引言

近年来，随着国家对风电行业的大力支持，许多风电企业取得了快速发展，特别是许多风电企业的风电场规模不断扩大，风电机组数量不断增加。但为了保证风电设备的有效运行，风电机组部署地点往往环境恶劣，风电机组之间距离较远，风电设备的日常检查维护主要依靠人工完成，导致风电设备人员不足、检查质量不能保证等挑战。

目前，在风电场的日常运行过程中，大多采用集中监控，监控人员可以在集中控制室实现不同位置风电机组的远程控制，检查人员固定时间到现场检查各风电机组[1]。由于风电场大多位于交通不便的野外，不同风电机组之间的距离往往较远，使得现场检查的工作效率和质量较低。同时，由于风电机组的特殊性，检查过程中工作人员必须爬到机舱进行操作，给检查人员带来了更大的安全风险。

因此，为了提高风电机组的检查效率和质量，降低检查人员的工作风险，本研究充分利用虚拟现实技术，整合风电场中的各种数据信息和状态数据，提出了三维虚拟现实风电场数字检查平台的建设方案。在本方案中，利用虚拟现实技术完成各种风电设备的虚拟建模，将风电机组的日常运行和检测数据融入虚拟平台，形成有效的信息检测模型和风电机组故障模型；最后结合风电设备的运行数据，实现设备故障的远程诊断，实时向运维人员发送相关信息，提高风电设备检查的针对性和有效性。

1硬件平台设计

在硬件平台设计过程中，本研究提出的3D虚拟现实风电场数字检查平台主要采用分层布局，主要分为现场设备层、现场数据基础层、数据分析层和虚拟显示层。不同层次的数据具有不必要的主要功能。首先，现场设备层的主要功能是监控现场单个设备。在本研究所设计的方案中，现场设备层收集的风电设备数据和参数与现场数据集成层进行数据交互，现场设备层采用GPS时钟信号确保数据的实时交互[2]。二是现场数据集成层主要集成收集到的各种信息，主要包括风电机组数据集成、现场用电数据集成和测风站数据集成单元。值得注意的是，风电机组数据集成单元作为所有风电设备的数据采集端，通信信息量较高。第三，数据分析层作为最重要的信息集成层，主要通过对历史和实时数据的分析来判断风电设备的检查状态，根据建立的风电设备的异常模式来判断风电设备的状态，并及时判断故障和异常。第四，在虚拟显示层中，风电设备的运行状态和故障提示主要呈现给远程检查人员。在这一层中，可以完成与数据分析层的数据交互，最终在虚拟平台上完成不同风电设备的实时检查。

2.风电设备全数字虚拟现实建模

2.12D监测模型设计

2D监控模型采用2D图形建模，建立监控界面，2D显示风电机组运行状态，向风电场工作人员显示风电机组整体运行状态。监控模型采用自制的2D图形组态软件设计，在图形模型上预留数据接口，实现与实时数据库的信息交互，显示风电场运行数据。显示的数据包括数字状态、模拟信息、运行状态和统计分析。

2.2风电机组3D虚拟现实建模

风力发电机组由定子系统、转子系统、变速箱系统、轴承系统、风轮系统等组成。每个系统包含多个设备，每个设备由不同的部件组成，零件通过接口连接匹配。为了实现风力发电机组的3D虚拟现实，必须采用高精度建模方法。其描述过程借鉴了大量的装配图、三视图、剖面图等技术资料，辅以视频、物理照片、物理示意图等多媒体资料；结合机组部件的物理分析，特别是部件间接口匹配的细节[3]。

风力发电机组3D虚拟现实建模是一个不断细化和反馈的过程，大致经历了数据收集、数据分析、图形分析、图形是否一致、零件之间匹配检测等步骤。一是数据收集，包括技术数据和多媒体数据收集；二是数据分析，主要分析数据中反馈的零件结构、零件接口等信息；三是图形分析，根据分析结果绘制图形；四是图形是否一致。如果图形一致，可以进行下一步；五是与周围零件匹配检测。如果与周围零件匹配正确，

匹配，零件3D建模完成；否则，重新分析收集到的数据。

3D虚拟现实建模2.3操作场景

在运行场景中使用三维虚拟现实技术进行建模的主要优点是方便工作人员对风电设备进行检查，通过信号传输将风电设备的实时信号数据传输到建立的三维虚拟运行场景中，实现所有风电设备的远程实时检查，不仅提高了检查效率和质量，而且降低了检查人员的工作风险。

运行场景的3D虚拟现实建模主要基于静态数字建模，根据风电场设备的描述建立整个风电场的三维轮廓，确保模型的可靠性和真实性[4]。同时，模型中还应预留数据交互接口，以与设备的历史数据和实时数据进行交互，最大限度地发挥数据的作用。

检测33通信信息的有效性

作为远程检查的主要指标，信息的有效性和实时性要求整个系统能够实现对不同信息的判断和分析。特别是在信息故障模式方面。以温度信息为例，可根据温度传感器的数据指标对温度故障模式进行分类，包括温度正常、温度信息异常、温度信息突变和温度信息振荡。

4.风电机组故障失效模式及分析

风电机组的常见故障可分为机械故障、电气故障和液压故障。常见的机械故障包括齿轮箱故障，对系统的发电有很大的影响。常见的电气故障主要包括电机机组、变频器、箱式变压器等故障，但虽然电气故障的频率较高，但也更容易修复，往往损失较小。

5结语

为解决风电设备分布广泛、运行维护难度大、检查风险系数高的问题，基于虚拟现实技术提出了一套3D虚拟现实风电场数字检查平台建设方案。在本方案中，充分发挥通信技术和硬件平台的作用，完成系统建设，实现风电设备数据信息的实时采集，实现不同风电设备的远程自动检查和数据可视化智能分析。通过信息有效性检测和风电机组故障模式、影响和后果分析模型的建设，实现了风电场设备的故障诊断。本研究所提出的平台建设方案不仅提高了风电设备的检查效率和质量，而且节省了人力资源，提高了检查人员的工作安全，对促进风电产业的发展具有重要意义。