7.2 展望64-66
• 参考文献66-70
• 致谢70-71
• 攻读硕士学位期间的研究成果71

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