CN102565565A - 用于测试能量生成器或能量消耗器的方法和电路 - Google Patents

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Abstract

描述了一种用于测试能够连接到电能量供给网的能量生成器或能量消耗器的方法和电路。能量生成器或能量消耗器连接到连接点(P)上。存在转换器电路(29)，借助该转换器电路能够影响在连接点(P)上的电压(Vpcc)。转换器电路(29)通过变压器(30)与连接点(P)连接。存在由扼流圈(31)和第一开关(32)构建的串联电路，并且该串联电路与连接点(P)连接。以时间上彼此协调的方式首先将第一开关(32)闭合并且影响转换器电路(29)，使得在连接点(P)上的电压(Vpcc)具有所期望的值，并且随后断开第一开关(31)。

Description

用于测试能量生成器或能量消耗器的方法和电路
技术领域
本发明大体上涉及一种用于对可连接到电能量供给网的能量生成器或能量消耗器进行测试的方法和电路。能量生成器和能量消耗器可以是发电机、马达、燃料电池、太阳能逆变器、所谓的功率调节系统或其他电部件，其可以连接到能量供给网上。
本发明尤其涉及一种用于对风力发电装置的发电机进行测试的方法和电路。应理解的是，本发明也可以应用于水电站中或应用于热电站等等中。
背景技术
风力发电装置已知用于产生电能，其中发电机借助受风作用的风轮来驱动。所产生的电能于是被馈送到能量供给网中。
由能量供给网的运营商设立了条件，风力发电装置必须满足该条件，由此允许其连接到能量供给网。所谓的故障穿越(fault-ride-through-Bedingung)条件在此要求：风力发电装置在能量供给网的电压过高的情况下还能够将电能馈送到能量供给网中。
已知的是，用于产生电能的电部件(即尤其是发电机和必要时相关的转换器)单独地、即与风力发电装置无关地借助电学仿真电路来检查。例如，风力仿真可以借助电动机来实现，借助该电动机仿真所期望的风，并且随后将风作用于发电机。此外，还可以存在电网仿真，其仿真能量供给网，发电机将所产生的电能馈送到该能量供给网中。该电网仿真与发电机或相关的转换器电连接。电网仿真会受影响，使得可以产生能量供给网的所期望的具有可调节的频率的电压变化过程并且将其预先提供给发电机。
已知的方法和电路能够仿真电压降落到零，即能量供给网短路。然而，不能仿真电压超高。
发明内容
本发明由此提出了如下任务：提出一种方法和一种电路，借助其可以自由调节具有任意频率的任意的电压超高。
本发明通过根据权利要求1和8所述的方法来解决该任务。本发明同样通过根据权利要求6和12所述的电路来解决该任务。
在本发明的第一实施形式中，能量生成器或能量消耗器连接到连接点上。存在转换器电路，借助其可以影响在连接点上的电压。转换器电路通过变压器与连接点连接。存在串联电路，其由扼流圈和第一开关构建，并且该串联电路与连接点连接。以时间上彼此协调的方式首先闭合第一开关并且影响转换器电路，使得在连接点上的电压具有所希望的值，并且随后第一开关被断开。
所仿真的能量供给网的电压超高通过多个措施的协作来产生。这样，通过闭合第一开关而引起连接点上的电压降落。电压降落通过转换器电路的相应影响来抵消。随后断开第一开关导致连接点上的电压升高。
该方法带来了如下优点：在没有显著的额外开销的情况下，可以以简单的方式实现所仿真的电压超高。由此，可以显著简化和改进能量生成器或能量消耗器的测试。
在本发明的第二实施形式中，能量生成器或能量消耗器连接到连接点，在该连接点存在电压。存在由扼流圈和第一开关构建的串联电路，并且该串联电路与连接点连接。存在由扼流圈和第二开关构建的并联电路，并且该并联电路与连接点连接。串联电路被施加以大于在连接点上的电压的电压。以时间上彼此协调的方式一方面闭合第一开关，使得连接点上的电压升高，而另一方面断开第二开关。
所仿真的消耗器的电压超高通过闭合第一开关和断开第二开关来实现。通过闭合第一开关实现串联电路在连接点上施加电压并且在那里导致电压升高。通过断开第二开关实现了在连接点上可以形成提高的电压。
该方法带来了如下优点：以小的开销可以实现所仿真的电压超高。本发明的本实施形式的另一优点在于，这里并不一定需要转换器电路。由此可以显著地简化和改进能量生成器或能量消耗器的测试。
在本发明的一个扩展方案中，存在转换器电路，其与并联电路连接，并且借助该转换器电路可以影响连接点上的电压。以时间上彼此协调的方式一方面闭合第一开关而另一方面影响转换器电路，使得在连接点上的电压转变到提高的值。借助转换器电路可以影响连接点上的电压转变至提高的电压的方式和方法。
在本发明的一个改进方案中，开关构建为电子功率半导体器件，例如构建为带有或不带相关的熄灭电路的晶闸管或GTO晶闸管(GTO＝gate-turn-off，栅极关断)或者构建为可关断的IGBT(IGBT＝绝缘栅双极性晶体管)。这带来如下优点：可以特别简单且精确地控制操作开关的时刻。尤其是，使用不带熄灭电路的晶闸管会是有利的，因为其比较真实地模拟了中压开关的特性。
在本发明的另一改进方案中，可以调节扼流圈的电感。由此，可以在所仿真的能量供给网的不同频率的情况下实现类似的电压降落。
附图说明
本发明的其他特征、应用可能性和优点从以下对本发明的在附图的视图中所示的实施例的描述中得到。在此，所有描述的或所示的特征本身或以任意组合形成本发明的主题，而与其在权利要求中的概述或引用无关，并且与其在说明书或附图中的表述或显示无关。
图1示出了根据本发明的用于对尤其是风力发电装置的发电机进行测试的电路的第一实施例的示意性框图，以及图2示出了相应的电路的第二实施例的示意性框图。
具体实施方式
在图1中示出了电路10，其在本实施例中与风力发电装置结合来使用。应理解的是，电路10也可以应用于水电站中或应用于热电站等等中。此外，电路10在本实施例中设置用于测试发电机。应理解的是，其他能量生成器或能量消耗器也可以借助电路10来测试，例如也可以测试电动机或燃料电池或太阳能逆变器或所谓的功率调节系统等等。
电路10在图1中出于简化目的基本上仅单相地示出。应理解的是，电路10也可以两相或更多相地构建。
电路10具有要被测试的发电机电路12。发电机电路12是风力发电装置的用于产生电能的部件。在本实施例中，发电机电路12示例性地由带有相关的转换器14的双馈式异步发电机13构建。异步发电机13的转子通过转换器与发电机电路12的连接点连接，并且异步发电机13的定子直接与连接点连接。应理解的是，也可以应用其他发电机类型，例如同步发电机，和/或也可以不存在转换器。
电路10具有风力仿真装置17，其在本实施例中要仿真驱动异步发电机13的风。风力仿真装置17由连接到能量供给网18上的变压器19、转换器电路20和电动机21构建。电动机21的驱动轴通过必要时连接在中间的传动器22抗扭地与发电机13的驱动轴连接。
借助控制装置和/或调节装置23可以在时间上影响转换器电路20，使得得到的电动机21的转速变化过程对应于驱动异步发电机13的所期望的风。
电路10在位置上不必直接构建在风力发电装置旁，而是可以与风力发电装置无关地例如安装在测试厅中。应理解的是，该电路10也可以直接在风力发电装置中。如果在该情况下该发电机电路12嵌入风力发电装置中，即尤其是异步发电机13抗扭地与风力发电装置的风轮连接，则风力仿真装置17可以不再需要而省去。
电路10具有电网仿真装置27，其要仿真所仿真的能量供给网的时间上的电压变化过程。发电机电路12将电能馈送到所仿真的能量供给网中。电网仿真装置27由连接到能量供给网18的变压器28、转换器电路29和另外的变压器30构建。转换器电路29通过另外的变压器30与发电机电路12连接，在此实施例中与发电机电路12的所提及的连接点连接。从发电机电路12的该连接点出发，在至变压器30的连接上存在另一连接点P，在该连接点P上存在电压Vpcc(pcc＝公共耦合点)。
尤其是在转换器电路29的合适设计的情况下，另外的变压器30可替选地也可以通过扼流圈替代。在变压器30的变压比不是必需时，这尤其是特别低成本的。
可替选地，还可能的是，在风力仿真装置17和电网仿真装置27的两个转换器电路20、29之间存在共同的直流电压轨。在此情况下，在朝着能量供给网18的方向上仅需要在电网侧的唯一的转换器和唯一的变压器。
在连接点P上连接有扼流圈31和第一开关32的串联电路。在串联电路内的顺序在此是无关紧要的，使得开关32也可以连接到连接点P上。该串联电路可以连接到多相的中性点上。同样可能的是，该串联电路是多相的三角形连接的组成部分。必要时，串联电路也可以接地。
此外，在转换器电路29与变压器30之间连接有滤波器电路33。
扼流圈31的电感是可变的。这例如可以通过如下方式来实现：扼流圈31的匝数可以借助机械装置手动地调节。借助扼流圈31的相应调节可以产生所仿真的能量供给网的基本类似的变化过程，更确切地说，与所仿真的能量供给网的频率无关。
第一开关32构建为电子功率半导体器件。例如，开关32可以是带有或不带相关的熄灭电路的晶闸管或是GTO晶闸管(GTO＝gate-turn-off，栅极关断)或是可关断的IGBT(IGBT＝绝缘栅双极性晶体管)等等，其中这些部件优选可构建为模块并且由此例如已经可以包含续流二极管等等。
滤波器电路33可以是如下已知电路，借助其可以平滑电压Vpcc。
借助控制装置和/或调节装置34可以在时间上影响转换器电路29，使得得到的电压Vpcc的时间变化过程对应于能量供给网的所期望的预先给定的电压变化过程。预先给定的电压变化过程在此可以对称地或不对称地设置。也可以借助转换器电路29自由地设置所仿真的能量供给网的不同频率，尤其是50赫兹和60赫兹。
此外，控制装置和/或调节装置34设计为将开关32从闭合状态切换到断开状态，以及相反。以下所基于的是，开关32处于其断开状态中而扼流圈31由此并不起作用。
总之，要测试的发电机电路12可以借助风力仿真装置17而受所期望的风作用，并且借助电网仿真装置27而经历所馈送的能量供给网的预先给定的电压变化过程。电路10由此尤其适于测试在所馈送的能量供给网的电压单向或多相升高到预先给定的过压时发电机电路12的特性。
在开关32断开的情况下，借助转换器电路29将电压Vpcc调节到所馈送的能量供给网的电压的所希望的值上。
为了仿真所馈送的能量供给网的电压超高，由电网仿真装置27以时间上彼此协调的方式实施两个措施。首先，第一开关32被切换到其闭合状态中，使得在扼流圈31上存在电压Vpcc。这本身导致电压Vpcc的电压降落，然而该电压降落由转换器电路29通过如下方式平衡：电压Vpcc还被控制或调节到所馈送的能量供给网的电压的所期望的值。随后，开关32被切换到其断开状态中。这导致电压Vpcc的提高。以此方式可实现的过压在此尤其与在变压器30上的电压有关。电压超高的变化过程或程度可以附加地被转换器电路29影响或支持。
所述的措施并不同时实施，而是在基本一致的时间范围中完成。重要的是这两个措施在时间上彼此协调，使得至所仿真并且由发电机电路12馈送的能量供给网的所追求的电压超高的转变具有所期望的变化过程。
通过所阐述的措施可以(如所提及的那样)仿真在能量供给网中提高到预先给定的过压，其中发电机电路12将电能馈送到该能量供给网中。由此，可以测试发电机电路12在这样的情况下如何表现。尤其是可以检查发电机电路12是否满足所谓的故障穿越条件。
为了结束在能量供给网中的所仿真的电压超高，又由网络仿真装置27取消所述的两个措施。这里也并不取决于措施的同时性或顺序，而是取决于它们彼此的时间协调。例如，转换器电路29可以受影响，使得电压Vpcc又下降到所馈送的能量供给网的电压的本身所期望的值。该转变可以通过暂时闭合第一开关32来支持。
在图2中示出了电路40，其基于图1的电路10。就电路40的与电路10相一致的部件而言参照前面对图1的阐述。以下仅仅详细地阐述了图2的电路40与图1的电路10不同的部件和功能。
补充于图1的电路10，图2的电路40包含扼流圈42和第二开关43的并联电路。此外，变压器28具有附加绕组28’，其与开关32连接。附加绕组28’对变压器28的初级绕组的匝数比在此选择为使得在绕组28’上的电压大于本身设置为电压Vpcc的、针对所仿真的能量供给网的电压所期望的值。
不同于图1的电路10，图2的电路40不具有其他变压器30。应指出的是，图1的其他变压器30本身也可以存在于图2的电路40中。
上述的扼流圈42和第二开关43的并联电路连接在转换器电路29与连接点P之间。如果存在其他变压器30，则该并联电路连接在其他变压器30和连接点P之间。但其他变压器30也可以连接在连接点P与所述的并联电路之间。
扼流圈42的电感是可变的。这例如可以通过如下方式来实现：扼流圈42的匝数可借助机械装置手动地调节。
第二开关43构建为电子功率半导体器件。例如，开关43可以是带有相关的熄灭电路的晶闸管或GTO晶闸管(GTO＝gate-turn-off，栅极关断)或可关断的IGBT(IGBT＝绝缘栅双极性晶体管)等等，其中这些部件优选可以构建为模块并且由此例如已可以包含续流二极管等等。
此外，控制装置和/或调节装置34设计为，将第二开关43从闭合状态切换到断开状态以及相反。以下所基于的是，开关32处于其被断开的状态中而开关43处于其闭合状态中。由此，两个扼流圈31、42不起作用。
为了仿真所馈送的能量供给网的电压超高，由电网仿真装置27以时间上彼此协调的方式实施三种措施。于是一方面第二开关43被断开，而另一方面转换器电路29受影响使得电压Vpcc以所期望的转变特性转变到所期望的预先给定的过压。此外，第一开关32被切换到其闭合状态中，使得变压器28的绕组28’的电压通过扼流圈31而在连接点P上。所希望的过压由此尤其与在变压器28的绕组28’上的电压有关。这三种措施不必同时实施，而是在基本上一致的时间范围中进行。所述的措施的顺序在此并不重要。重要的是这三个措施彼此在时间上协调，使得至所仿真的和由发电机电路12馈送的能量供给网的所追求的电压超高的转变具有所希望的变化过程。
例如，这三个措施彼此同步，使得首先第二开关43被断开并且随后开关32被闭合，以便随后借助转换器电路29影响电压Vpcc，使得其转变到预先给定的过压。这三种措施至少在时间上相协调，使得在电压Vpcc的电压超高被仿真之前将开关43断开一时间段。
补充地指出的是，在前面所阐述的措施期间，转换器电路29的影响与在变压器28的绕组28’上的电压尽可能相位同步地进行。这在图2中借助虚箭头来表示。
也可能的是，在可以省去或要省去电压变化过程的精细调谐时，取消转换器电路29来仿真所馈送的能量供给网的电压超高。变压器28在该情况下与所阐述的并联电路直接连接。例如，在该情况下可以首先断开第二开关43并且随后闭合开关32。变压器28的绕组28’的提高的电压于是通过扼流圈31在连接点P上。
通过所阐述的措施可以(如所提及的那样)仿真在发电机电路12将电能馈送到其中的能量供给网中的电压超高。由此可测试发电机电路12在这些情况下如何表现。尤其是可以检查发电机电路12是否满足已提及的故障穿越条件。
为了结束在能量供给网中的所仿真的电压超高，这三个所提及的措施又由网络仿真装置27取消。这里也并不取决于措施的同时性或顺序，而是取决于它们彼此的时间协调。例如，首先第一开关32被断开并且随后第二开关43被切换到其闭合状态，以便随后影响转换器电路29，使得电压Vpcc又下降到所期望的值。

Claims (15)

1.一种用于测试能够连接到电能量供给网的能量生成器或能量消耗器的方法，其中能量生成器或能量消耗器连接到连接点(P)上，并且其中存在转换器电路(29)，借助该转换器电路能够影响在连接点(P)上的电压(Vpcc)，其特征在于，转换器电路(29)通过变压器(30)或扼流圈与连接点(P)连接，存在由扼流圈(31)和第一开关(32)构建的串联电路，并且该串联电路与连接点(P)连接，以时间上彼此协调的方式首先将第一开关(32)闭合并且影响转换器电路(29)，使得在连接点(P)上的电压(Vpcc)具有所期望的值，并且随后将第一开关(31)断开(图1)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中第一开关(32)的闭合导致连接点(P)上的电压(Vpcc)的降落，并且在该降落通过转换器电路(29)的影响抵消。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中第一开关(32)的断开导致在连接点(P)上的电压的升高。
4.根据权利要求1至3之一所述的方法，其中转换器电路(29)被影响为使得在连接点(P)上的电压(Vpcc)从所升高的值下降到所期望的值。
5.根据权利要求4所述的方法，其中以时间上彼此协调的方式使第一开关(32)暂时地闭合。
6.一种用于测试能够连接到电能量供给网的能量生成器或能量消耗器的电路(10)，其中能量生成器或能量消耗器连接到连接点(P)上，并且其中存在转换器电路(29)，借助该转换器电路能够影响在连接点(P)上的电压(Vpcc)，其特征在于，转换器电路(29)通过变压器(30)或扼流圈与连接点(P)连接，存在由扼流圈(31)和第一开关(32)构建的串联电路，并且该串联电路与连接点(P)连接，以及存在控制装置和/或调节装置(34)，由所述控制装置和/或调节装置以时间上彼此协调的方式首先将第一开关(32)闭合并且影响转换器电路(29)，使得在连接点(P)上的电压(Vpcc)具有所期望的值，并且随后由所述控制装置和/或调节装置将第一开关(31)断开(图1)。
7.根据权利要求6所述的电路(10)，其中控制装置和/或调节装置(34)设计为影响转换器电路(29)，使得在连接点(P)上的电压(Vpcc)从升高的值降低到所期望的值。
8.一种用于测试能够连接到电能量供给网的能量生成器或能量消耗器的方法，其中能量生成器或能量消耗器连接到连接点(P)上，并且其中在连接点(P)上存在电压(Vpcc)，其特征在于，存在由扼流圈(31)和第一开关(32)构建的串联电路，并且该串联电路与连接点(P)连接，存在由扼流圈(42)和第二开关(43)构建的并联电路，并且该并联电路与连接点(P)连接，串联电路被施加以大于在连接点(P)上的电压(Vpcc)的电压，并且以时间上彼此协调的方式一方面将第一开关(32)闭合使得在连接点(P)上的电压(Vpcc)升高，而另一方面将第二开关(43)断开(图2)。
9.根据权利要求8所述的方法，其中存在转换器电路(29)，其与所述并联电路连接，并且借助所述转换器电路能够影响在连接点(P)上的电压(Vpcc)，并且其中以时间上彼此协调的方式一方面闭合第一开关(32)而另一方面影响转换器电路(29)，使得在连接点(P)上的电压(Vpcc)转变到升高的值。
10.根据权利要求9所述的方法，其中首先断开第二开关(43)，随后闭合第一开关(32)并且之后影响转换器电路(29)，使得所述电压(Vpcc)转变到所述升高的值。
11.根据权利要求8至10之一所述的方法，其中断开第一开关(32)，使得在连接点(P)上的电压(Vpcc)下降，并且其中第二开关(43)以时间上协调的方式随着第一开关(32)的断开而闭合。
12.一种用于测试能够连接到电能量供给网的能量生成器或能量消耗器的电路(40)，其中能量生成器或能量消耗器连接到连接点(P)上，并且其中在连接点(P)上存在电压(Vpcc)，其特征在于，存在由扼流圈(31)和第一开关(32)构建的串联电路，并且该串联电路与连接点(P)连接，存在由扼流圈(42)和第二开关(43)构建的并联电路，该并联电路与该连接点(P)连接，所述串联电路被施加以大于在连接点(P)上的电压(Vpcc)的电压，并且存在控制装置和/或调节装置(34)，由所述控制装置和/或调节装置以时间上彼此协调的方式一方面将第一开关(32)闭合，使得在连接点(P)上的电压(Vpcc)升高，而另一方面将第二开关(43)断开(图2)。
13.根据权利要求12所述的电路(40)，其中存在转换器电路(29)，所述转换器电路与所述并联电路连接，并且借助所述转换器电路能够影响在连接点(P)上的电压(Vpcc)，并且其中所述控制装置和/或调节装置(34)设计为以时间上彼此协调的方式一方面闭合第一开关(32)而另一方面影响转换器电路(29)，使得在连接点(P)上的电压(Vpcc)升高。
14.根据权利要求12或13所述的电路(40)，其中所述控制装置和/或调节装置(34)设计为断开第一开关(32)，使得在连接点(P)上的电压(Vpcc)下降，并且将第二开关(43)以时间上协调的方式随着第一开关(32)的断开而闭合。
15.根据权利要求12至14之一所述的电路(40)，其中存在变压器(28)，由该变压器将串联电路施加的电压分路。
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