一种风电机组实训系统及培训方法与流程

本发明涉及风电行业人才的培训仿真系统技术领域，具体来说，涉及一种风电机组实训系统及培训方法。

背景技术：

近年来，风力发电机组的单机容量越来越大，风力发电技术也越来越复杂，这些都无疑加大了风电场运行维护的难度。

因此，培养大批风力发电方面专业人才成业界关注的重要问题。

风电场的运行与维护培训以实际操作为主要实训内容，而实际中不可能因为培训将风电场中的风电机组停机用以实验，在受环境、自然因素、天气条件等影响下，工况测试与故障处理与处置不仅造成风电场发电量的损失，而且还可能因为实训而造成机组的其他意外风险。如果通过一般课堂讲授的方法，内容比较抽象，实习工程师或者学员难以真正掌握风力发电理论和机组运行与维护的相关知识，实训不能达到相关要求。

因此，提出开发一种针对风电场运维工程师和专业学生进行培训和实训的风电机组模拟仿真系统，可以通过模拟控制系统进行对风机模型的控制，也可以进行机组触发故障和故障恢复等处理手段的实操培训，还具有风电机组性能仿真的相关功能，对运维工程师和专业学生的实训的效率和效果的提升有非常明显的指导意义。

技术实现要素：

针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种风电机组实训系统及培训方法，能够克服现有技术的上述不足。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种风电机组实训系统，包括主控电气系统、模型仿真系统、变流柜电气系统、变桨柜电气系统、信号柜电气系统、实操培训系统、理论学习系统、监控系统和仿真操作系统，其中：所述主控电气系统用于对模型仿真系统、变流柜电气系统、变桨柜电气系统、信号柜电气系统、实操培训系统、理论学习系统、监控系统和仿真操作系统进行控制，同时对学员进行主控电气系统的实训；

所述模型仿真系统作为一个仿真系统的工作站呈现，用于运行通过风电机组仿真软件建立的机组模型，进行系统载荷、运行性能的仿真功能；

所述变流柜电气系统用于进行对风电机组变流柜实际操作能力的培训；

所述变桨柜电气系统用于对学员进行变桨控制系统和电气系统的实操培训；

所述信号柜电气系统用于对传感器信号电气系统进行统一的培训管理；

所述实操培训系统用于对学员进行实操培训模拟，通过可视化场景的形式开展实操培训；

所述理论学习系统用于学习与风电机组及运维操作有关的理论知识，包括教学或自学课件、理论教学题库和实际案例分析；

所述监控系统是显示系统仿真时的具体曲线和机组模拟运行的情况、显示当学员进行仿真实训时的状态、显示学员考试时的操作过程；

所述仿真操作系统用于提供风电机组仿真模型、数据模型及教学理论系统的数据。

进一步的，所述风电机组变流柜实际操作能力的培训包括变频系统零部件的拆装及更换。

进一步的，所述变桨控制系统和电气系统的实操培训包括系统的维修、拆装和零部件更换。

进一步的，所述信号柜电气系统包括机组的气象信号、机组振动信号、温度传感器信号、液压压力传感器信号组成的电气系统。

进一步的，所述实操培训系统的实操培训包括电气安全、工具使用、攀爬登高作业的实操仿真培训。

进一步的，与风电机组有关的理论知识包括电气系统理论知识和电力设备理论知识。

进一步的，所述仿真操作系统由风电机组模型仿真的计算机及数据服务器组成。

本发明还提供一种风电机组实训系统的培训方法，包括如下步骤：

s1：理论学习培训，通过理论学习系统完成，理论学习培训结束后可以通过考试系统进行培训效果的考试，考试合格则执行s2，考试不合格则继续理论学习培训；

s2：可视化实操系统培训，通过实操培训系统完成，可视化实操系统培训结束后通过考试系统进行可视化操作培训效果考试，考试合格则执行s3，考试不合格则继续可视化实操系统培训；

s3：实际操作系统培训：通过实际动手解决主控电气系统、模型仿真系统、变流柜电气系统、变桨柜电气系统和信号柜电气系统的问题，培训结束后可以通过考试系统进行培训效果的考试，考试合格则执行s4，考试不合格则继续实际操作系统培训；

s4：仿真运行系统培训，具体为是通过仿真操作系统手动设置机组的运行动作，再给定不同的气象环境信息，进行模拟风机启动或者停机工况的操作，通过监控系统显示风电机组运行的可视化状态及风电机组的输出电能质量、功率曲线、齿轮箱状态。

本发明的有益效果：本发明通过建立一套理论学习系统与实操培训系统，从比较直观的角度对风电服务型人才进行知识的灌输与形象化的可视化操作；进一步建立一套与真实风电机组相同的电气系统(包括变流电气系统、变桨电气系统和信号传感电气系统)，重点提升风电机组电气故障时的实际动手操作能力；在这些系统的基础上还配置有一套模型仿真系统，通过数据驱动或者真实模型的运行，让学员更加直观的了解与熟悉风电机组在不同风况和工况条件下风电机组的运行与输出情况，更深一步了解风电机组的运行状态；本发明能够在保证学员与机组安全的前提下，满足对风电学员的培训与技能提升的相关需求，能够有效的提升学员的动手操作与实际消除故障的能力，最终体现到风电机组故障的快速处理，能够高效的消除故障，提升风电机组的可利用率，有效提升业主的经济效益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例所述的一种风电机组实训系统的连接框图；

图2是风电机组实训系统的培训方法流程图；

图中：1、主控电气系统；2、模型仿真系统；3、变流柜电气系统；4、变桨柜电气系统；5、信号柜电气系统；6、实操培训系统；7、理论学习系统；8、监控系统；9、仿真操作系统。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，根据本发明实施例所述的一种风电机组实训系统，包括主控电气系统1、模型仿真系统2、变流柜电气系统3、变桨柜电气系统4、信号柜电气系统5、实操培训系统6、理论学习系统7、监控系统8和仿真操作系统9，其中：

所述主控电气系统1用于对模型仿真系统2、变流柜电气系统3、变桨柜电气系统4、信号柜电气系统5、实操培训系统6、理论学习系统7、监控系统8和仿真操作系统9进行控制，同时对学员进行主控电气系统1的实训；

所述模型仿真系统2作为一个仿真系统的工作站呈现，用于运行通过风电机组仿真软件建立的机组模型，进行系统载荷、运行性能的仿真功能；

所述变流柜电气系统3用于进行对风电机组变流柜实际操作能力的培训；

所述变桨柜电气系统4用于对学员进行变桨控制系统和电气系统的实操培训；

所述信号柜电气系统5用于对传感器信号电气系统进行统一的培训管理；

所述实操培训系统6用于对学员进行实操培训模拟，通过可视化场景的形式开展实操培训；

所述理论学习系统7用于学习与风电机组及运维操作有关的理论知识，包括教学或自学课件、理论教学题库和实际案例分析；

所述监控系统8是显示系统仿真时的具体曲线和机组模拟运行的情况、显示当学员进行仿真实训时的状态、显示学员考试时的操作过程；

所述仿真操作系统9用于提供风电机组仿真模型、数据模型及教学理论系统的数据。

在一具体实施例中，所述风电机组变流柜实际操作能力的培训包括变频系统零部件的拆装及更换。

在一具体实施例中，所述变桨控制系统和电气系统的实操培训包括系统的维修、拆装和零部件更换。

在一具体实施例中，所述信号柜电气系统5包括机组的气象信号、机组振动信号、温度传感器信号、液压压力传感器信号组成的电气系统。

在一具体实施例中，所述实操培训系统6的实操培训包括电气安全、工具使用、攀爬登高作业的实操仿真培训。

在一具体实施例中，与风电机组有关的理论知识包括电气系统理论知识和电力设备理论知识。

在一具体实施例中，所述仿真操作系统9由风电机组模型仿真的计算机及数据服务器组成。

本发明还提供一种风电机组实训系统的培训方法，如图2所示，包括如下步骤：

s1：理论学习培训，通过理论学习系统7完成，理论学习培训结束后可以通过考试系统进行培训效果的考试，考试合格则执行s2，考试不合格则继续理论学习培训；

s2：可视化实操系统培训，通过实操培训系统6完成，可视化实操系统培训结束后通过考试系统进行可视化操作培训效果考试，考试合格则执行s3，考试不合格则继续可视化实操系统培训；

s3：实际操作系统培训：通过实际动手解决主控电气系统1、模型仿真系统2、变流柜电气系统3、变桨柜电气系统4和信号柜电气系统5的问题，培训结束后可以通过考试系统进行培训效果的考试，考试合格则执行s4，考试不合格则继续实际操作系统培训；

s4：仿真运行系统培训，具体为是通过仿真操作系统9手动设置机组的运行动作，再给定不同的气象环境信息，进行模拟风机启动或者停机工况的操作，通过监控系统8显示风电机组运行的可视化状态及风电机组的输出电能质量、功率曲线、齿轮箱状态。

为了方便理解本发明的上述技术方案，以下通过具体使用方式上对本发明的上述技术方案进行详细说明。

根据本发明所述的一种切实实际需求的风电机组仿真实训系统，主要有以下模块(图1所示)：主控电气系统1、模型仿真系统2、变流柜电气系统3、变桨柜电气系统4、信号柜电气系统5、实操培训系统6、理论学习系统7、监控系统8和仿真操作系统9。

特别地，主控电气系统1、模型仿真系统2、变流柜电气系统3、变桨柜电气系统4、信号柜电气系统5均属于硬件系统，还原某一型号机组或者类型容量机组的原电气系统；

主控电气系统1使用某一型号的主控系统作为本发明中的控制系统，风电机组的实际控制系统，主要用于对这个实训仿真系统的整体控制，包括对模型仿真系统、变流电器系统、变桨系统等的控制，同时具有对学员进行控制系统实训的功能；

模型仿真系统2为主要作为一个仿真系统的工作站呈现，主要运行通过风电机组仿真软件建立的机组模型，进行系统载荷、运行性能及其他相关参数的仿真功能(这个就是2的作用，可以作为后面各个系统作用描述的参考)；

变流柜电气系统3采用某一型号风电机组的变流系统作为实训平台，真实的还原风电机组的变频系统，主要用于对风电机组变流变频系统的实际操作，包括变频系统零部件的拆装及更换等实操能力的培训；

变桨柜电气系统4采用具体的变桨控制系统，包括电气系统等，具有多种启动方式的培训功能，主要用于对学员进行变桨控制系统和电气系统的实操培训，包括系统的维修、拆装和零部件更换等实操培训；

信号柜电气系统5采用某一型号机组真实的信号系统组成特定的信号柜电气系统，包括机组的气象信号、机组振动信号、温度信号等传感器组成的电气系统，目的是将所有的传感器电气信号统一进行培训管理。

实操培训系统6，主要用于学员模拟实操培训，通过可视化场景的形式开展实操培训，包括电气安全、工具使用、攀爬登高等特种特殊作业的实操仿真培训，可以有效的避免由于不当操作造成的人员伤害等损失。

理论学习系统7，主要是关于风电机组、电气系统、电力设备等与风电机组及运维操作有关的理论知识，包括教学或自学课件、理论教学题库、实际案例分析等。

监控系统8主要是显示系统仿真时的具体曲线和机组模拟运行的情况、显示当学员进行仿真实训时的状态、显示学员考试时的操作过程等一些可以显示的相关信息。

仿真操作系统9主要由风电机组模型仿真的计算机及数据相关服务器组成，用于提供风电机组仿真模型、数据模型及教学理论系统的相关数据等信息。

整个系统从外部供给系统所需要电源电压等级，每个系统之间均通过正确的电源线路连接，各系统直接均有信号信息传输通道，保证系统整体运转时各系统之间的信号与信息的传输。

本发明涉及的培训方法主要由四个培训阶段组成：s1：理论学习培训、s2可视化实操系统培训；s3：实际操作系统培训和s4仿真运行系统培训。

风电机组系统培训的流程图如图2所示。

四个系统的主要培训内容与培训方法详细描述如下：

(1)理论学习培训：

理论学习阶段主要通过理论学习系统完成，涉及的培训内容主要有风力发电的基本原理、风力发电机组的基础知识、风电机组各部件的组成、各子系统的功能、工具的识别及使用、传感器原理、安全器具的功能及使用等与风电机组运行及维护相关的所有内容。

理论培训结束后可以通过系统设置的考试系统进行培训效果的考察或者考试，达到一定成绩才能进行下一阶段的培训。

(2)可视化实操系统培训：

该阶段是通过将实际的风电机组运行、故障触发、故障处理和机组恢复等实际问题通过可视化软件、vr或者ar等形式实现，能够身临其境的进行风电机组主要零部件的装配试验、进行风电机组的攀爬、进行风电机组故障触发、进行机组故障的处理和机组定检运行的相关流程和步骤等基本的操作。

可视化实操培训结束后可以通过系统设置的考试系统进行可视化操作培训效果的考察或者考试，达到一定成绩才能进行下一阶段的培训。

(3)实际操作系统培训：

该阶段的培训主要基于风电机组实际的硬件系统，包括主控电气系统、变流柜电气系统、变桨柜电气系统和信号柜电气系统。本硬件系统均是还原风电机组的原有设计及结构，包括电气元器件的布局、电气的接线等。

培训时，通过手动触发或者提前系统设定的故障信息，具体的如下描述：

例如主控系统的发电机超速、安全链断开、通讯断开等故障；例如变流系统的crowbar故障，igbt故障，通讯故障等；例如变桨系统变桨角度不一致、变频器故障、变桨柜温度高等；例如信号柜电气系统中的温度信号异常、风速风向仪异常和转速信号异常等。以上仅为本发明的特殊案例，并不仅限于以上的故障实训类型。

实际操作培训结束后可以通过系统设置的考试系统进行可视化操作培训效果的考察或者考试，达到一定成绩才能进行下一阶段的培训。

(4)仿真运行系统培训：

进行此进阶培训时，学员已经满足前面的所有培训。仿真系统培训是通过仿真操作系统可以手动设置机组的运行动作，再给定不同的气象环境信息(风速和风向)等，进行模拟风机启动或者停机等工况的操作，此操作的具体显示可以通过监控系统显示，风电机组运行的可视化状态及风电机组的输出电能质量、功率曲线、齿轮箱状态等机组能够通过图像或者信息显示的相关数据与图表。

通过以上的系统培训，能够保证风电人才对风电发电原理、基本故障处理和实际动手能力得到技能的提升，为风电行业有效的输出人才。

综上所述，本发明通过建立一套理论学习系统与实操培训系统，从比较直观的角度对风电服务型人才进行知识的灌输与形象化的可视化操作；进一步建立一套与真实风电机组相同的电气系统(包括变流电气系统、变桨电气系统和信号传感电气系统)，重点提升风电机组电气故障时的实际动手操作能力；在这些系统的基础上还配置有一套模型仿真系统，通过数据驱动或者真实模型的运行，让学员更加直观的了解与熟悉风电机组在不同风况和工况条件下风电机组的运行与输出情况，更深一步了解风电机组的运行状态；本发明能够在保证学员与机组安全的前提下，满足对风电学员的培训与技能提升的相关需求，能够有效的提升学员的动手操作与实际消除故障的能力，最终体现到风电机组故障的快速处理，能够高效的消除故障，提升风电机组的可利用率，有效提升业主的经济效益。

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