风力发电虚拟仿真实践教学平台建设初探
风力发电虚拟仿真实践教学平台建设初探
作者：伦淑娴李春杰
来源：《教育教学论坛》2016年第45期
摘要：针对风力发电教学实验设备难以满足教学需求等情况，提出构建风力发电虚拟仿真实践教学平台。
论文详细地阐述了平台建设的必要性、平台的构成及应用前景等。
该平台在构建过程既要遵循虚拟仿真教学的特征，又要贯穿学生为主体、教师为主导的现代教育理念。
关键词：虚拟仿真；风力发电；实践教学
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）45-0076-02
一、引言
风能作为一种绿色环保的可再生能源受到了世界各国的高度重视，我国风电并网容量已达1.29亿千瓦，占全部发电机组装机容量的8.6%。
预计到2020年，风电将达到2亿千瓦以上。
因此，对风力发电的研发、设计、生产和管理等方面的人才需求也随之增加。
但是风力发电涉及机械、电力、电子、液压、控制、计算机、数值天气预报等多学科的综合性高技术系统工程，因此成熟的风力发电实验教学仪器还很缺乏。
目前已有的风力发电实验仪器，如上海同育教学仪器设备制造有限公司的TYKJ-SF双馈风力发电机模拟试验台、上海顶邦教育设备有限公司的DB-FN02型大型双馈风力发电实验系统等在空载运转、并网实验、风速、转距、发电功率、脱网保护等方面提供了模拟实验。
这些装置可以帮助学生初步理解风力发电原理和技术，学习风力发电机的机械结构和系统组成。
因此，亟待建设风力发电虚拟仿真实践教学平台，模拟各种风的形成与特性、风力发电机组的结构、风电场的建设、风电机组的控制、典型故障、各种工况条件下的风力发电机组运行状态，让学生能在安全的环境下身临其境地观察了解风力发电机组、机舱内部结构、各零部件及控制器的三维全貌；通过调整设备参数，观察风力发电机组及各零部件的运行状态的变化情况；让学生理解和掌握风力发电机组设计、运行、安全维护、风电场建设与管理、风力发电机组输出功率预测等方面的知识，快速提高学生实践技能和职业岗位能力。
二、风力发电虚拟仿真实践教学平台构成
目前风力发电研究的仿真软件主要有Matlab、GH Bladed、HAWC、DIgSILENT、PSCAD、ANSYS、Saber等。
风力发电虚拟仿真平台可以采用3D虚拟现实技术、Matlab和Bladed进行开发。
风力发电虚拟仿真实践教学平台主要由13个仿真模块组成，如图1所示。
1.风能资源评估仿真模块。
风能资源评估模块应包含风的形成、风的特性、风的测量、风能估计等四个子模块。
其中风的形成包括全球性风（大气环流、季风）、地方性风（海陆风、山谷风、焚风）、极端风（热带气旋、寒潮大风、龙卷风）等的形成。
风的特性包括风速模
型、风玫瑰图绘制、地形地貌对风的影响等。
其中风速模型包括平均风、阵风、极端风、渐变风、随机风等模型、风剪切模型、塔影效应模型。
风的测量包括风向测量仪、风速测量仪器。
风能估计包括最小二乘法估计、平均风速和标准差法、平均风速和最大风速法。
2.风能转换原理仿真模块。
主要是指风力机气动载荷分析与计算，主要包括变桨载荷计算、方位角气动载荷计算、稳态运行载荷计算等，让学生了解升力、阻力、变矩系数与攻角的关系，桨叶相对风速与风速的关系、桨叶入流角与风速关系、桨叶攻角与风速关系、桨距角与风速关系、变桨载荷与风速关系等，变桨载荷、方位角气动载荷计算、稳态运行载荷计算等。
3.风力发电机组结构及功能仿真模块。
主要包括风轮、机舱、塔架、基础、控制、辅助系统等五个模块。
风轮模块包括叶片、轮毂等。
机舱模块主要包括齿轮箱、主轴、发电部件等。
辅助系统包括变桨机构、变速机构、避雷部件、偏航部件、刹车制动等。
通过建立的各零部件的静动态特性模型，实现对关键零部件、整机性能的测试。
4.风力发电机组的控制系统仿真模块。
主要包括风力机控制、发电机控制、并网控制等。
风力机控制主要包括定桨距、变桨距、功率控制、偏航系统、制动保护等。
发电机控制主要包括异步风力发电机控制、双馈式发电机控制、直驱式发电机控制。
5.风力发电机组常见故障与维护仿真模块。
主要包括液压部件、偏航部件、发电部件、主轴旋转部件、变桨部件、叶轮部件等的典型故障、各部件发热的典型故障、振动的典型故障等，能够让学生了解风电机组的各零部件常见故障及其维护。
6.风力发电机组运行特性仿真模块。
风力发电机组主要有三种功率调节方式：定桨距失速、变桨距和主动失速。
针对典型的恒速恒频发电机组、变速恒频发电机组、让学生了解三种功率调节方式下风速功率曲线特点，转速功率曲线特点，理解变桨距功率调节方式的优点。
7.全工况风电场仿真模块。
风力发电机组通常在不同工作状态（运行状态、待机状态、停机状态、紧急停机状态）之间进行切换。
该仿真平台具有全工况风电场仿真模块，让学生理解风电场运行情况及其相应采取的控制策略。
8.风电场监控与数据采集系统仿真模块。
该仿真模块让学生了解风电场中央监控系统构成、监控和采集的性能参数及其变化趋势。
9.储能装置仿真模块。
包括蓄电池、抽水储能、飞轮储能、超导储能、热能储能等储能原理动态演示。
10.风电场建设仿真模块。
该模块包括风电场选址、风力发电机组运输、安装、验收等。
风电场选址模块包括宏观选址、微观选址、可行性评估等。
可以利用虚拟现实技术实现风电机组拆装过程的动态演示。
11.风力发电并网对电网的影响仿真模块。
该模块能够演示风力并网发电时，对电网的电能质量是否造成影响，包括对电网的电压、短路电流、网损等的影响。
12.风电场设计运行维护规程仿真模块。
主要包括国内外风力发电机组设计与认证、风电场设计与运行、风资源评估等相关技术标准。
该模块有助于学生理解这些标准，并能按照标准进行风能资源评估、风能资源测量、风电场建设可行性报告的书写等实践。
13.其他模块。
该模块主要包括流行的小型家庭用的风力发电机、新型风力发电机、风光互补风力发电系统等。
三、风力发电虚拟仿真实践教学平台的应用前景
风力发电虚拟仿真实践教学平台可以提供验证型、创新型、综合型实验、企业实习实践、上岗培训等功能。
平台在构建过程既要遵循虚拟仿真教学的特征，又要贯穿学生为主体、教师为主导的现代教育理念。
平台可以适用风能与动力工程专业、能源科学与工程专业、新能源材料与器件专业、电力系统及其自动化专业等本科生，为学生尽快掌握风力发电的工作原理、故障检测与设备维护、系统性能测试、新技术案例等提供实践平台。
同时，该虚拟仿真实践教学平台也适用于科研人员。
因此，风力发电虚拟仿真实践教学平台具有示范性和推广价值。
参考文献：
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【风力发电技术方案】直驱风力发电实验仿真平台技术方案
直驱风力发电实验仿真平台技术方案一、直驱风力发电实验仿真平台设计初衷在能源枯竭与环境污染问题日益严重的今天，风力发电已经成为绿色可再生能源的一个重要途径。
永磁直驱风力发电机不仅可以提高发电机的效率，并且因为发电机采用了永磁结构，省去了电刷和集电环等易耗机械部件，提高了系统的可靠性，而且不需要电励磁装置，能在增大电机容量的同时，减少体积。
另外，风力机的直驱化也是当前的一个热点趋势。
目前大多风力发电系统发电机与风轮并不是直接相连，而是通过变速齿轮连接，这种机械装置不仅降低了系统的效率，增加了系统的成本，而且容易出现故障，是风力发电急需解决的瓶颈问题。
直驱式风力发电机可以直接与风轮相连，增加了系统的稳定性，减少了维护工作，并且还降低了噪音。
因此鉴于诸多优点，国内各类科研单位，都青睐于对永磁直驱风力发电的研究。
那么，在风力发电产业蓬勃发展的国际环境下，风力发电水平不断提高。
科研实验室作为各种新理论和新技术的孕育摇篮，其先期的研究和验证对风电技术的发展和前进起着至关重要的引导和推动作用。
进行实验研究最直接有效的方法是将风力发电机与风力机相连，进行现场实际试验。
但是鉴于所需要的风场环境以及体积庞大、结构复杂的桨叶设备，实验室内不可能具备条件，只能在室外进行现场调试。
但是，受环境、自然因素、天气条件等影响，现场实验困难重重，比如：无法自由的对风速进行变化，某些高风速下的极限测试只能在极少数情况下得以实现，实验周期长，人力、物力、经费投入大；新理论和新技术存在诸多的未知数，实验结果的好坏难以预测，现场调试风险巨大；电气设备的运算和安装不便，不同容量设备难以在同一风力系统进行试验；这些因素都要求在实验室内构件模拟系统来模拟实际风力机的真实工作特性势在必行。
对此，南京研旭电气科技有限公司设计了一整套模拟定桨距式的永磁直驱风力发电的实验仿真平台。
通过此平台，研究人员可以研究永磁直驱风力发电机的真实工作特性，可以缩短研究和开发周期、节省研究经费，便于对风力发电系统的控制技术展开全面深入的研究，具有重要的显示意义。
电力系统仿真平台的建设与应用
电力系统仿真平台的建设与应用随着电力系统的不断发展和智能化的推进，电力系统仿真平台的建设与应用变得越来越重要。
电力系统仿真平台是一种基于计算机技术的虚拟仿真环境，可以模拟电力系统的运行情况，帮助电力系统运行人员进行系统分析、优化调度和故障诊断等工作。
本文将介绍电力系统仿真平台的建设与应用，并探讨其在电力系统运行中的作用和意义。
一、电力系统仿真平台的建设1. 硬件设备的建设电力系统仿真平台的建设首先需要一定的硬件设备支持。
这包括计算机服务器、网络设备、存储设备等。
计算机服务器需要具备足够的计算能力和存储空间，以支持大规模的仿真计算。
网络设备需要保证平台内各个模块之间的通信畅通，以及与外部系统的数据交互。
存储设备需要提供足够的存储空间，以保存仿真数据和结果。
2. 软件系统的建设电力系统仿真平台的建设还需要一套完善的软件系统。
这包括仿真软件、数据库管理系统、数据可视化软件等。
仿真软件是平台的核心，需要具备强大的仿真计算能力和稳定的运行性能。
数据库管理系统用于存储和管理仿真数据，以便后续的数据分析和查询。
数据可视化软件可以将仿真结果以图表等形式展示，方便用户进行数据分析和决策。
3. 数据库的建设电力系统仿真平台需要建立一个完善的数据库，用于存储和管理各种仿真数据。
数据库需要具备高效的数据存储和查询能力，以满足平台的数据管理需求。
同时，数据库还需要具备一定的安全性和可靠性，以保护仿真数据的安全和完整性。
二、电力系统仿真平台的应用1. 电力系统分析与优化电力系统仿真平台可以模拟电力系统的运行情况，帮助电力系统运行人员进行系统分析和优化调度。
通过对电力系统的仿真计算，可以得到系统的各种运行参数和指标，如电压、电流、功率等。
运行人员可以根据这些仿真结果，对电力系统进行分析和优化，以提高系统的运行效率和稳定性。
2. 故障诊断与处理电力系统仿真平台还可以帮助电力系统运行人员进行故障诊断和处理。
通过对电力系统的仿真计算，可以模拟各种故障情况，如线路故障、设备故障等。
双馈式风力发电仿真平台系统方案
双馈式风力发电仿真平台系统方案一晃十年过去了，方案写作这档子事儿，对我来说已经是家常便饭了。
今天，就让我用这十年的经验，给大家带来一份“双馈式风力发电仿真平台系统方案”。
1.项目背景风力发电作为可再生能源的重要组成部分，在我国能源结构调整中扮演着举足轻重的角色。
然而，风力发电系统的研究与开发过程中，实验条件的限制和实验成本的提高，使得仿真技术成为了一种重要的研究手段。
本项目旨在搭建一个双馈式风力发电仿真平台，为研究人员提供一个高效、经济的实验环境。
2.项目目标（1）搭建一个具有实际应用价值的双馈式风力发电仿真平台。
（2）通过仿真实验，研究双馈式风力发电系统的运行特性。
（3）为我国风力发电行业提供技术支持，推动风力发电技术的进步。
3.技术方案（1）系统架构（2）风力模型风力模型是仿真平台的基础，它决定了风电机组所承受的风力大小。
本项目采用湍流模型来模拟风力，包括风速、风向和湍流强度等参数。
（3）风力发电机组模型风力发电机组模型是仿真平台的核心，主要包括电机、发电机、变压器和控制系统等部分。
本项目采用双馈式风力发电机组，其特点是电机和发电机采用同一套控制系统，能够实现风力发电的高效运行。
（4）控制系统模型控制系统模型是保证风力发电系统正常运行的关键。
本项目采用PID控制算法，实现对风力发电机组的实时控制，确保其稳定运行。
（5）负载模型负载模型主要用于模拟风力发电系统的负载特性，包括有功负载、无功负载和负载率等参数。
本项目采用恒阻抗负载模型，以简化仿真过程。
（6）仿真环境仿真环境是风力发电仿真平台的重要组成部分，主要包括硬件环境和软件环境。
硬件环境主要包括计算机、服务器等设备；软件环境主要包括操作系统、编程语言和仿真工具等。
4.项目实施（1）搭建仿真平台我们需要搭建一个双馈式风力发电仿真平台，包括风力模型、风力发电机组模型、控制系统模型、负载模型和仿真环境。
在搭建过程中，要注意各模块之间的接口关系，确保仿真平台的稳定运行。
风力发电系统模型搭建与仿真分析
风力发电系统模型搭建与仿真分析采用小型永磁同步电机分析模型并且忽略其磁饱和度。
永磁发电机的数学模型如下：(3-8)代表永磁发电机在d 轴流过的电流，u d代表发电机在d 轴上的电压，L d 代表永磁式中id发电机在d 轴上的电感。
i q 代表永磁发电机在q 轴流过的电流，u q 代表发电机在q 轴上的电压，L q 代表永磁发电机在q 轴上的电感。
发电机角速度是①e ，发电机定子电阻是R a ，发电机的电磁转矩是T e 。
发电机永磁体磁链是Ψ。
当转子表面装有磁铁时，有效气隙可视为常数。
这是因为永磁材料相对磁导率大概一致[55] 。
所以d轴与q轴同步电感一致，即L d =L q =L 化简为：(3-9)其中T与成i q 正比。
如果发电机电磁转矩变大，系统中的定子电流也会随之变大，e进而对定子电流进行控制，使得发电机电磁转矩与风力涡轮输出转矩T 均衡，实现最大功率输出。
在仿真平台上搭建风力发电系统最大功率点跟踪仿真模型，模型图如下图3-8 所示。
AC/DC 采用了不可控整流二极管，DC/DC 变换器使用boost 电路，永磁同步发电机模型直接在Matlab 中调用。
将风机半径设为3.5m ，设置初始风速为4m/s 并进行时长4s 的仿真，在2s 时将风速提升至6m/s。
梯度式扰动观察法中最大功率点跟踪模块的控制策略如图3-9 所示。
图3-8 风力发电系统的控制模型Fig.3-8 Control model of wind power generation system28图 3-9 风力发电最大功率跟踪模块Fig.3-9 Wind power generation maximum power tracking module永磁同步电机参数情况如下表 3-1 所示。
表 3-1 永磁同步电机参数Tab.3-1 Parameter of synchronous machine名称参数大小额定转速（rad/s ） 40 转动惯量（kg/m 2） 0. 189 定子绕组电阻 (Ω) 0.05 定子绕组电感（ m H ）7. 15 极对数 34 磁链（Wb ）0. 1892风力发电系统最大功率跟踪仿真曲线如图 3-10 和 3-11 所示。
本科毕业论文-—风力发电系统控制模型建立和仿真分析
摘要风能作为一种清洁的可再生能源，在当今能源短缺的情况下，变的越来越重要。
由于风的不稳定性和风力发电机单机容量的不断增大，使风力发电系统和电网的相互影响也越来越复杂，因此，对风力发电系统功率输出的稳定性提出了更高的要求。
控制系统对提高风力发电系统功率输出的稳定性有很大的作用，所以有必要对控制系统和控制过程进行分析。
本设计主要依据风力发电机组的控制目标和控制策略，通过使用电力系统动态模拟仿真软件PSCAD/EMTDC，建立变桨距风力发电机组控制系统的模型。
为了验证控制系统模型的可用性，建立风力发电样例系统模型，对样例系统进行模拟仿真，并对所得的仿真结果进行了分析，从而证实了风力发电机组控制系统模型的可用性,然后得出了它的控制方法。
通过对风力发电机组控制系统的模拟仿真，可得如下结论：风力发电机变浆距控制属非线性动态控制，在风力发电机组起动时，通过改变桨叶节距来获得足够的起动转矩，达到对风轮转速的控制的目的；当风速高于额定风速时，通过自动调整桨叶节距，改变气流对叶片的攻角，从而改变风力发电机组获得的空气动力转矩，满足风力发电系统输出功率稳定和功率曲线优化的双重要求。
关键词：风力发电；控制系统；PSCAD/EMTDC；仿真分析AbstractThe wind energy which is used as a kind of clean and reproducible energy, nowadays gets more and more important in the energy scarcity cases. Because instability of the wind and continuous enlarging capacity of the single machine in wind power generation, mutual effect between the wind power system and the grid is more and more complicated, so the higher demand is brought forward about the stability of output power of the wind power generation system. The control system may enhance the stability of output power, therefore we have the necessity to analyses control system and the control processes.The design mainly bases on the control target and strategies of the wind power generation. We have established the alterable pitch control model using the power system dynamic simulation software PSCAD/ EMTDC. Also we have established the model of the wind power system for validating the usability of the controller model. We have simulated the whole system and analyzed the result of simulation, and confirmed the usability of the controller model and its control method.We have simulated the control system model of the wind power generation, and got a conclusions: The alterable pitch control of wind power generation is the non-linear dynamic control, control system changed pitch angle for acquiring starting torque while the wind power generation started; we adjusted the pitch angle for changing angle which airflow blow vane , when the wind speed exceed rated speed, then changed the torque of aerodynamics for Satisfing dual demand which are steady power output of the wind power generation and optimizing the power curve .Keywords: Wind power generation; Control system; PSCAD/ EMTDC; Simulation and analysis毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
风电场虚拟现实仿真实训系统
风力发电场虚拟现实仿真系统、运行环境
二、技术框架
三、软件描述：
1)用户管理：不同角色不同权限，管理员可以增加、更改、查询
删除用户。
潘加用户用户若；［h阁］工号:
2)风力发电原理(动画解说形式)：进入场景后，系统自动播放风
力发电原理动画，加上配音解说讲争发电过程。
3)风力发电场发电量计算：可以手动调整风力大小与风的方向，计算
每台风机发电量。
局枇犠烹：甌枇止常隹疔
风力毎飙；湫
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当询感向：鬲底
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LtJ<h 丈也机磐址人机验机舵住诵迪风办发电札轉子，曲卑子T *畑
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4) 风力发电沉浸式体验：以人视角行走在风电场内，进入风筒与机 舱内部。
5) 风力发电设备介绍；风力发电各个设备功能介绍。
6)风力发电雷电知识讲解：风叶、机舱等防雷设计。
7)风力发电事故模拟：场景模拟雷电风叶与机舱发生火灾事故模
拟。
电力电子教学虚拟仿真实验平台的搭建与研究
电力电子教学虚拟仿真实验平台的搭建与研究【摘要】本文主要研究了电力电子教学虚拟仿真实验平台的搭建与研究，首先阐述了选题背景、研究意义以及国内外研究现状。
接着从设计要求、技术架构、功能模块、应用案例和效果评估五个方面详细描述了该平台的具体内容。
最后对该平台的潜在应用价值进行了讨论，提出了未来研究方向，最后总结和展望。
通过这些研究，可以更好地促进电力电子教学的实践应用，提高教学效果和学习体验，有助于推动电力电子领域的教学和研究工作。
【关键词】电力电子、教学、虚拟仿真、实验平台、设计、技术架构、功能模块、应用案例、效果评估、潜在应用价值、研究方向、总结、展望1. 引言1.1 选题背景电力电子是电气工程领域的重要分支，主要研究电力系统中的电能转换、控制和调节技术。
随着电力电子技术的不断发展和应用，对电力电子教育的需求也越来越迫切。
传统的电力电子教学主要依靠实验室实践，但存在设备昂贵、环境受限、安全隐患等问题，不能满足教学和实验的需求。
电力电子教学虚拟仿真实验平台的搭建与研究成为当前的热点之一。
该平台借助计算机技术和仿真技术，模拟真实的电力电子实验环境，为学生提供更加便捷、安全、有效的学习体验。
通过虚拟仿真实验平台，学生可以在模拟的实验环境中进行实验操作、参数调节、结果观察等，从而更好地理解和掌握电力电子的原理和应用。
建立一套完善的电力电子教学虚拟仿真实验平台对于提高电力电子教学的质量和效率具有重要意义。
在国内外，已有部分研究团队在这方面取得了一定进展，但仍存在着技术不成熟、功能不完善等问题。
本研究旨在借鉴国内外先进经验，通过系统研究和实践，构建一套完善的电力电子教学虚拟仿真实验平台，以满足电力电子教育的需求。
1.2 研究意义电力电子教学虚拟仿真实验平台的研究意义：电力电子技术在现代电气工程领域中占据着重要地位，对于培养学生的实际操作能力和理论知识的掌握具有不可替代的作用。
传统的电力电子实验教学存在着诸多问题，如设备昂贵、实验时间有限、安全隐患等，限制了学生的实践操作和深入理解。
毕业设计_风力发电虚拟仿真
本次所设计的课题是风力发电系统的虚拟设计，旨在开发小型风力发电系统，而风力发电的基础设备是风力发电机。
风力发电机组由风轮、组合体（包括发电机和回转体尾舵拉索式塔架等）、配电控制器、蓄电池和逆变器组成。
目前国际国内风力发电系统发展的现状都很乐观，世界能源委员会预计，全世界到2020年风力发电装机容量可达1.8亿-4.7亿KW。
采用风力发电的优点，从环境保护上看：不消耗任何燃料，无污染排放，是可再生的绿色洁净能源；从投资建设上看：单台发电设备投资不大，建设灵活，建设周期短，只要把设备立起来就可以发电；从气候条件上看：在冬、春季风大，发电多，而冬春两季又是我国的枯水期，风电和水电可以互补；另外我国的风，多在下午开始加大，到后半夜开始减弱，这正好和电力负荷曲线相吻合。
本次课题设计为了降低设计试制成本，减少新产品开发中的风险，要借助现代计算机技术进行虚拟设计。
虚拟现实（Virtual Reality）技术是20世纪80年代末90年代初崛起的一种实用技术，与网络、多媒体并称为21世纪最具应用前景的三大技术，用于描述交互式3D对象和世界，可用于多种应用领域，如工程和科学可视化，多媒体演示，娱乐和教育游戏，网页，并共享虚拟世界。
本次设计为了能更好的表达风力发电系统的工作过程，利用VR 技术生成了一个逼真的风力发电机的工作虚拟环境。
1.1 研究背景石油、煤、水或核电是当今世界能源的主要构成部分。
随着科技进步和国民经济的日益发展，能源的需求量也在不断增长。
而传统能源的一些弊端也逐渐显露。
石油资源日益枯竭，而燃煤、核能等又存在大量环境污染和安全隐患，寻找新的可再生清洁能源、改善世界能源结构就成为了世界各国迫在眉睫的头等大事。
经过三十几年对可再生能源现代开发的研究和应用，目前，新型清洁可再生能源的优势已逐步体现。
作为一种洁净无污染的可再生能源，风能是人类最早利用的能源之一。
作为太阳能的一种形式，风能取之不尽，用之不竭，分布广泛、储量巨大、清洁无污染。
风力发电系统的建模与仿真方法探索
风力发电系统的建模与仿真方法探索随着对可再生能源的需求不断增加，风力发电作为一种可持续发展的能源形式变得越来越重要。
风力发电是一种利用风来产生电能的过程，通过将风能转化为机械能，再经过发电机转化为电能。
为了提高风力发电系统的效率和稳定性，在实际建设之前进行系统的建模和仿真非常重要。
在风力发电系统的建模与仿真中，首先需要对系统的各个组成部分进行建模。
风力发电系统主要由风机、齿轮箱、发电机和电网组成。
通过建立各个组件的数学模型，可以通过仿真分析系统的性能和效果。
例如，可以建立风机的动力学模型，考虑风速、扭矩和转速之间的关系。
然后，将风机和齿轮箱的模型进行耦合，考虑加载和传输效率。
最后，将发电机模型与电网模型耦合，分析系统的电能输出和功率稳定性。
风力发电系统的建模与仿真过程中，还需要考虑风场和环境条件的影响。
风场的不稳定性和突发性可以对系统的稳定性和发电效率产生影响。
因此，需要根据实际风场数据进行建模，并将其与系统模型进行耦合。
同时，还需要考虑环境条件对系统组件的影响，如温度、湿度和海拔等。
在建立好系统的数学模型之后，可以利用计算机仿真软件对系统进行仿真分析。
常用的仿真软件包括MATLAB Simulink、PSCAD和DigSilent等。
这些软件提供了丰富的模块和工具，可以方便地建立风力发电系统的仿真模型，并进行各种参数的调节和分析。
通过仿真分析，可以评估系统在不同工况下的性能和效果。
例如，在不同风速和负荷条件下，可以分析系统的电能输出和效率。
同时，还可以研究系统的稳定性和可靠性，分析系统在突发风速变化和电网故障等情况下的响应能力。
通过仿真还可以优化系统的控制策略和参数设置，提高系统的性能和可持续发展能力。
除了建模和仿真，还可以通过实验来验证仿真结果。
建立实验平台，通过对风机、发电机和电网等组件的实际测试，可以对仿真结果进行验证和修正。
通过比较仿真结果和实验结果，可以进一步提高模型的准确性和可靠性。
基于半实物仿真的风力发电实验教学平台
第３７卷第３期贵州大学学报(自然科学版)Ｖｏｌ.３７㊀Ｎｏ.３２０２０年㊀５月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＧｕｉｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ(ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ)Ｍａｙ２０２０收稿日期:２０１９￣１１￣１６基金项目:国家自然科学基金项目资助(５１５６７００５)作者简介:潘春鹏(１９９６￣)ꎬ男ꎬ在读硕士ꎬ研究方向:配电网自动化和智能电网ꎬＥｍａｉｌ:２７７７８５３８１８＠ｑｑ.ｃｏｍ.∗通讯作者:郝正航ꎬＥｍａｉｌ:ｈａｏｚｈｅｎｇｈａｎｇ＠１６３.ｃｏｍ.文章编号㊀１０００￣５２６９(２０２０)０３￣００５３￣０５ＤＯＩ:１０.１５９５８/ｊ.ｃｎｋｉ.ｇｄｘｂｚｒｂ.２０２０.０３.１０基于半实物仿真的风力发电实验教学平台潘春鹏ꎬ郝正航∗(贵州大学电气工程学院ꎬ贵州贵阳５５００２５)摘㊀要:针对传统的风力发电教学实验平台功能单一㊁难以完全满足新工科建设对学生多维能力培养需求的现状ꎬ基于半实物仿真技术ꎬ设计了一种产学研一体化的风力发电控制装置研发及教学实验平台ꎮ以ＯＢＥ(基于学习产出的教育模式ꎬＯｕｔｃｏｍｅｓ￣ＢａｓｅｄＥｄｕｃａｔｉｏｎ)理念为指导ꎬ依托贵州大学通用实时仿真平台ꎬ以培养科学素养高㊁创新能力强㊁实践能力强的三位一体的复合型高级工程技术人才为目标ꎬ参考企业实际产品研发测试流程ꎬ通过采用先进的实时仿真技术ꎬ构建了适用于新工科建设的新一代实验教学平台ꎬ探索了产学研一体化的新工科人才培养路径ꎮ关键词:风力发电ꎻ硬件在环ꎻ产学研一体化ꎻ新工科中图分类号:ＴＭ６１４ꎻＧ６４２.４２３㊀㊀㊀文献标识码:Ａ㊀㊀风能是一种清洁的可再生能源ꎬ风力发电是风能利用的主要形式[１]ꎮ一个完整的风力发电系统涉及的专业知识包括电机学㊁电力电子技术㊁自动控制㊁电力拖动等ꎬ而这些知识对应的是电气工程及其自动化专业的重要专业课ꎮ因此ꎬ有必要把风力发电系统作为该专业创新综合应用类课程的实验教学实例[２]ꎮ传统实物风力发电教学实验平台功能单一ꎬ多依托于固定的实物拓扑ꎬ以操作演示为主ꎬ缺乏创新性与拓展性ꎻ而纯数字仿真平台可以实现对控制算法的研究ꎬ却难以培养学生动手实践的能力ꎮ为了实现学生创新㊁实践与科研多维能力的全面发展ꎬ高校自行研制基于半实物仿真技术的新型实验教学平台ꎬ已成为当前风力发电实验平台建设与探索的热点ꎮ１㊀风力发电实验教学平台建设现状目前国内外对风力发电实验教学平台建设进行了很多的探索ꎬ但大多是实物实验平台或纯数字仿真实验平台ꎮ文献[３]中建设了以小型永磁同步发电系统和ＬａｂＶＩＥＷ监控系统组成的风力发电实验平台ꎬ可以实现完整风力发电过程的演示ꎬ帮助学生对风力发电建立直观的概念ꎻ文献[４]中通过对实际运行大型风力机进行实时数据的采集ꎬ配合３Ｄ动画技术ꎬ建立了一个交互式风力学习实验平台ꎬ形象地展示了风力发电的过程ꎬ让学生学习过程充满趣味性ꎻ文献[５]中建设了以可编程逻辑控制器(ＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＬｏｇｉｃＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒꎬＰＬＣ)㊁电机㊁风机和蓄电池组成的小型风力实验平台ꎬ学生通过调节风速按钮ꎬ可以观察风力发电功率曲线的变化ꎬ较为形象地展示了风力发电的实际情况ꎮ以上３种风力教学实验平台功能都比较单一ꎬ主要以操作演示为主ꎮ学生只能对风力发电的整体过程大致了解ꎬ对少部分原理进行简单验证ꎬ学生参与度低ꎮ文献[６]中基于德国Ｌｕｃａｓ￣ｎｕｅｌｌｅ公司的双馈风力发电教学实验平台ꎬ设计了一些典型实验ꎬ通过软硬件结合模拟风机运行ꎬ结合计算机辅助测量控制ꎬ帮助学生形象理解各种晦涩的理论知识ꎮ通过风速模拟㊁风力机控制㊁双馈风力发电并网㊁双馈风力发电功率控制与双馈风力发电低电压穿越等实验操作过程ꎬ加深了学生对课堂知识的理解ꎮ但由于是采用现成的实物实验平台ꎬ控制器对学生是不开放的ꎬ学生无法研究与运用最新的控制技术ꎬ实验过程缺乏创新性与拓展性ꎮ贵州大学学报(自然科学版)第３７卷文献[７]中以ＭＡＴＬＡＢ软件为基础ꎬ采用模块化思想ꎬ设计了一种风力发电仿真平台ꎻ文献[８]中基于ＭＡＴＬＡＢ与ＬａｂＶＩＥＷ设计了一个风力发电虚拟实验教学平台ꎬ突破了实验环境㊁场地㊁仪器设备等条件的限制ꎬ教学内容丰富形象且成本低ꎮ虽然纯软件仿真能够帮助学生学习和验证控制理论与算法ꎬ但较难培养学生的实际动手能力ꎬ学生对实际的控制器也很难有直观的认识ꎮ总的来说ꎬ传统的实物和纯数字仿真风力发电实验平台较难满足新工科建设下对学生科研能力㊁创新能力与实践能力培养的要求[９￣１２]ꎮ因此ꎬ本文面向新工科建设内涵要求[１３]ꎬ对风力发电实验平台进行了探索ꎬ研制了一种基于半实物仿真技术的实践教学平台ꎮ２㊀建模方案２.１㊀实验平台基础架构实验平台基础架构采用通用实时仿真器(Ｕｎｉ￣ｖｅｒｓａｌＲｅａｌ￣ｔｉｍｅＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＰｌａｔｆｏｒｍꎬＵＲＥＰ)ꎮＵＲＥＰ是自主研发的基于模型化的工程设计应用平台ꎬ其基础构架如图１所示ꎮＵＲＥＰ包括主控计算机和实时仿真目标机:主控计算机用于离线建模和实时监控㊁在线调参ꎻ实时仿真目标机用于运行实时模型ꎬ并与外部设备接口形成半实物闭环系统ꎮ目标机包含多核处理器仿真主板㊁高速通信单元㊁智能Ｉ/Ｏ接口单元㊁协调优化硬件解算器和实时操作系统ꎬ是实验平台的核心部分ꎮ利用ＭＡＴ￣ＬＡＢ/Ｓｉｍｕｌｉｎｋ建立动态系统数学模型ꎬ经代码转换为Ｃ代码后ꎬ编译下载到实时仿真器内运行ꎬ可以进行实时数字仿真㊁半实物仿真及控制㊁测量与系统控制等ꎮＵＲＥＰ具有快速控制原型(ＲａｐｉｄＣｏｎ￣ｔｒｏｌＰｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇꎬＲＣＰ)㊁功率级快速控制原型(Ｐｏｗ￣ｅｒＲａｐｉｄＣｏｎｔｒｏｌＰｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇꎬＰＲＣＰ)㊁硬件在环(ＨａｒｄｗａｒｅＩｎｔｈｅＬｏｏｐꎬＨＩＬ)和功率级硬件在环(ＰｏｗｅｒＨａｒｄｗａｒｅＩｎｔｈｅＬｏｏｐꎬＰＨＩＬ)等４项基本功能ꎬ仿真步长最短可达３０μｓꎬ完全能够满足风力发电仿真与控制装置研发一体化实验平台建设的基本需求[１４]ꎮ２.２㊀实验平台的层次化设计实验平台采用层次化设计思想ꎬ如图２所示ꎬ分为离线仿真㊁实时仿真和半实物仿真等３个层次ꎮ第一层次为离线仿真ꎬ是指在ＰＣ端实现功率主系统以及控制算法的建模ꎬ并进行离线仿真ꎮ该图１㊀实验平台的基础架构Ｆｉｇ.１㊀Ｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｐｌａｔｆｏｒｍ层的主要功能是验证风力发电系统的整体方案是否可行ꎮ第二层次是全数字实时仿真ꎬ是指将离线模型实时化后导入ＵＲＥＰ实时运行ꎮ功率主系统和控制器两部分的模型分别搭建为硬件在环(ＨＩＬ)子系统和快速控制原型(ＲＣＰ)子系统ꎮＨＩＬ和ＲＣＰ均在ＵＲＥＰ中运行ꎬ二者交换的信号通过ＵＲＥＰ的输入输出端口实现连接ꎮ该层的主要功能是通过长时间运行(如几小时至几天甚至更长)ꎬ验证数字系统的稳定性和可靠性ꎮ这是第一层次无法完成的ꎮ第三层次是半实物仿真ꎬ是指将ＲＣＰ子系统模型通过Ｓｉｍｕｌｉｎｋ代码自动生成技术导入嵌入式开发平台(ＳＴＸ￣Ｎ３９)ꎬ使ＲＣＰ转变为实际控制器ꎬ并对主系统进行控制ꎬ验证控制算法在实际控制中的性能ꎬ可以消除在实际控制中存在的缺陷ꎬ并测试极端情况㊁故障情况下控制器的功能是否完善ꎮ该层的主要功能是培养学生基于嵌入式平台开发实际控制器的能力ꎬ是半实物仿真平台的最终目标ꎮ２.３㊀半实物仿真实验平台的组成实验室现场的半实物仿真实验平台如图３所示ꎬ由ＵＲＥＰ㊁ＰＣ上位机㊁嵌入式开发平台(Ｎ３９控制器)㊁机柜等设备组成ꎮ相对于传统操作演示型４５第３期潘春鹏等:基于半实物仿真的风力发电实验教学平台图２㊀实验平台的３个层次Ｆｉｇ.２㊀Ｔｈｒｅｅｌｅｖｅｌｓｏｆｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｐｌａｔｆｏｒｍ的实物风力教学实验平台ꎬ基于半实物实时仿真技术的实验平台ꎬ控制器对学生不再是一个黑匣子ꎬ学生可以对各种先进的控制算法进行研究与运用ꎬ实验过程更具有创新性与拓展性ꎮ相对于传统纯数字风力发电仿真实验平台ꎬ利用半实物实时仿真技术ꎬ将控制器硬件纳入到仿真回路中进行测试ꎬ其仿真效果更趋近真实情况ꎬ仿真结果更具说服力ꎮ并且通过对实际控制器的研发与测试ꎬ学生可以真正地接触真实的硬件ꎬ学习从理论算法到实际控制设备运行代码的转换过程ꎬ自己动手联合软硬件进行调试ꎬ大大提高了学生实验的参与度ꎮ图３㊀半实物仿真实验平台Ｆｉｇ.３㊀ＨＩＬｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｐｌａｔｆｏｒｍ３㊀风力发电项目实验流程设计项目式风力发电控制装置研发的实验实践教学主要分为３个阶段:控制器研发的理论基础的学习与贯通阶段ꎬ控制算法快速验证与创新阶段和实物控制器验证与实践能力提升阶段ꎮ３.１㊀控制器研发的基础理论验证本阶段主要通过风力发电系统的Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真模型搭建(图４)ꎬ对风力发电的过程形成整体的认识ꎬ融会贯通风力发电相关的基础理论知识ꎮ如图４所示ꎬ实验主要包括:风轮机模型搭建实验ꎬ风力发电机侧与网侧变流器控制实验ꎬ风力发电最大功率追踪实验ꎬ风力发电并网控制实验ꎬＬＶＲＴ电压跌落测试实验ꎮ图４㊀Ｓｉｍｕｌｉｎｋ离线仿真模型搭建Ｆｉｇ.４㊀ＴｈｅｂｕｉｌｄｉｎｇｏｆｏｆｆｌｉｎｅＳｉｍｕｌｉｎｋｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌ５５贵州大学学报(自然科学版)第３７卷３.２㊀控制算法快速验证与创新阶段风电系统的控制器主要通过嵌入式硬件进行开发ꎬ底层代码大都比较复杂ꎬ对于编程基础薄弱的电气工程专业学生很难快速适应ꎮ为此研制了具有代码快速转化㊁调试简单的ＲＣＰ快速原型控制器ꎬ大大提高控制器开发的效率ꎮ如图５所示ꎬ将第一阶段搭建的控制算法模型与功率主电路模型分别导入ＲＣＰ与ＵＲＥＰ中运行ꎬ进行ＲＣＰ＋ＨＩＬ半实物仿真闭环测试实验ꎬ利用先进的半实物仿真技术快速验证所搭建的控制算法的有效性ꎮ然后学生根据自己想法对控制算法进行优化ꎬ不断试错ꎬ不断验证ꎬ快速地对控制算法进行创新ꎮ图５㊀ＲＣＰ＋ＨＩＬ两个半实物仿真闭环测试Ｆｉｇ.５㊀ＴｗｏｃｌｏｓｅｄｌｏｏｐｔｅｓｔｓｏｆＲＣＰ＋ＨＩＬ３.３㊀实物控制器验证如图６所示ꎬ首先在ＳＴＸ￣Ｎ３９控制器中刷入Ｕｂｕｎｔｕ系统ꎬ然后利用Ｓｉｍｕｌｉｎｋ代码自动生成技术将控制算法模型转化为Ｃ代码ꎬ并将代码移植到控制器中ꎬ同时也需要学会电压电流数据如何采集㊁ＰＷＭ脉冲如何产生等硬件知识ꎮ最后将实际的控制器与实时仿真器连接ꎬ对控制器进行硬件在环实时仿真测试ꎬ真正地实现了产学研一体化ꎮ图６㊀实际控制器的硬件在环测试Ｆｉｇ.６㊀Ｈａｒｄｗａｒｅｉｎｔｈｅｌｏｏｐｔｅｓｔｏｆｔｈｅｒｅａｌｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ㊀㊀ＬＶＲＴ电压跌落测试:电压跌落时ꎬ永磁直驱风电机组的主要问题是输出功率不平衡引起的直流母线电压上升ꎬ可通过储存或消耗多余能量的方法ꎬ解决功率平衡问题ꎬ抑制冲击压[１５]ꎮ采用Ｃｈｏｐｐｅｒ电路实现ＬＶＲＴꎬ对直流电压进行监测ꎮ当直流电压超过限值２０００Ｖ时ꎬ触发Ｃｈｏｐｐｅｒ中的ＩＧＢＴꎬ泄放直流母线的能量ꎮ初始风速为０ꎬ在０.０１ｓ跳变到８ｍ/ｓꎻ０.２ｓ交流断路器合闸ꎬ开始并网运行ꎻ０.３ｓ风速跳变到１２ｍ/ｓꎻ０.５ｓ交流电压跌落到０.２ｐｕꎬ持续６２５ｍｓꎻ１.５ｓ仿真结束ꎮ如图７所示ꎬ０.２ｓ前ꎬ断路器两侧电压Ｖａｂｃ＿ｇ与Ｖａｂｃ＿ｇ１已基本重合ꎬ此时合闸ꎬ由图８看到其冲击电流很小ꎮ图７㊀断路器两侧电压Ｆｉｇ.７㊀Ｖｏｌｔａｇｅｏｎｂｏｔｈｓｉｄｅｓｏｆｔｈｅｃｉｒｃｕｉｔｂｒｅａｋｅｒ图８㊀电网侧电流Ｆｉｇ.８㊀Ｇｒｉｄｓｉｄｅｃｕｒｒｅｎｔ㊀㊀如图９所示ꎬ０.５ｓ交流电压跌落时ꎬ直流母线电压急剧上升ꎬ此时Ｃｈｏｐｐｅｒ电路被触发ꎬ将Ｖｄｃ限制在２０００Ｖ左右ꎬ并且可持续６２５ｍｓ运行ꎬ满足ＬＶＲＴ测试标准ꎮ图９㊀直流母线电压Ｆｉｇ.９㊀ＤＣｂｕｓｖｏｌｔａｇｅ６５第３期潘春鹏等:基于半实物仿真的风力发电实验教学平台４㊀结语依托自主研发的ＵＲＥＰ构建了新型风力发电实验平台ꎬ将教学￣科研￣装置研发有机结合起来ꎮ通过项目式学习ꎬ让学生学会利用全局工程意识来统筹多门学科的知识ꎬ学习重心由课本知识转移到了个人能力ꎮ通过实际装置的研发ꎬ让学生了解了企业电力系统自动化装备的开发流程ꎬ实现了由知识传授向企业所需的职业能力过渡ꎮ参考文献:[１]李振东.直驱永磁同步风力发电实验系统的构建与实验[Ｊ].实验室研究与探索ꎬ２０１２ꎬ３１(１２):４７￣４９.[２]郝雯娟ꎬ张祺.教学用风力发电系统虚拟实验台的设计与实现[Ｊ].实验技术与管理ꎬ２０１６ꎬ３３(２):９７￣９９.[３]严干贵ꎬ于文杰ꎬ戴武昌ꎬ等.永磁风力发电教学实验平台的研制[Ｊ].东北电力大学学报ꎬ２００９ꎬ２９(４):６７￣７１. [４]ＢＵＳＨＪꎬＫＡＮＥＭꎬＳＥＧＲＵＤＫꎬｅｔａｌ.Ａｎｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅａｐｐｒｏａｃｈｔｏｒｅｎｅｗａｂｌｅｅｎｅｒｇｙｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄｅｄｕｃａｔｉｏｎ[Ｃ]//２０１１ＦｒｏｎｔｉｅｒｓｉｎＥｄｕｃａｔｉｏｎＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅꎬＲａｐｉｄＣｉｔｙꎬＳＤꎬＵＳＡ.ＰｉｓｃａｔａｗａｙꎬＮＪꎬＵＳＡ:ＩＥＥＥＰｒｅｓｓꎬ２０１１:Ｓ３Ｆ￣１￣Ｓ３Ｆ￣５.[５]张儒ꎬ陈志军.风力发电模拟实验装置设计[Ｊ].自动化仪表ꎬ２０１１ꎬ３２(９):３５￣３７.[６]梅柏杉ꎬ吴迪ꎬ冯江波.双馈风电实验平台在实践教学中的应用研究[Ｊ].实验技术与管理ꎬ２０１５ꎬ３２(５):１０１￣１０３ꎬ１０６.[７]王鹏ꎬ王武ꎬ张元敏.风力发电仿真实验平台开发及应用[Ｊ].实验技术与管理ꎬ２０１２ꎬ２９(４):８１￣８３.[８]ＨＡＯＷꎬＬＩＵＨꎬＷＡＮＧＹꎬｅｔａｌ.ＴｈｅｄｅｓｉｇｎａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆａｔｅａｃｈｉｎｇｖｉｒｔｕａｌｐｌａｔｆｏｒｍｂｙｃｏｍｂｉｎｉｎｇＬａｂＶＩＥＷａｎｄＳｉｍｕｌｉｎｋｆｏｒｕｎｄｅｒｇｒａｄｕａｔｅｓｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ[Ｃ]//２０１７２０ｔｈＩｎｔｅｒｎａ￣ｔｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＭａｃｈｉｎｅｓａｎｄＳｙｓｔｅｍｓꎬＳｙｎｄｅｙꎬＮＡＷꎬＡｕｓｔｒａｌｉａ.ＰｉｓｃａｔａｗａｙꎬＮＪꎬＵＳＡ:ＩＥＥＥＰｒｅｓｓꎬ２０１７:１￣４. [９]姚春光ꎬ潘卫明ꎬ徐殿国ꎬ等.基于鼠笼式异步电机的风机模拟实验平台研究[Ｊ].电力电子技术ꎬ２０１０ꎬ４４(６):２３￣２５. [１０]程俊杰ꎬ郑晓丹ꎬ凌松盛ꎬ等.风力发电综合实验系统研制与应用[Ｊ].实验技术与管理ꎬ２０１２ꎬ２９(１１):７４￣７７ꎬ８６.[１１]李振东.直驱永磁同步风力发电实验系统的构建与实验[Ｊ].实验室研究与探索ꎬ２０１２ꎬ３１(１２):４７￣４９ꎬ１０７.[１２]陈明亮ꎬ袁雷ꎬ肖飞ꎬ等.兆瓦级永磁直驱风力发电模拟实验系统设计[Ｊ].电力系统自动化ꎬ２０１５ꎬ３９(１５):１３２￣１３６. [１３]张爱华ꎬ于忠党ꎬ张志强.创新教育与专业教育深度融合的教学模式研究与实践 以«模拟电子技术»为例[Ｊ].渤海大学学报(自然科学版)ꎬ２０１９ꎬ４０(２):１６７￣１７３.[１４]黄绍书ꎬ郝正航ꎬ余敏ꎬ等.基于通用实时仿真平台的电流保护仿真研究[Ｊ].贵州大学学报(自然科学版)ꎬ２０１８ꎬ３５(３):７６￣８０.[１５]ＣＨＡＤＡꎬＧＺＡＪ.Ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒｅｎｅｒｇｙｓｔｏｒａｇｅｆｏｒｗｉｎｄｅｎｅｒｇｙａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ[Ｊ].ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＩｎｄｕｓｔｒｙＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓꎬ２００７ꎬ４３(３):７６９￣７７６.(责任编辑:曾㊀晶)ＷｉｎｄＰｏｗｅｒＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔＴｅａｃｈｉｎｇＰｌａｔｆｏｒｍＢａｓｅｄｏｎＨａｒｄｗａｒｅ￣ｉｎ￣ｔｈｅ￣ｌｏｏｐＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＰＡＮＣｈｕｎｐｅｎｇꎬＨＡＯＺｈｅｎｇｈａｎｇ∗(ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＧｕｉｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＧｕｉｙａｎｇ５５００２５ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｗｉｎｄｐｏｗｅｒｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｔｅａｃｈｉｎｇｐｌａｔｆｏｒｍｉｓｓｉｎｇｌｅꎬｓｏｉｔｃｏｕｌｄｎｏｔｆｕｌｌｙｍｅｅｔｔｈｅｎｅｅｄｓｏｆｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｓｔｕｄｅｎｔｓ'ｍｕｌｔｉ￣ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌａｂｉｌｉｔｙｉｎｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｅｍｅｒｇｉｎｇｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｅｄｕｃａｔｉｏｎ.Ｔｈｉｓｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄｔｅａｃｈｉｎｇｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｐｌａｔｆｏｒｍｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄ.Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｈａｒｄｗａｒｅ￣ｉｎ￣ｔｈｅ￣ｌｏｏｐｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｅｃｈ￣ｎｏｌｏｇｙｔｈａｔａｐｐｌｉｅｄａｗｉｎｄ￣ｐｏｗｅｒｃｏｎｔｒｏｌｄｅｖｉｃｅｉｎｔｅｇｒａｔｉｎｇｉｎｄｕｓｔｒｙꎬｅｄｕｃａｔｉｏｎａｎｄｒｅｓｅａｒｃｈ.Ｇｕｉｄｅｄｂｙｔｈｅｃｏｎ￣ｃｅｐｔｏｆＯＢＥꎬｉｔｗａｓｓｕｐｐｏｒｔｅｄｂｙｔｈｅＵｎｉｖｅｒｓａｌＲｅａｌ￣ｔｉｍｅＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＰｌａｔｆｏｒｍｏｆＧｕｉｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬａｉｍｉｎｇａｔｔｒａｉｎｉｎｇｈｉｇｈ￣ｌｅｖｅｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄｔｅｃｈｎｉｃａｌｐｅｒｓｏｎｎｅｌｗｉｔｈｓｔｒｏｎｇｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃꎬｉｎｎｏｖａｔｉｖｅａｎｄｐｒａｃｔｉｃａｌａｂｉｌｉｔｙ.ＴｈｅｎｅｗｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｔｅａｃｈｉｎｇｐｌａｔｆｏｒｍｗａｓｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｒｅａｌｐｒｏｄｕｃｔＲ＆Ｄａｎｄｔｅｓｔｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｏｆｅｎ￣ｔｅｒｐｒｉｓｅｓｂｙｕｓｉｎｇａｄｖａｎｃｅｄｒｅａｌ￣ｔｉｍｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬｅｘｐｌｏｒｉｎｇａｎｅｗｔｒａｉｎｉｎｇｐａｔｈｏｆｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｔａｌｅｎｔｓｉｎｔｈｅｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｏｆｉｎｄｕｓｔｒｙꎬｅｄｕｃａｔｉｏｎａｎｄｒｅｓｅａｒｃｈ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｗｉｎｄｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎꎻＨＩＬꎻｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｏｆｉｎｄｕｓｔｒｙꎬｅｄｕｃａｔｉｏｎａｎｄｒｅｓｅａｒｃｈꎻｅｍｅｒｇｉｎｇｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｅｄｕｃａｔｉｏｎ７５。