CN102257695B - 用于测试风力涡轮机发电厂的方法和系统 - Google Patents

用于测试风力涡轮机发电厂的方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于现场和全面测试风力涡轮机发电厂的方法和系统。具体而言，本发明涉及一种应用利用连接到待测试的风力涡轮机发电厂的电源电网的基频或者其谐波进行调谐的谐振电路的方法和系统。在现场和全面测试期间待测试的风力涡轮机发电厂可以保持连接到所述电源电网。

Description

用于测试风力涡轮机发电厂的方法和系统
技术领域
本发明涉及一种用于测试风力涡轮机设施，优选是风力涡轮机发电厂的方法和系统。具体而言，本发明涉及应用利用连接到待测试的风力涡轮机设施的电源电网的基频或者其谐波进行调谐的谐振电路的方法和系统。
背景技术
目前用于风力涡轮机的电压穿越性能的现场和全面测试的测试系统相当笨重。实际上，需要占据整个容器的测试仪器以执行单个风力涡轮机的现实的全面测试。而且，诸如在EP 1 801 414中建议的系统的已知系统要求在测试期间待测试的风力涡轮机与相关联的电源电网断开连接。
为了测试整个风力涡轮机发电厂，对于发电厂中的每一个风力涡轮机要求一个测试容器的等同物。显而易见的是，使用传统系统和方法的风力涡轮机发电厂的现场测试变得不现实。
出于上述原因，可以看出，本发明的实施例的目的在于提供一种能够在现实条件下测试风力涡轮机发电厂的方法和测试系统。
可以看出，本发明的实施例的再一目的在于提供一种用于测试风力涡轮机发电厂的方法和测试系统，所述方法和测试系统能够在不干扰电源电网，包括连接到其的客户的情况下执行风力涡轮机发电厂的现场和全面测试。
可以看出，本发明的实施例的另一目的在于提供一种用于风力涡轮机发电厂的移动测试系统。
发明内容
在第一方面，通过提供一种用于可操作地连接到电源电网的风力涡轮机设施的现场测试的移动测试系统来实现上述目的，所述测试系统包括在所述电源电网的基频处具有可变阻抗的第一谐振电路，所述第一谐振电路适于与所述风力涡轮机设施和所述电源电网串联插入。
发明人意识到，为了使用已知技术测试整个风力涡轮机发电厂，对于该发电厂中的每一个风力涡轮机需要一个测试容器的等同物。所提出的移动测试系统将能够以高度降低的仪器量现场和全面测试风力涡轮机发电厂。
应该宽泛地理解术语“风力涡轮机设施”。因而，术语风力涡轮机设施可以覆盖将风能转换为电能的任何设施。这样设施的示例是隔离的风力涡轮机、风力涡轮机的小组、风力涡轮机发电厂或者其子组。
应该将术语“移动”理解为适于从一个风场移动到另一风场的系统。因而，根据本发明第一方面的测试系统能够在发电厂场之间容易地移动以测试位于不同位置上的风力涡轮机发电厂。
所述第一谐振电路可以适于插入在公共耦合点和所述电源电网之间。通过这种方式，建立包括风力功率设施、第一谐振电路和电源电网的串联连接。所述第一谐振电路可以由单个谐振电路构成，或者其可以由并联耦合的多个谐振电路构成，其中对所述多个谐振电路中的每一个进行调谐以匹配所选择的谐波。
所述测试系统可以还包括在所述电源电网的基频处具有可变阻抗的第二谐振电路，所述第二谐振电路适于插入在所述公共耦合点和地之间。
所述第一和第二阻抗以可获得预定的短路电流电平的方式可变。而且，通过改变所述第一和第二谐振电路的阻抗之间的比值，所述公共耦合点处的电压电平可以在0和超出其标称值的电平之间变化。原因在于所述第一和第二谐振电路组合形成分压器。
所述第一和第二谐振电路的阻抗理论上可以根据需要为高或者低。然而，通常适于对所述第一谐振电路调谐以在所述电源电网的基频处具有比所述第二谐振电路的阻抗低的阻抗。
优选地，与所述电网串联的阻抗，即所述第一谐振电路，使短路比值(SCR)为最大值五。因而，所述第二和第一谐振电路之间的比值优选地小于五。所述第二谐振电路的阻抗限定在所述公共耦合点处剩余的电压电平。
可以对于所述第一和第二谐振电路中的每一个设置电路断路器，以激活和/或去激活所述第一和/或第二谐振电路。与其并联设置用于激活和/或去激活所述第一谐振电路的一个或者多个电路断路器。通过这种方式，可以短路所述第一谐振电路并且从而根据需要在要求的情况下被旁路。在第一谐振电路由并联耦合的多个谐振电路构成的情况下，可以对于每一个谐振电路设置电路断路器，以使得可以激活和/或去激活每一个单独的谐振电路。可选地，可以设置用于整体激活和/或去激活第一谐振电路的公共电路断路器。就实现而言，所述电路断路器可以由可控的电开关构成。
关于第二谐振电路，可以与其串联设置电路断路器。
针对所述第一和第二谐振电路中的每一个可以设置测量设备。所述测量设备中的每一个适于测量诸如电压、电流、频率等等的电参数。通过这种方式，可以监控提供到各自谐振电路的电压、电流等等。
为了控制所述测试系统，可以设置适于对所测量的参数进行信号处理并且用于控制电路断路器的控制装置。
所述测试系统可以还包括诸如STATCOM或者同步补偿器的补偿装置。这些可选补偿装置可以用于补偿由阻抗的切换导致的电网电压的不期望干扰。不期望干扰的抑制是重要的，由于否则这些干扰将达到并且干扰消费者和/或可操作地连接到电网的其它风力涡轮机发电机。
在第二方面，本发明涉及一种用于现场测试可操作地连接到电源电网的风力涡轮机设施的方法，所述方法包括在公共耦合点和所述电源电网之间设置在所述电源电网的基频处具有可变阻抗的第一谐振电路。
而且，应该宽泛地理解术语风力涡轮机设施。因而，术语风力涡轮机设施可以覆盖将风能转换为电能的任何设施。这样设施的示例是隔离的风力涡轮机、风力涡轮机的小组、风力涡轮机发电厂或者其子组。
所述方法可以还包括设置在所述电源电网的基频处具有可变阻抗的第二谐振电路的步骤，所述第二谐振电路设置在所述公共耦合点和地之间。
所述第一谐振电路可以适于插入在公共耦合点和所述电源电网之间。通过这种方式，建立包括风力功率设施、第一谐振电路和电源电网的串联连接。所述第一谐振电路可以由单个谐振电路构成，或者其可以由并联耦合的多个谐振电路构成，其中对所述多个谐振电路中的每一个进行调谐以匹配所选择的谐波。
所述第一和第二阻抗以如果合适地选择所述第一和第二阻抗则预定的短路电流电平可获得的方式可变。可以在结合本发明第一方面提及的范围内选择所述第一和第二阻抗的值的项。
如上所述，通过改变所述第一和第二谐振电路的阻抗之间的比值，所述公共耦合点处的电压电平可以在0和超出其标称值的电平之间变化。
为了执行根据本发明第二方面的方法，可以测量诸如电压、电流、频率等等的一个或者多个电参数，所述电参数随后用作到控制适于激活和/或去激活谐振电路的多个电路断路器的控制系统的输入参数。
附图说明
下面将参照附图详细解释本发明。
尽管本发明可以具有各种变型和替代形式，但是在附图中以示例的方式示出了特定实施例并且将在这里详细描述这些特定实施例。然而，应该理解，本发明并非旨在局限于所公开的特定形式。相反，本发明旨在覆盖落入由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的全部变型、等效和替代。
具体实施方式
在最广泛的方面，本发明涉及一种适合于在现实工作条件下现场和全面测试风力涡轮机发电厂的移动测试系统以及相关联的方法。根据本发明的系统和相关联的方法意在不干扰可操作地连接到风力涡轮机发电厂的电源电网的情况下对该风力涡轮机发电厂执行测试。本发明的原理在于谐振电路的应用，对所述谐振电路进行调谐以与所述电源电网的基频或者其谐波匹配。
本发明的测试系统以及相关联的方法有助于确定例如以对于各种短路比值的电压控制为例的风力涡轮机发电厂特性。而且，可以映射与低压穿越情况相关的特性。而且，能够测试孤岛行为和谐波干扰。例如，如果到地的阻抗由电阻性负载构成，则能够分析用于孤岛操作的频率电压。
现在参照图1，示出了根据本发明一个实施例的系统。如图1所示，包括多个风力涡轮机2的风力涡轮机发电厂1经由根据本发明实施例的测试系统4可操作地连接到具有电网阻抗Zgrid的电源电网3。风力涡轮机发电厂1典型地包括电路断路器5和用于将所述发电厂的电压电平匹配到所述电网的电压电平的电网变压器6。而且，每一个风力涡轮机2可以经由变压器8可选地耦合到发电厂电网7。
图1所示的测试系统包括第一谐振电路9和第二谐振电路10。在图1中，第一谐振电路9插入在公共耦合点和电源电网3之间。通过这种方式，建立包括风力发电厂、第一谐振电路和电源电网的串联连接。
在图1中，第一谐振电路9由单个谐振电路构成。然而，第一谐振电路9可以可选地由并联耦合的多个谐振电路构成，其中对所述多个谐振电路中的每一个进行调谐以与所选择的所述电源电网的基频的谐波匹配。所选择的谐波满足表达式6n±1，其中n为正整数。因而，在谐波频谱的下端中，典型的电网谐波为五次、七次、十一次和十三次。
测试系统的每一个谐振电路包括并联或者串联耦合的电容器和电感器。而且，可以设置用于阻尼目的的电阻器。
为了确定第一和第二谐振电路的设计值，需要解析具有三个未知项(L、C和R)的三个等式的下面系统：
ω r = 1 LC
Z = R 2
XL＝π·f·L
其中L和C分别是电感和电容，并且R为滤波器的电感和电容分支中的内部电阻(图1中未示出)。而且，Z表示滤波器谐振时的阻抗，XL是电感分支的阻抗，而ωr是滤波器的谐振频率。
结合每一个谐振电路9、10设置适当的传感器装置11、12。这些传感器装置可以是电压传感器和/或电流传感器。通过测量和控制器模块15处理来自传感器装置的信号。
此外，分别设置用于激活或者去激活第一谐振电路9和第二谐振电路10的可控电路断路器13、14。设置测量和控制模块15以控制电路断路器13、14。在要激活第一谐振电路9的情况下，需要关闭电路断路器13。类似地，在要激活第二谐振电路10时，需要打开电路断路器14。在仅要激活第二谐振电路10的情况下，需要打开电路断路器13和14二者。
图1所示的测试系统装配有例如STATCOM或者同步补偿器形式的可选补偿装置16。可以结合可选补偿装置16设置可选传感器装置17。
可以通过各种操作模式操作图1所示的测试系统。例如，如果使电路断路器13、14二者打开，则仅激活第一谐振电路。如果要测试所述发电厂对于各种短路比值的响应，则可以应用该操作模式。

Claims (20)

1.一种用于对可操作地连接到电源电网的风力涡轮机设施进行现场测试的移动测试系统，所述测试系统包括在所述电源电网的基频处具有可变阻抗的第一谐振电路，所述第一谐振电路适于与所述风力涡轮机设施和所述电源电网串联插入，
其中所述第一谐振电路包括并联耦合的多个谐振电路，其中对所述多个谐振电路中的每一个进行调谐以匹配所选择的谐波。
2.根据权利要求1所述的移动测试系统，其中所述第一谐振电路适于插入在公共耦合点和所述电源电网之间。
3.根据权利要求2所述的移动测试系统，还包括在所述电源电网的基频处具有可变阻抗的第二谐振电路，所述第二谐振电路适于插入在所述公共耦合点和地之间。
4.根据权利要求3所述的移动测试系统，其中所述第一谐振电路的阻抗和所述第二谐振电路的阻抗以能够获得预定的短路电流电平的方式变化。
5.根据权利要求4所述的移动测试系统，其中所述第一谐振电路适于被调谐成在所述电源电网的基频处具有比所述第二谐振电路的阻抗低的阻抗。
6.根据权利要求5所述的移动测试系统，其中所述第二谐振电路和第一谐振电路的阻抗之间的比值小于五。
7.根据权利要求3-6中的任一项所述的移动测试系统，其中针对所述第一谐振电路和所述第二谐振电路中的每一个设置电路断路器，所述电路断路器适于激活和/或去激活所述第一谐振电路和/或所述第二谐振电路。
8.根据权利要求3-6中的任一项所述的移动测试系统，其中针对所述第一谐振电路和所述第二谐振电路中的每一个设置测量设备。
9.根据权利要求8所述的移动测试系统，其中所述测量设备中的每一个适于测量电参数。
10.根据权利要求9所述的移动测试系统，其中所述电参数是电压、电流、频率。
11.根据权利要求9或10所述的移动测试系统，还包括适于对所测量的参数进行信号处理并且用于控制电路断路器的控制装置。
12.根据权利要求1-6、9和10中的任一项所述的移动测试系统，还包括补偿装置。
13.根据权利要求12所述的移动测试系统，其中所述补偿装置是STATCOM或者同步补偿器。
14.一种用于对可操作地连接到电源电网的风力涡轮机设施进行现场测试的方法，所述方法包括在公共耦合点和所述电源电网之间串联设置在所述电源电网的基频处具有可变阻抗的第一谐振电路的步骤，
其中所述第一谐振电路包括并联耦合的多个谐振电路，其中对所述多个谐振电路中的每一个进行调谐以匹配所选择的谐波。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括设置在所述电源电网的基频处具有可变阻抗的第二谐振电路的步骤，所述第二谐振电路被设置在所述公共耦合点和地之间。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括以能够获得预定的短路电流电平的方式来选择所述第一谐振电路的阻抗和所述第二谐振电路的阻抗的步骤。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述第一谐振电路在所述电源电网的基频处的阻抗低于所述第二谐振电路在所述基频处的阻抗。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述第二谐振电路的阻抗和所述第一谐振电路的阻抗之间的比值小于五。
19.根据权利要求14-18中的任一项所述的方法，还包括测量一个或者多个电参数的步骤。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述电参数是电压、电流、频率。
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