基于北斗定位技术的风力发电场远程三维可视化巡检方法.pdf

2023 年化 工 自 动 化 及 仪 表DOI:10.20030/ki.1000鄄3932.202304024基于北斗定位技术的风力发电场远程三维可视化巡检方法杨锡锋缪京东王洋羊谢飞飞侯艺伟何书君渊龙源电力集团渊上海冤新能源有限公司冤摘要针对风力发电场风机尧叶片等设备容易偏航袁日常巡检周期较长袁维护难度较大的现状袁提出基于北斗定位技术的风力发电场远程三维可视化巡检方法遥 实验结果表明院 该方法可以精准采集地形数据袁风力发电场的自然景观等附属场景模拟效果较优袁通过风力发电场三维可视化模型可以快速定位风力发电场的故障位置遥关键词北斗定位技术风力发电场三维可视球面经纬度坐标故障定位中图分类号TP274曰TM63文献标识码A文章编号1000鄄3932渊2023冤04鄄0564鄄05作者简介院杨锡锋渊1974-冤袁工程师袁从事风电场升压站继电保护尧风电场运行检修等工作袁遥引用本文院杨锡锋袁缪京东袁王洋羊袁等.基于北斗定位技术的风力发电场远程三维可视化巡检方法咱J暂.化工自动化及仪表袁2023袁50渊4冤院564-568.风力发电场是新能源配电网的核心场所袁风力发电场设有大量机组设备袁 风力发电场的风机尧叶片等设备容易偏航袁进而影响电力系统运行的安全性咱1暂遥为了保证配电网生产作业和安全袁风力发电场的巡检水平极为重要遥 文献咱2暂应用多机等值模型袁 充分反映风电场的动态特性袁通过风力发电场的远程三维可视化巡检袁实时监测风力发电场内机组设备的状态袁提升了风力发电场运行的可靠性遥 为了更准确地研究风力发电结构在风荷载下的结构响应袁文献咱3暂利用最小二乘法拟合各分布函数参数袁结合最大基本风速规范建议值袁确认基本风速下的风力发电结构的安全性遥风力发电场面积较广袁 作业过程出现异常时袁如果不能及时明确异常位置袁巡检人员就无法获取精准的故障位置遥 北斗定位技术是卫星导航系统中的重要技术袁 北斗定位技术包括用户段尧地面段和空间段袁在复杂环境下袁仍然可以获取精准的定位数据遥 文献咱4暂针对鄱阳湖区域风场袁研究了风场数据后端动态抓取尧解析及存储技术袁进行了三维动态可视化研究袁建立了粒子从地理坐标至屏幕画布坐标的转换模型袁对于掌握湖区及周边风场数据有重要意义遥 文献咱5暂以北斗短报文等特色服务为主要信息传输袁融合互联网和人工智能技术袁展示了北斗物联网技术架构创新驱动发展的新动能遥由于风力发电场的日常巡检周期较长袁无法获取序列化的尧精准的定位信息袁难以提升风力发电场的巡检效率遥 为此袁笔者提出基于北斗定位技术的风力发电场远程三维可视化巡检方法袁创新性地在利用北斗定位技术获取风力发电场的精准地形数据的基础上袁二次确认风力发电场的坐标信息袁 构建风力发电场三维可视化模型袁以实现风力发电场的远程巡检遥1风力发电场远程三维可视化巡检方法1.1风力发电场地形数据采集利用北斗定位技术获取风力发电场的高精度地形定位数据袁流程如图1所示遥利用北斗定位技术采集风力发电场的地形数据袁卫星采集的球面经尧纬度坐标数据有流层延迟误差存在袁需要对所采集数据处理后袁应用于风力发电场的三维可视化巡检中遥564第 50 卷第 4 期化 工 自 动 化 及 仪 表图1地形数据采集流程从风力发电场地形数据中提取的流层延迟误差参数Y的计算式为院Y=pi茁t茁=1cos 琢忆gR其中袁pi为流层信息映射函数曰茁为定位观测点与模拟点间的延迟比例曰t为风力发电场地形观测点的延迟系数曰g表示流层厚度曰R为地球半径曰琢忆表示流层刺穿的天顶角遥为了提升北斗定位技术的定位精度袁设定北斗定位技术的模拟点袁计算北斗定位技术的定位观测点与模拟点间的误差袁获取高精度的地形定位结果遥观测点与模拟点间的误差E渊A冤的表达式为院E渊A冤=茁 D渊A冤-D渊S冤D渊A冤=mi=1移渊Fi-F軈冤4+N D渊S冤=mi=1移渊Fi-F軈冤2N+m 其中袁D渊S冤表示风力发电场的地形特征曰D渊A冤表示观测点与模拟点间的起伏度曰Fi表示北斗定位系统模拟点曰F表示风力发电场巡检区域的地形平均高程曰N表示北斗系统观测点数量曰m表示风力发电场采样点数量遥利用以上过程确定风力发电场地形数据的误差袁 删除风力发电场地形数据的误差数据袁最终获取精准的风力发电场地形球面经尧纬度坐标数据袁 为构建北斗发电场三维模型提供数据基础遥1.2远程三维可视化模型选用3Dmax软件构建风力发电场三维模型的流程如图2所示遥图2风力发电场三维模型构建流程1.2.1场景漫游可视化风力发电场的可视化是风力发电场三维可视化巡检的重要内容遥 风力发电场三维可视化是利用计算机技术将风力发电场实际运行场景模拟出来袁直观尧逼真地展示风力发电场的全部运行状况和运行环境袁巡检人员通过风力发电场的5652023 年化 工 自 动 化 及 仪 表三维可视化场景漫游完成巡检工作遥风力发电场三维场景模型漫游过程如下院a.为场景添加太阳光遥 Unity 3D软件中包含不同类型的光源袁可以模拟风力发电场不同天气环境下的光源袁通过调整参数设置风力发电场的平行光尧聚光灯和点光源遥 风力发电场的太阳光用平行光模拟袁将UI滑动条设置于场景中袁将相应脚本挂载于滑动条中袁关联平行光袁对风力发电场的太阳光利用滑动条的滑动调整袁利用风力发电场场景内的设备阴影实现风力发电场场景的昼夜交替遥b.创建附属模型遥 风力发电场三维模型内不仅需要设置风电机组模型袁还需要设置周边环境的附属模型袁将自然景观与外部场景添加于风力发电场中袁结合风机尧叶片等设备的偏移量袁依据风力发电场的实际场景进行调配与设置遥c.场景的碰撞检测遥 在进行风力发电场三维可视化巡检时袁 需要用第一人视角进行场景漫游袁通过场景碰撞检测袁避免巡检人员在风力发电场巡检时袁与场景的其他模型发生重合袁避免影响风力发电场的巡检效果遥 风力发电场巡检人员与风电设备发生碰撞时袁无法体现风力发电场的实际运行状况遥 设置刚体碰撞器于场景模型中袁将胶囊体添加于场景模型中遥 模型具备刚体特性袁满足刚体物理规则袁实现场景内不同设备的碰撞检测袁使得三维虚拟场景模型更加合理与完善遥d.添加场景的天空盒遥 利用Unity 3D软件为风力发电场的三维可视化场景添加天空盒袁该软件具有天空盒接口袁包含天空盒模块袁可将天空盒添加在不同场景中遥 完成场景的天空盒添加后袁进行场景材质贴图与渲染工作袁设置三维可视化场景的天空景象袁提升巡检过程中场景的三维立体效果遥利用Unity 3D软件管理场景模型袁 将风电机组模型尧天空盒尧外部环境等众多场景组合为整体场景袁实现全部虚拟风力发电场场景的显示与渲染袁完成风力发电场的三维可视化遥1.2.2巡检场景交互选取三维可视化软件Cyber Maker中的核心控制模块尧输入模块尧输出模块和应用模块袁完成风力发电场三维可视化巡检过程中的人机交互遥核心控制模块遥 将核心控制模块作为三维可视化各应用程序的入口袁该模块可实现风力发电场三维模型公共资源以及进程线程的管理袁控制软件各部分动作以及各模块的启停遥输入模块遥 利用输入模块管理风力发电场可视化巡检的输入信号以及硬件输入设备袁更新输入设备状态遥 由输入模块分析输入信号是否为已注册命令袁将已注册命令分配至相应的命令列表中遥输出模块遥 利用输出模块管理风力发电场可视化巡检的输出信号和硬件输出通道袁输出模块支持不同感官效果的输出袁可以读取用户设置的各项输出袁利用外设设备输出遥 输出模块向输入模块发送注册命令袁检测各项输入命令袁执行输入命令的各项操作遥应用模块遥 利用应用模块创建与管理风力发电场三维模拟场景巡检需要的各项数据袁应用模块读取用户可视化巡检风力发电场三维模型的仿真信号袁执行各项模拟操作袁实时修改风力发电场三维场景模型的各项数据袁执行各模块的巡检命令操作遥2实例测试为了验证基于北斗定位技术的风力发电场远程三维可视化巡检方法的实际巡检性能袁选取某风力发电场作为研究对象袁 风力发电场内包含36台风电机组袁每台发电机1 h的发电量为600耀1 100 kW 窑h遥 利用风电机组为配电网提供电能遥该巡检方法利用北斗系统采集风力发电场的地形数据袁利用所采集地形数据构建风力发电场的三维可视化模型遥 北斗系统的参数设置为院接收机坐标的初始标准差50 m袁接收机速度的初始标准差3 m/s袁接收机加速度的初始标准差3 m/s2袁接收机钟误差渊User Clock Error冤的初始标准差500 m袁模糊度的标准差500 m遥采集的风力发电场的地形数据如图3所示袁可以看出袁 采集数据与实际地形数据相差较小袁说明北斗定位技术具有良好的定位效果袁可以获取精准的风力发电场的地形信息袁便于风力发电场三维可视化巡检时巡检人员发现风电机组故障袁利用精准的定位结果袁快速确定故障具体位566第 50 卷第 4 期化 工 自 动 化 及 仪 表置袁提升风力发电场的运维水平遥图3风力发电场地形数据采集结果用图3地形数据构建的风力发电场的风电机组模型结果如图4所示遥图4风电机组模型构建结果依据风电机组的实际运行状态袁采集风电机组的运行参数袁构建与风力发电场内的风电机组具有相同运行状态的风电机组遥 所构建风电机组的三维模型纹理清晰袁可以直观展示风电机组的细节信息遥采用所提方法构建的风力发电场最终的三维可视化模型如图5所示袁可以看出袁采用笔者方法可以利用所构建的风电机组三维模型组合为风力发电场三维可视化场景模型袁不仅可以真实展现风力发电场内风电机组的运行状态袁还可以模拟风力发电场的自然景观等附属场景遥图5风力发电场三维可视化模型应用该方法袁 进行实例测试与结果分析袁风力发电场2021年3月11日的巡检结果见表1遥时间风速/m 窑 s-1风向风轮转速/r 窑 min-1风机状态故障点定位/m7院11院054.5西风51正常无故障点8院16院254.4西风50风力发电机剧烈抖动渊253.4袁385.9冤9院03院343.5西风48正常无故障点10院15院233.3西风46正常无故障点11院15院165.2北风55正常无故障点12院11院255.6北风57正常无故障点13院18院225.4北风56风力发电机剧烈抖动渊135.4袁516.4冤14院18院164.4西风50正常无故障点15院28院094.5西风51风力发电机剧烈抖动渊234.5袁758.5冤16院18院054.4西风50正常无故障点表1风力发电场巡检结果5672023 年化 工 自 动 化 及 仪 表可以看出袁 采用该方法可以实现风力发电场的三维可视化巡检袁获取风力发电场的风向尧风速等信息袁 即通过风力发电场的三维可视化巡检袁利用北斗定位技术的定位功能袁精准定位故障点袁 提升风力发电场内风电机组的运行可靠性遥3结束语利用北斗定位技术构建风力发电场的数字地图袁构建风力发电场的三维可视化模型袁实现了风力发电场的远程巡检袁在提升配电网的安全巡检水平和巡检效率同时减少了风力发电场巡检人员数量袁加快了风力发电场突发事件和故障的处置速度袁使风力发电场的巡检工作满足可管可控的要求袁应用前景广阔遥参考文献咱1暂许世健袁赵丹袁苏铖宇袁等.面向流场可视化的沉浸式虚拟现实交互系统研究咱J暂.系统仿真学报袁2022袁34渊5冤院1160-1172.咱2暂苏柯文袁张永明袁胡维飞.基于参数测量的风力发电场等值建模方法研究 咱J暂.电测与仪表袁2020袁57渊18冤院29-35.咱3暂李万润袁张广隶袁李林袁等.基于长期实测数据的西北地区风力发电场风速风向联合概率分布分析咱J暂.兰州理工大学学报袁2022袁48渊3冤院115-124.咱4暂袁武彬袁廖明伟袁廖明袁等.鄱阳湖区域风场矢量的Web三维动态可视化 咱J暂.地理与地理信息科学袁2020袁36渊1冤院22-26.咱5暂谢军袁庄建楼袁康成斌.基于北斗系统的物联网技术与应用 咱J暂.南京航空航天大学学报袁2021袁53渊3冤院329-337.渊收稿日期院2023-01-12袁修回日期院2023-03-02冤Remote 3D Visualization Inspection Method for Wind FarmsBased on Beidou Positioning TechnologyYANG Xi鄄feng袁 MIAO Jing鄄dong袁 WANG Yang鄄yang,XIE Fei鄄fei,HOU Yi鄄wei,HE Shu鄄jun渊Longyuan Power Group 渊Shanghai冤New Energy Co.,Ltd.冤AbstractFans袁 blades and other equipment in wind power farms are easy to yaw and the daily inspectioncycle is long and the maintenance becomes difficult.In this paper袁 the remote 3D visualization inspectionmethod for wind farms based on Beidou positioning technology was proposed.The experimental results showthat袁 the method proposed can accurately collect topographic data袁 and the simulation effect of ancillaryscenes such as the natural landscape of wind farms is better.Through 3D visualization model of the windfarm袁 the fault position of the wind farm can be located quickly.Key wordsBeidou positioning technology袁 wind farm袁 3D visualization袁 spherical latitude and longitudecoordinates袁 fault locationways to improve adsorption performance of activated carbon was proposed.In which,having componenttransport and porous media models in computational fluid dynamics software based to model and simulatethe oil&gas adsorption process was implemented,including analyzing the concentration field distributionwithin activated carbon bed and having control variable method adopted to compare the effect of superficialgas flow rate on the adsorption performance.The comparison of the penetration curves at different gas ve鄄locities shows that,the higher gas velocity can bring about steeper penetration curve and in the same timeinterval,the higher adsorption load results in shorter penetration time.Key wordsparameter optimization袁 CFD simulation袁 oil&gas adsorption袁 gas velocity袁 penetrationcurve袁 superficial gas flow rate袁 operating pressure袁 operating temperature渊Continued from Page 548冤568