CN101208644A - 电压凹陷产生装置 - Google Patents
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Abstract
用于连接到电网(1)的发电机(2)如风力涡轮机的产生电压凹陷的装置(30),包括:1-3个并联的变压器(3、4、5),其在一侧通过连接开关(7)和电路断路器(13、11、10)连接到风力涡轮机(2),在另一侧通过电路断路器(18、17、16)和控制开关(6)接地;用于产生短路电路的装置,当触发连接开关(7)和控制开关(6)时,产生具有所需的持续时间和类型的电压凹陷;及用于在形成电压凹陷期间保护变压器(3、4、5)的装置。
Description
技术领域
本发明涉及在发电机上产生电压凹陷的装置,特别是在连接到风力发电厂的内部电网的风力涡轮机上。
背景技术
当电厂的发电机如风力涡轮机连接到输出电网时会导致突然的电压凹陷,因此造成电网短路。在这样的情况下,执行适当的保护断开电网的故障部分,在相反的方向产生新的电压阶跃并在故障之前将电压恢复到正常水平。两步骤的结合称为“电压凹陷”,并由两个参数定义:电压阶跃的幅值和持续时间。
电压凹陷可以导致风力发电厂从电网脱离,伴随其还会带来后续的有害影响,因此需要测试风力涡轮机响应电压凹陷的正确动作。
以下讨论各种已知的不同用途的产生电压凹陷的装置。
专利申请WO0060430描述了检验玻璃制品厂的元件响应可能出现的电压凹陷的灵敏度的系统,其包括使用至少两个双极开关连接到每一相电流的双级联工业自耦变压器,系统在机器的输出上产生电压凹陷,电压凹陷正比于各级上的各个自耦变压器的值。系统提供改变电压凹陷的幅值和持续时间的选项,以及对每一相产生不同的电压凹陷的选项。
美国专利第5886429号提出一种计算机控制和监测的测试台,用于测试连接到测试台的电子设备对测试台产生的电压凹陷和浪涌的响应。
美国专利第5920132号描述了能利用自耦变压器在小功率工业设备上导致电压降低的装置,仅用于低电压。
上述装置中没有一个应用于检验发电机如风力涡轮机响应不同类型的电压凹陷的动作。必须考虑到每一个国家在这一问题上具有不同的标准,因此风力涡轮机制造商必须能够检验不同类型的电压凹陷对其机器的影响,从而确保符合不同的标准。本发明对这一问题提出了解决方案。
发明内容
本发明的主题是用于测试在中低电压下发电机如风力涡轮机响应电压凹陷的动作的装置,电压凹陷类似于可能出现在风力涡轮机连接到的电网上的电压凹陷。
该装置包括:
-1-3个并联的变压器,其在一侧通过连接开关和分别与每一个变压器相连的绝缘开关连接到风力涡轮机,在另一侧通过分别与每一个变压器相连的电路断路器和控制开关连接到地;
-用于产生短路电路的机构,通过以控制开关的打开和闭合时刻的方式触发连接开关和控制开关,从而在所需的线路上产生一段时间的电压凹陷,并通过触发电路断路器,从而在当多于一个变压器时选择涉及形成电压凹陷的变压器的数量,以及选择单相、两相或三相类型的电压凹陷;及
-用于在形成电压凹陷期间保护变压器的机构,优选以下一个或多个元件:
-扼流圈,消除在形成电压凹陷时影响变压器的高频波;
-三相接地电抗器;及
-自动阀,消除变压器上的可能的过电压。
通过变压器构成的分压器,所述装置能在连接到电网的风力涡轮机上产生接地或不接地的单相、两相和三相的短路电路,从而允许上述被测试的风力涡轮机承受不同的电压凹陷,形成电压凹陷不要求风力涡轮机从风力发电厂移走。
具体地,所述装置能够:
-通过形成确定时间的实际短路电路,在风力涡轮机的子端上产生不同类型的电压凹陷;
-为了确保对电网的其余部分干扰最小,短路电路的功率减小到其形成的点;
-风力涡轮机在全功率下运行。
本发明的装置可以连接到:
-风力涡轮机的低压部分,当风力涡轮机的变压器位于塔筒下部时,风力涡轮机的低压易部分可用于装置连接;
-风力涡轮机的中压部分,当风力涡轮机的变压器位于塔筒上部,风力涡轮机的中压是装置连接最可能接近的电压。
假定在等同于风力涡轮机的设备上使用,上述装置可以用于测试任何功率等级的风力涡轮机,其已经成功地用于测试850千瓦和2兆瓦的风力涡轮机。
本发明的其他特征和优点将从以下的详细说明和附图中明显看出。
附图说明
图1是本发明装置在低压装配时的电路图。
图2是本发明装置在中压装配时的电路图。
具体实施方式
根据本发明的装置30能够通过基本上由并联安排的三个变压器3、4和5组成的结构在连接到中压电网(MV)1的风力涡轮机2上形成电压凹陷,三个变压器分别通过电路断路器13和18、11和17及10和16连接到连接开关7、风力涡轮机和控制开关6,为了形成不同持续时间和类型(单相、两相或三相,接地或不接地)的短路电路,装置还配备必要的操作和控制元件,在风力涡轮机2的端子上形成的波形类似于在中压电网1上出现电压凹陷的情况下产生的波形。
本发明的装置30包括两种装配类型:
-装配在风力涡轮机2的低压侧8,当风力涡轮机的变压器12位于风力涡轮机的塔筒下部时,风力涡轮机2的低压侧8易于连接所述装置30(图1);
-装配在风力涡轮机2的中压侧9,当风力涡轮机的变压器12位于风力涡轮机的塔筒上部时,中压侧9最易于连接本发明的装置30(图2)。
低压(LV)装配
在本发明的第一实施例中,当风力涡轮机2的变压器12位于风力涡轮机的塔筒下部时,如图1所示装置30通过自动开关7的连接安装在低压侧8,自动开关用于将装置30连接到风力涡轮机2或从风力涡轮机2断开,并限定电压凹陷的持续时间,同时也用作所述装置30的额外保护元件,还支持最大有效短路电流在0.5Icc(1个变压器)到0.75Icc(3个变压器)之间的范围,Icc是风力涡轮机低压的额定短路电流强度。因此配线必须支持所述电流强度,这取决于风力涡轮机的电力是几千安培。
装置30主要包括与风力涡轮机本身的变压器相同的3个变压器3、4和5,其通过电路断路器10、11、13、16、17和18连接或断开,这取决于所需的电压凹陷的幅值。同样地,装置30允许通过线路14和15在风力涡轮机2上产生三相或两相的电压凹陷,线路14和15通过控制开关6闭合或断开变压器3、4和5,从而当需要形成三相电压凹陷时,线路14和15闭合,当需要形成两相电压凹陷时,只有线路14闭合。上述线路14和15根据使用的变压器的变比支持相当低的有效短路电流。
本发明的装置30还包括以下额外元件:
-扼流圈19,优选阻抗为0.2毫亨,用于消除当形成电压凹陷时影响变压器3、4、和5的高频波;
-作为保护元件的三相接地电抗器20,优选Z字形;及
-用于风力发电厂的中压电压校正的自动阀21,以消除变压器3、4和5上的可能的过电压。
装置30的操作方法包括以下步骤:
-闭合连接开关7;
-连续闭合电路断路器13、11和10,从而分别使变压器3、4和5上电;
-通过以下所述形成电压凹陷:
-遥控控制开关6的闭合,引起电压凹陷开始;
-相对于控制开关6的闭合使用可编程的延时定时地打开连接开关7,导致电压凹陷结束,该延迟范围在100毫秒到几秒之间,取决于所需的电压凹陷的深度和持续时间(视所遵循的标准而定,典型值是500毫秒);
-定时地打开控制开关6,优选相对于开关7的打开有100毫秒的延迟。
为了防止在低压侧8可能的接地故障中短路功率等级的升高,必须避免变压器3、4和5的低压绕组中性点接地。
中压(MV)装配
根据本发明的第二实施例,当风力涡轮机2的变压器12位于风力涡轮机的塔筒上部时,用于产生电压凹陷的装置30连接到中压侧1。在这种情况下,如图2所示,需要插入:与风力涡轮机2的中压侧并联的三相接地电抗器20,电抗器优选Z字形;两个变压器32和33,优选与风力涡轮机2自身变压器12相同,为Y-Δ型,其一的低压侧中性点接地;及三相旁路31,从而在其余时间使用装置30进行电压凹陷测试不影响风力涡轮机的运行。
在这种装配中,如果想达到宽范围的电压凹陷,装置30的3个变压器中的至少一个必须比主变压器功率低,优选是主变压器功率的一半。
除了在上述第一实施例中描述的元件,装置30还包括线路34、35和36,其与线路14和15共同闭合变压器3、4和5,按以下方式产生不同类型的电压凹陷:
-如果要产生的电压凹陷是三相类型的跌落,装置30闭合线路14和15;
-如果要产生的电压凹陷是两相类型的跌落,装置30只闭合线路14;
-如果所需电压凹陷是两相到中性点的类型(接地),如果用于一个中性点,装置30闭合线路14和34;如果用于两个中性点,装置30闭合线路14、34和35;如果用于三个中性点,装置30闭合线路14、34、35和36;
-如果所需电压凹陷是单相到中性点的类型(接地),如果用于一个中性点,装置30闭合线路34;如果用于两个中性点,装置30闭合线路34和35;如果用于三个中性点,装置30闭合线路34、35和36;
对于两种装配,低压和中压,装置30产生的电压凹陷的幅值根据风力发电厂的大小和用于产生所述电压凹陷的装置30的构造变化,因此三种相间短路故障产生的电压凹陷的幅值(假设装置的三个变压器都是半功率)将是:
-用一个变压器5,约是50%;
-用两个变压器4和5,约是66%;及
-用三个变压器3、4和5,约是75%。
可以预期短路电流将与低压连接配置中出现的电流相同。
虽然电压凹陷的幅值涉及对双馈风力涡轮机2的测试,但是上述值取决于风力涡轮机2对故障所作的分摊,双馈风力涡轮机的分摊量下降迅速。
在不对称故障的情况下,电压凹陷将取决于所用的配置,在两种情况下都能实现宽范围的电压凹陷。
对于上述优选实施例,可以在权利要求的范围内做出修改。
Claims (7)
1.用于在连接到电网(1)的发电机(2)上产生电压凹陷的装置(30),包括:
a)1-3个并联安排的变压器(3、4、5),其在一侧通过连接开关(7)和分别与每一个变压器(3、4、5)相连的电路断路器(13、11、10)连接到发电机(2),并在另一侧通过分别与每一个变压器(3、4、5)相连的电路断路器(18、17、16)和控制开关(6)连接到地;
b)用于产生短路电路的机构,通过以控制开关的打开和闭合时刻的方式触发连接开关(7)和控制开关(6),从而在所需的线路上产生一段时间的电压凹陷,并通过触发电路断路器(13、11、10、18、17、16),从而在当多于一个变压器时选择涉及形成电压凹陷的变压器的数量,以及选择单相、两相或三相类型的电压凹陷;及
c)用于在形成电压凹陷期间保护变压器(3、4、5)的机构。
2.根据权利要求1所述的用于产生电压凹陷的装置(30),其特征在于用于保护变压器(3、4、5)的机构包括以下一个或多个:
a)扼流圈(19),消除当形成电压凹陷时影响变压器(3、4、5)的高频波;
b)三相接地电抗器(20);及
c)自动阀(21),消除变压器(3、4、5)上的可能的过电压。
3.根据权利要求1所述的用于产生电压凹陷的装置(30),其特征在于发电机是风力涡轮机(2)。
4.根据权利要求3所述的用于产生电压凹陷的装置(30),其特征在于其装配在风力涡轮机(2)的低压侧(8)。
5.根据权利要求3所述的用于产生电压凹陷的装置(30),其特征在于其装配在风力涡轮机(2)的中压侧(9),还包括两个额外的变压器(32、33)和三相旁路(31),从而当形成电压凹陷时不影响风力涡轮机的运行。
6.根据权利要求5所述的用于产生电压凹陷的装置(30),其特征在于如果有多个变压器(3、4、5),其中至少一个与其他的相比必须功率等级较低。
7.根据权利要求4或6所述的用于产生电压凹陷的装置(30),其特征在于装置的变压器(3、4、5;32、33)中的大多数与风力涡轮机(2)的变压器(12)相同。
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