CN102565571B - 用于测试发电系统的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于测试发电系统的装置和方法。描述了一种用于测试发电系统的装置，所述发电系统具体为风力涡轮机系统，所述发电系统应当连接至具有预定第一阻抗的公用电网，所述装置包括：输入端子（113、213），其用于将所述装置连接至发电系统（130、230）的输出端子（131、231）；电网端子（102、202），其用于将所述装置连接至所述公用电网（101、201）；以及电气调整系统（100），其连接在所述输入端子与所述电网端子之间，其中，当具有与第一阻抗不同的第二阻抗的辅助电网连接在所述电网端子处时，所述电气调整系统被适配成将所述输入端子处的阻抗调整为所述预定第一阻抗。还描述了对应的方法。

Description

用于测试发电系统的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种用于测试与具有预定第一电阻抗的公用电网（utility grid）相连接的发电系统（具体地，风力涡轮机系统）的装置和方法。具体地，本发明涉及一种用于测试发电系统的装置和方法，其中，该装置和该方法被适配成在离生产场所很远的测试场所处测试发电系统，该发电系统最终应当安装在所述生产场所处。

背景技术

传统地，发电系统（例如风力涡轮机系统）是在制造场所处制造的并最终安装在离制造场所很远的生产场所处以产生电能。在生产场所处，发电系统应当连接至电力公用电网（electrical utility grid）。最终生产场所处的公用电网可以由必须满足发电系统或者需要被发电系统容忍的多个电气参数来表征。传统地，可能难以在制造场所处测试发电系统的性能或电行为，这是由于在制造场所处或在离生产场所很远的测试场所处，仅辅助电力电网或测试电力电网可用，这并不展现与生产场所处的公用电网相同或相似的电气参数。

因此，存在对一种用于测试发电系统（具体地，风力涡轮机系统）的装置和方法的需要，其允许具体地关于发电系统与生产场所处的公用电网的兼容性来检查或测试发电系统。

发明内容

该需要可以由根据独立权利要求所述的主题满足。本发明的有利实施例由从属权利要求描述。

根据一个实施例，一种用于测试（在特定的电气条件下监视功能或监视电行为）与具有预定第一电阻抗（具体地，表征包括实部且包括虚部的电阻，具体地描述对交流电的对抗或阻力的度量，其中，电阻抗可以由复数表示，其中，阻抗的复数的量值是电压幅度与电流幅度之比，并且其中阻抗的复数的相位是电流提前电压的相移，其中，阻抗的倒数还可以被称作导纳，其中，复阻抗可以以极坐标形式或笛卡尔坐标形式表示，其中，笛卡尔坐标形式的实部是电阻R并且其中阻抗的笛卡尔坐标形式的虚部是电抗X，其中，如果与公用电网相连接的消耗装置和负载是纯电阻器，则公用电网的阻抗可以为纯实数，并且其中如果与公用电网相连接的消耗装置或负载是纯电感器和/或电容器，则公用电网的阻抗可以是纯虚数）的电力公用电网（多个消耗装置或负载可以与其相连接，其中，公用电网使用电线连接、开关、变压器和其他电子或电元件将电能提供给多个消耗装置或负载）相连接（或应当被连接）的发电系统（具体地，用于发电的系统，其包括用于将机械能转换为电能的机电器件或设备）的装置（具体地，包括多个电子或电组件，所述多个电子或电组件包括有线连接、开关、电阻器、电容器、电感器、晶体管），所述发电系统具体为风力涡轮机系统（具体地，其包括风力涡轮机塔架、安装在塔架顶部的机舱以及与安装在机舱内的旋转轴耦合的发电机，其中，在所述旋转轴处安装有一个或多个风力涡轮机叶片，其中，所述发电机还可以包括转换器和/或变压器），其中，所述装置包括：输入端子（如连接点、插头或插座），其用于将所述装置电连接至所述发电系统的输出端子（所述发电系统为其供应所生成的电能）；电网端子（如连接点、插头或插座），其用于将所述装置电连接至所述公用电网；以及电气调整系统（具体地，其包括一个或多个电气或电组件，如电阻器、电容器、电感器、晶体管、开关和/或一个或多个有线部分），其连接在所述输入端子与所述电网端子之间（其中，该连接可以是间接的，使得一个或多个其他组件可以处于调整系统与输入端子之间并且使得一个或多个组件可以处于调整系统与电网端子之间），其中，当具有与所述第一阻抗不同的第二阻抗的辅助电网（其与所述公用电网不同并且其具体地可以位于所述发电系统的制造场所或测试场所处）连接在所述电网端子处时，调整系统被适配为（具体地，被调整系统中包括的组件的特定物理配置和布置以及连接方式适配为）将所述输入端子处的阻抗调整（具体地，调节、修改、适配、改变或模拟）为预定第一阻抗。

具体地，所述电气调整系统可以用于对多个不同的公用电网参数（公用电网阻抗）进行建模，使得有可能在制造场所处执行对所述发电系统的测量，以反映在最终安装的生产场所处所述发电系统将服从的属性以及条件和电气参数。从而，当发电系统实际和最终被连接至所述生产场所处的公用电网时，可以更容易地预测、测量或观察所述发电系统的行为。从而，可能已经在仅辅助电网可用的制造场所或测试场所处识别和发现所述发电系统在特定电条件或公用电网参数下的问题或故障。从而，可以更容易地执行并且可以以更灵活的方式执行对发电系统进行的测试。

根据一个实施例，所述电气调整系统包括从电容器、电阻器、电感器和开关中选择的（至少一个）组件。具体地，可以给出从组件的以上组中选择的一个或多个组件，其中，所述组件可以以串联、并联、星形配置、三角状配置或者以上连接类型的任何组合彼此连接。通过提供作为电容器、电阻器、电感器和/或开关的这种种类的组件，所述输入端子处的阻抗可以被更容易地适配为所述生产场所处的公用电网的第一阻抗。

根据一个实施例，所述电气调整系统包括与组件并联连接的旁路开关。从而，所述组件可以选择性地允许电流流经所述组件，或者可以经由所述旁路开关而绕过（当所述旁路开关闭合时）以具有将所述阻抗调整为预定第一阻抗的更多灵活性。具体地，如果多于一个组件被包括在所述电气调整系统内，则这些组件中的每一个可以包括用于选择性地绕过该组件或允许电流流经该组件的旁路开关。

根据一个实施例，所述组件连接至参考点（如接地点或特定相位）。如果所述电气调整系统包括一个或多个组件，则多个组件可以连接至相同参考点。从而，使得能够将功率信号排放至所述参考点，以扩展用于测试发电系统的装置的测试能力。

根据一个实施例，调整系统包括参考点开关，经由所述参考点开关，所述组件连接至所述参考点。因此，可以通过切换所述参考点开关，选择性地允许或不允许电流经过所述组件流向所述参考点。从而，提供了用于测试发电系统的改进的灵活性。

根据一个实施例，调整系统包括从电容器、电阻器、电感器和开关中选择的至少一个其他组件。

根据一个实施例，所述至少一个其他组件与所述组件串联连接。如果所述至少一个其他组件包括甚至更多组件，则它们中的一些组件可以与所述组件串联连接并相对于彼此串联连接，或者可以至少部分地连接至一个或多个参考点。

根据一个实施例，调整系统包括与所述至少一个其他组件并联连接的其他旁路开关。从而，可以选择性地允许或不允许电流流经所述其他组件，从而改进测试发电系统的灵活性并改进调整阻抗的灵活性。

根据一个实施例，所述至少一个其他组件连接至其他参考点（具体地，其可以电连接至所述参考点）。

根据一个实施例，所述用于测试发电系统的装置还包括：电流测量系统（具体地包括响应于电流的任何传感器或设备），其用于测量所述输入端子处（或者通往所述输入端子的导线处）和/或所述电网端子处（或者通往或来自所述电网端子的导线处）的电流。从而，能够测量所述用于测试发电系统的装置内或者通往或来自所述用于测试发电系统的装置的导线中的电流，以便在经由所述用于测试发电系统的装置连接至所述辅助电网时测量或监视所述发电系统的行为。从而，能够确定所述发电系统是否在其应当连接至的电网的特定电参数下满足与电流值有关的预定准则。从而，已经在所述制造场所或测试场所处识别所述发电系统的问题，这实现了对问题的快速修复或校正。

根据一个实施例，所述用于测试发电系统的装置还包括：电压测量系统（用于测量两个点之间的电压），其用于测量固定电势点（如接地点）与所述输入端子之间的电压和/或用于测量所述固定电势点与所述电网端子之间的电压。从而，能够测量、确定或观察所述用于测量发电系统的装置内的多个点对处的电压值，以便在电气公用电网的模拟条件下监视或测量或观察所述发电系统的行为。在测量到的电压值不满足预定准则的情况下，可以修改或修复所述发电系统以补救问题。

根据一个实施例，所述用于测试发电系统的装置还包括：至少暂时可连接在所述输入端子与第一线圈参考点之间的第一线圈（如包括卷绕线的电感器）。具体地，所述第一线圈可以在短时间段期间（例如，在1 μs与100 ms之间（具体地，1 ms与10 ms之间）的时间段期间）连接在所述输入端子与所述第一线圈参考点之间，以便在发生短持续时间低电压事件或低电压穿越（LVRT）时监视所述发电系统的行为。从而，可以模拟所述公用电网的故障，其中，所述发电系统必须以特定方式对所述故障作出反应以满足局部准则或局部调节。从而还可以以全面的方式改进和执行对所述发电系统进行的测试。

根据一个实施例，所述用于测试发电系统的装置还包括：第二线圈（如卷绕线），其至少暂时可连接（或持续地连接）在所述输入端子与所述电网端子之间。具体地，当所述第一线圈连接在所述输入端子与所述第一线圈参考点之间时，第二线圈可以连接在所述输入端子与所述电网端子之间（具体地，间接连接至所述电网端子，具体地，经由测试装置的其他组件），以便限制LVRT对辅助电网的影响。具体地，所述第一线圈可以具有并行连接的旁路开关（并联连接），并且所述第二线圈可以经由开关连接至所述第一线圈参考点。

根据一个实施例，所述第二线圈可连接（或持续连接）（具体地，暂时）在所述输入端子与中间节点（或中间点）之间，并且，调整系统连接在所述中间节点与所述电网端子之间。

根据一个实施例，提供了一种用于测试发电系统（具体地，风力涡轮机系统）的方法，其中，所述发电系统应当连接至具有预定第一阻抗的公用电网，其中，所述方法包括：经由输入端子将所述装置连接至所述发电系统的输出端子；经由电网端子将所述装置连接至具有与第一阻抗不同的第二阻抗的辅助电网；以及使用连接在所述输入端子与所述电网端子之间的电气调整系统，将所述输入端子处的阻抗调整为所述预定第一阻抗。

还可以针对用于测试发电系统的方法的实施例，（单独地或以任何组合）应用、使用或采用关于对用于测试发电系统的装置的实施例的说明而公开、描述、说明或提及的任何特征（单独地或以任何组合），并且反之亦然。

所述发电系统可以提供要被供应给公用电网的两相、三相或更多相电功率信号，所述公用电网还可以提供用于将两相、三相或多相电功率信号馈入公用电网中的两个连接点、三个连接点或更多个连接点。具体地，所述电功率信号可以是具有50 Hz与60 Hz之间的频率的交流功率信号。根据一个实施例，用于测试发电系统的装置可以应用于由所述发电系统提供的每个相位。

必须注意，已经参照不同的主题描述了本发明的实施例。具体地，已经参照方法类型权利要求描述了一些实施例，而且参照设备类型权利要求描述了其他实施例。然而，本领域技术人员将从以上和以下描述中推断出，除属于一种类型的主题的特征的任何组合以外，与不同主题相关的特征之间（具体地，方法类型权利要求的特征与设备类型权利要求的特征之间）的任何组合也被认为在本文档中公开，除非另有声明。

从下文描述的实施例的示例中显而易见并参照实施例的示例说明了本发明的上文限定的方面和其他方面。下文中将参照实施例的示例来更详细地描述本发明，但是本发明不限于这些示例。

附图说明

现在参照附图来描述本发明的实施例，本发明不限于这些附图。

图1示意性地图示了根据一个实施例的用于测试发电系统的装置的电路图；以及

图2示意性地图示了用于测试发电系统的装置的另一实施例的电路图。

具体实施方式

附图中的图示是示意性的。要注意，在不同的图中，相似或相同的元素提供有相同的参考标记或者与对应参考标记仅在第一个数字上不同的参考标记。

图1示意性地图示了用于测试发电系统130的装置100的电路图。装置100（还被称作测试装置）包括输入端子113，该输入端子113用于将装置100连接至发电系统130的输出端子131。

在所示的实施例中，发电系统130是风力涡轮机系统，该风力涡轮机系统包括在其上安装有转子叶片132的转子133，其中，转子经由转子轴133来驱动发电机115。发电机115生成被供应给变压器114的电能，以在输出端子131处将能量功率信号的电压变换为适当值。

应当注意，以抽象的方式描绘了图1所示的电路图以及还有图2所示的电路图，而不论从发电系统130供应的能量信号的不同相位如何。通常，发电系统130可以将两相、三相或甚至更多相的功率信号提供给两个、三个或更多个输出端子131。应当理解，然后，这些两个、三个或更多个输出端子131连接至测试装置100的两个、三个或更多个输入端子113。相应地，测试装置100可以针对每个相位具有对应的多个互连电组件以执行测试功能。

测试装置100还包括电网端子102，该电网端子102用于将装置100连接至公用电网101。具体地，在制造场所或测试场所处，辅助电网可以连接至电网端子102，从而允许测试发电系统130的行为和功能。在已经测试发电系统130之后，其可以传输至实际生产场所，并且然后可以（具体地，直接）连接至生产场所处的公用电网。在生产场所处，测试装置100可以或可以不连接在发电系统130与公用电网101之间。

测试装置100包括开关116、可变或固定电阻器103、可变或固定解谐线圈或电感器105、可变或固定电容器106、以及用于将测试装置100从发电系统130断开的可选主断路器开关117，其中，组件116、103、105、106和117串联连接在电网端子102与输入端子113之间。

与可变或固定电阻器103并联布置用于电阻器的旁路主开关104。与用于电容器的可变或固定解谐线圈或电感器105并联布置旁路开关107，以便绕过可变或固定解谐线圈105。类似地，与可变或固定电容器106并联地提供用于电容器106的旁路主开关107，以便绕过电容器106。

可变或固定电阻器118连接至可变或固定电阻器103与可变或固定解谐线圈105之间的点，并且可变或固定电阻器118经由开关135连接至参考点121和/或地，该参考点121可以由开关改变或者可以在相位（以星形或三角状）之间手动改变。

可变或固定线圈或电感器119连接至可变或固定解谐线圈105与可变或固定电容器106之间的点，并经由开关135连接至参考点122，该参考点122可以具体连接至参考点121。

可变或固定电容器120经由可选主断路器开关117连接至输入端子113，并经由开关135连接至参考点123，该参考点123可以具体连接至参考点121。

在电网端子102处连接的辅助电网101可以具有与在生产场所处的公用电网的预定第一阻抗不同的第二阻抗，其中，发电系统130应当安装在该生产场所处。通过适当选择和设计组件103、105、106、118、119、120的电气参数并适当设置开关116、104、107、117、135，可以将输入端子113处的阻抗调整为生产场所处的公用电网的预定第一阻抗。

利用对测试装置100中包括的组件的特定选择和设计，可以使用一个或多个电流和/或电压测量系统136、137、138、139和140来测量发电系统130的电气行为，仅图示了测量系统在测试装置100内的示例性位置处的放置。在其他实施例中，可以在测试装置100的电路图的其他位置处布置其他测量系统。

此外，提供了控制系统141，该控制系统141用于控制开关116、104、107、117、135的设置和具有可变电气属性的组件（如组件103、105、106、118、119和/或120）的设置。从而，控制系统141被适配成将输入端子113处的阻抗调整为期望（复数）值，具体地包括预定实部和预定虚部。在设置测试装置100中包括的开关并控制测试装置100内的电组件的参数值之后，对测试装置100内的不同点处的电流和/或电压进行测量，以确定发电系统130是否满足预定准则或局部调节。

图2示意性地图示了用于测试发电系统的装置的另一实施例的电路图。作为子系统，测试装置200包括如图1所示的测试系统100，该测试系统100还被称作电网参数测试单元。

此外，用于测试发电系统230的装置200包括低电压穿越（LVRT）单元243，该低电压穿越（LVRT）单元243连接在输入端子213与电网参数测试单元100之间。提供了LVRT单元243，其用于模拟输入端子213处的电压降，以便响应于该电压降而测试发电系统230的行为。为了对电压（还被称作低电压穿越）进行模拟，单元243包括短路可变或固定阻抗或电感器210，该短路可变或固定阻抗或电感器210经由短路主开关211连接至短路参考点212和/或地，该短路参考点212可以被开关改变或者在相位（以星形或三角状）之间手动改变。

具体地，控制系统241可以控制（经由未图示的控制线路）短路主开关211以通过闭合开关211来实现电压降持续短的时间段。此外，控制系统241还可以控制开关209、217以及可变或固定串联阻抗或电感器208和短路可变或固定阻抗或电感器210的电气参数。可变或固定串联阻抗或电感器208连接在输入端子213与电网参数测试单元100之间，以便限制向电网参数测试单元的电压降并限制向电网201的电压降。通过将低电压穿越单元243包括在测试装置200中，可以改进对发电系统（具体地，风力涡轮机系统）进行的测试。

具体地，可能需要针对发电单元的局部调节以便在电网101或201中发生故障期间测试发电系统的行为。根据一个实施例，通过使发电系统130或230服从与生产场所处的值相对应的实际公用电网参数（电网阻抗-电阻、电容率和电容量），在制造场所或测试场所处测试发电系统130或230。具体地，测试装置100、200包括一个或多个线圈、一个或多个电容器和/或电阻。从而，线圈可以用作短路和纵长阻抗。电容器和/或电阻可以以三角状或星形连接的方式串联或并联连接至纵长阻抗或短路阻抗。这样，有可能改变所有可能的电网参数（电网阻抗），使得有可能在与所规划的/现有的发电厂场所（还被称作生产场所）处相同的条件下执行测量。

应当注意，术语“包括”并不排除其他元件或步骤，并且“一”或“一个”并不排除多个。此外，可以将与不同实施例相关联地描述的元件进行组合。还应当注意，权利要求中的参考标记不应被解释为限制权利要求的范围。

Claims (7)

1.用于测试能连接至具有预定第一阻抗的公用电网的发电系统的装置，所述装置包括：

· 输入端子（113、213），其用于将所述装置连接至所述发电系统（130、230）的输出端子（131、231）；

· 电网端子（102、202），其用于将所述装置连接至所述公用电网（101、201）；以及

· 电气调整系统（100），其连接在所述输入端子与所述电网端子之间，其中，当具有与所述第一阻抗不同的第二阻抗的辅助电网被连接在所述电网端子处时，所述电气调整系统被适配成将所述输入端子处的阻抗调整为所述预定第一阻抗，其中所述辅助电网与所述公用电网不同，

其中所述电气调整系统包括连接在所述输入端子和所述电网端子之间的串联元件的串联连接，

其中所述串联元件的第一串联元件只包括电容器和与所述电容器并联连接的第一旁路开关，其中所述串联元件的第二串联元件只包括电感器和与所述电感器并联连接的第二旁路开关，

其中所述串联元件的第三串联元件只包括电阻器和与所述电阻器并联连接的第三旁路开关，

其中，所述电气调整系统进一步包括连接在所述串联元件和参考点之间的并联元件的并联连接，

其中所述并联元件的第一并联元件只包括另外的电容器和与所述另外的电容器串联连接的第一参考点开关，并且所述第一并联元件被连接在所述第一串联元件和第一参考点之间，

其中所述并联元件的第二并联元件只包括另外的电感器和与所述另外的电感器串联连接的第二参考点开关，并且所述第二并联元件被连接在所述第二串联元件和第二参考点之间，

其中所述并联元件的第三并联元件只包括另外的电阻器和与所述另外的电阻器串联连接的第三参考点开关，并且所述第三并联元件被连接在所述第三串联元件和第三参考点之间。

2.根据权利要求1所述的装置，还包括：

· 电流测量系统（136-140），其用于测量所述输入端子处和/或所述电网端子处的电流。

3.根据权利要求1或2所述的装置，还包括：

· 电压测量系统（136-140），其用于测量固定电势点与所述输入端子之间的电压和/或用于测量所述固定电势点与所述电网端子之间的电压。

4.根据权利要求1或2所述的装置，还包括：

· 第一线圈（210），其至少暂时能够连接在所述输入端子与第一线圈参考点之间。

5.根据权利要求1或2所述的装置，还包括：

· 第二线圈（208），其至少暂时能够连接在所述输入端子与所述电网端子之间。

6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述第二线圈能够连接在所述输入端子与中间节点（244）之间，并且，所述电气调整系统（100）连接在所述中间节点与所述电网端子之间。

7.用于测试被连接至具有预定第一阻抗的公用电网的发电系统的方法，所述方法包括：

· 经由输入端子（113、213）将装置连接至所述发电系统（130、230）的输出端子（131、231）；

·经由电网端子（102、202）将所述装置连接至具有与第一阻抗不同的第二阻抗的辅助电网（101、201），其中所述辅助电网与所述公用电网不同；以及

·使用连接在所述输入端子与所述电网端子之间的电气调整系统，将所述输入端子处的阻抗调整为所述预定第一阻抗，

其中所述电气调整系统包括连接在所述输入端子和所述电网端子之间的串联元件的串联连接，

其中所述串联元件的第一串联元件只包括电容器和与所述电容器并联连接的第一旁路开关，

其中所述串联元件的第二串联元件只包括电感器和与所述电感器并联连接的第二旁路开关，

其中所述串联元件的第三串联元件只包括电阻器和与所述电阻器并联连接的第三旁路开关，

其中，所述电气调整系统进一步包括连接在所述串联元件和参考点之间的并联元件的并联连接，

其中所述并联元件的第一并联元件只包括另外的电容器和与所述另外的电容器串联连接的第一参考点开关，并且所述第一并联元件被连接在所述第一串联元件和第一参考点之间，

其中所述并联元件的第二并联元件只包括另外的电感器和与所述另外的电感器串联连接的第二参考点开关，并且所述第二并联元件被连接在所述第二串联元件和第二参考点之间，

其中所述并联元件的第三并联元件只包括另外的电阻器和与所述另外的电阻器串联连接的第三参考点开关，并且所述第三并联元件被连接在所述第三串联元件和第三参考点之间。