CN202837382U - 用于产生过电压的测试装置 - Google Patents

Abstract

提供一种用于在能量产生设备（106，206）、尤其是风力涡轮机的输出端子（103，203）处产生过电压的设备（100，200），其中所述设备具有：第一电支路（113，213）中的变压器（111，211）；第二电支路（117，217）中的阻抗元件（115，215）；和第三电支路（121，221）中的第二开关（119，219），其中第一支路、第二支路和第三支路并联在第一节点（123，223）和第二节点（125，225）之间，其中第一节点能够与电负载网络（101，201）连接并且第二节点能够与能量产生设备（106，206）连接。

Description

用于产生过电压的测试装置

技术领域

本实用新型涉及一种用于在能量产生设备、尤其是风力涡轮机的输出端子处产生过电压的设备，其中该设备尤其是可以被用于在负载网络中过电压的情况下测试能量产生设备。

背景技术

能量产生设备，例如风力涡轮机，产生电能并且将电能尤其是在变换到较高的输出电压之后馈入负载网络（Verbrauchernetz）中，从所述负载网络中多个负载可以提取电能。有时在负载网络中出现以下状态，其中电网电压超过标称电网电压。在负载网络中的这样的过电压可能对与负载网络相连接的能量产生设备有负作用。例如由于负载网络中的过电压可能损坏能量产生设备的组件，例如风力涡轮机的转换器或风力设备的其他电子/机械组件。

实用新型内容

本实用新型所基于的任务是提供一种用于产生过电压的设备，所述设备尤其是可以被用于关于负载网络中的过电压来测试能量产生设备。

该任务通过独立保护权利要求的主题来解决。本实用新型的有利的实施形式在从属权利要求中予以描述或详细说明。

根据本实用新型的一种实施形式，提供一种用于在能量产生设备、尤其是风力涡轮机的输出端子处产生过电压的设备，其中所述设备具有第一电支路中的变压器；第二电支路中的阻抗元件；和第三电支路中的第二开关，其中第一支路、第二支路和第三支路并联在第一节点和第二节点之间，其中第一节点可以与电负载网络连接并且第二节点可以与能量产生设备连接。

所述设备可以具有用于构建第一电支路、第二电支路和第三电支路以及用于构建其他电连接的电连接线路。过电压可以是尤其在10和40 kV之间的中压范围中的电压。尤其是，过电压可以例如处于负载网络的标称电网电压的100%和150%之间，另外尤其是100%和120%之间。

所述设备可以是移动设备，所述移动设备例如可以借助于车辆被运输到测试所在地。替代地或附加地，也可以称为HVRT设备或简单地称为测试设备的设备可以被安置在一个或多个海上集装箱（seecontainern）中并且因此可以相对简单地被用作独立的单元。

利用所述设备不仅可以执行具有在0.02秒和60秒之间、尤其是在0.02秒和1秒之间的持续时间的短时间测试或者也可以执行具有小时、天或者月的持续时间的长时间测试。

能量产生设备的输出端子例如可以是能量产生设备的变压器的次级线圈。能量产生设备可以是风力涡轮机，所述风力涡轮机具有AC-DC-AC转换器，其将可变频率的能量流变成直流并且将直流转换成所确定的频率的能量流。在此，转换器可以具有多个功率晶体管，所述功率晶体管通过脉宽调制技术来驱动，以便产生所确定的频率（例如50Hz或60Hz）的能量流。

变压器可以具有初级侧的初级线圈和次级侧的次级线圈，其中初级线圈和次级线圈以感应方式互相耦合，尤其是通过铁磁芯。

阻抗元件可以提供显示电压与电流之比的电阻抗，尤其是交流电阻。在此，阻抗元件的阻抗可以作为频率的复值函数来说明。阻抗例如可以在复平面中被代表为指针，其中指针的长度说明正弦形交流电压与正弦形交流电流的幅度之比，并且在指针和实轴之间的角度说明在交流电压和交流电流之间的相移。

开关之一或开关中的一些或开关中的全部可以被实施为可控开关，所述可控开关可以借助于相应的用于切换的切换设备来驱动。

测试设备可以被安装在负载网络和能量产生设备的变压器之间的中压网络中用于测试能量产生设备。

变压器用于将施加在初级线圈处的电网电压变换为高于电网电压的电压，以便因此仿真负载网络的过电压。

第二开关可以桥接测试单元并且允许在正常运行模式下运行能量产生设备，而不以电的方式对组件加负荷。

阻抗元件被设置用于在测试设备的确定的运行状态下限制电流。尤其是，如果变压器的初级侧与变压器的次级侧电连接，则电流被限制。如果阻抗元件在第二电支路中不存在，则在该情形下非常高的平衡电流将会流动，该非常高的平衡电流可能导致变压器的过载。尤其是，阻抗元件的阻抗可以如此被预先调整，使得最大地限制平衡电流，以便避免变压器的过载。

第二开关可以被设置，用于将能量产生设备在正常运行中与负载网络连接，使得负载网络的实际电压施加在能量产生设备的输出端子处。而为了测试能量产生设备，第二开关被打开，以便将由变压器产生的过电压施加到能量产生设备的输出端子上。

借助于或者也称为HVRT测试单元的测试设备，可以关于在负载网络中有时出现的过电压有效地测试能量产生设备。测试设备可以既在加载模式下也在卸载模式下被运行，其中所述设备在负荷下或在无负荷情况下被运行。测试设备可以尤其是针对负载网络的每个相单独地被使用或切换。

第一节点可以是电连接点，并且第二节点同样可以是电连接点。

根据本实用新型的一种实施形式，在第一支路中在第一节点和变压器之间布置第四开关和/或在第二节点和变压器之间布置第五开关。借助于第四开关和/或第五开关，变压器可以从电网或能量产生设备上退耦。从而可以在测试模式和正常运行模式之间转换。

根据本实用新型的一种实施形式，第五开关通过第一第五开关和第二第五开关的串联电路构成。

因此，在相应地驱动第一第五开关和第二第五开关时可以在能量产生设备的输出端子处达到或产生非常短的切换时间和从而非常短的过电压。可以实现非常短的切换间隔并且从而可以准确地调整或减少在变压器的初级侧和次级侧之间的短路的短路时间。

根据本实用新型的一种实施形式，在第二支路中与阻抗元件串联地布置第三开关。

通过打开第三开关，尤其是可以将过电压施加在能量产生设备的输出端子处，所述过电压由变压器产生。在第三开关闭合时，可以在能量产生设备的输出端子处施加正常的电网电压。

尤其是，第三开关可以通过第一第三开关和与之并联的第二第三开关构成或实现。因此，能够实现在1毫秒和50毫秒之间的范围中的非常短的切换间隔和从而非常短的电压过高。

根据本实用新型的一种实施形式，所述设备另外具有第一开关，所述第一开关与第一节点连接并且可以与负载网络连接。尤其是，第一开关可以布置在负载网络和第一节点之间。第一开关允许将测试设备与电负载网络退耦或者电分离。因此，测试设备可以尤其是为改建措施而被切换为无电压的。第一开关可以同样被用作用于集成保护的负荷开关。

根据本实用新型的一种实施形式，测试设备另外具有第六开关，所述第六开关与第二节点连接并且可以与能量产生设备连接。尤其是，第六开关布置在第二节点和能量产生设备的输出端子之间。与打开第一开关共同地，打开第六开关能够将测试设备不仅与电负载网络而且与能量产生设备电退耦。

根据本实用新型的一种实施形式，可以调整变压器的电压变换比，其中变压器在与第一节点连接的初级侧和/或与第二节点连接的次级侧具有多个分接。

在改变电压变换比时，可以在变压器的次级侧产生可调整的电压，以便从而仿真负载网络的不同的过电压。根据一种实施形式，仅仅变压器的次级侧具有多个分接。因此可以在负载网络中仿真大量过电压情形。

根据本实用新型的一种实施形式，设置尤其是电动的转换开关，以便将变压器的初级侧和/或次级侧的预选的分接与第一节点或第二节点电连接。电动的转换开关尤其是可以包括电动机，该电动机可以在不同的分接之间转换。因此能够实现测试设备的简单的运行。

根据本实用新型的一种实施形式，构造转换开关，以便特定于（负载网络的）一个或多个电相来调整或定义变换比。负载网络尤其是可以具有三个电相。因此，关于负载网络的不同相可以对负载网络中的过电压进行仿真，以便测试能量产生设备的行为。

根据本实用新型的一种实施形式，构造阻抗元件用于调整其阻抗，其中尤其是可以这样进行调整，使得阻抗元件的阻抗至少近似地与变压器的阻抗相同。因此可以实现测试设备的较大的效率。

尤其是可以通过调整阻抗元件的阻抗有利地限制在变压器的初级侧和变压器的次级侧之间的平衡电流。在此，尤其是可以考虑在第一节点和变压器的初级侧之间和在变压器的次级侧和第二节点之间的连接线路的阻抗。此外，可以考虑第三开关、第四开关和第五开关的阻抗，以便适当地调整阻抗元件的阻抗。

根据本实用新型的一种实施形式，所述设备此外具有切换设备，其被构造用于根据至少一个切换顺序来切换设备的开关（也即第一、第二、第三、第四、第五开关和/或第六开关）中的至少一个，用以执行能量产生设备的过电压测试。过电压测试可以以过电压的预先给定的高度施加过电压预先给定的持续时间，其方式是，切换所述设备的开关中的一个或多个和/或其方式是切换所述变压器的变换比。

因此，能够实现能量产生设备的有效的测试。

根据本实用新型的一种实施形式，切换设备另外被构造，用于在具有闭合的第一开关、闭合的第二开关、闭合的第六开关、打开的第三开关、打开的第四开关和打开的第五开关的初始状态时举出以下切换顺序：

闭合第三开关；

打开第二开关；

闭合第四开关；

闭合第五开关；

打开第三开关，尤其是与闭合第五开关同时地或者在闭合第五开关之后不久；

在打开第三开关之后在可调整的时间之后闭合第三开关；

打开第四开关和/或第五开关；

闭合第二开关；和

打开第三开关。

因此，可以仿真能量产生设备的测试用于仿真预先给定的持续时间的负载网络的过电压。尤其是，如果第三开关被打开，则过电压被施加在能量产生设备的输出端子处。在此，过电压的持续时间通过在打开第三开关之后的可调整的时间给出或可以由此导出。

当在切换顺序末尾处在打开第三开关之后，再次建立最初状态，其中能量产生设备的输出端子与电负载网络连接，以便能够在能量产生设备的正常运行中将电能馈入到负载网络中。

根据本实用新型的一种实施形式，所述设备被构造用于通过操纵转换开关而逐步提高变压器的次级侧的电压。例如，可能产生阶梯状上升的过电压，以便达到过电压的最大值。尤其是可能（从最大过电压中）产生逐级下降的过电压，以便能够仍更有效地在过电压方面来测试能量产生设备。

根据本实用新型的一种实施形式，切换设备另外被构造，用于特定于至少两个（尤其是三个）电相来切换变压器的转换开关，以便在设备连接到负载网络上时在第二节点处获得与相有关的不同的过电压。因此，尤其是可以仿真在负载网络中实际中可能出现的情形。因此，进一步改善能量产生设备的能测试性。

附图说明

本实用新型的其他优点和特征从目前优选的实施形式的下面的示例性描述中得出。该申请的附图的唯各个图应该仅仅被看作示意性的并且被看作不按正确比例的。

本实用新型现在参考附图来阐明。本实用新型不局限于所示的或所述的实施形式。

图1示意性示出根据本实用新型的一种实施形式的测试设备100的框图。

图2示意性示出根据本实用新型的一种实施形式的另一测试设备200。

图3通过两个曲线示意性示出阻抗元件的作用。

图4和5示意性示出根据本实用新型的实施形式的过电压的时间走向。

具体实施方式

图1示意性示出根据本实用新型的一种实施形式的测试设备100的框图。测试设备100布置在电负载网络101和能量产生设备的输出端子103之间，所述能量产生设备包括风力涡轮机105和风力涡轮机变压器109，其中风力涡轮机的输出端子107与风力涡轮机变压器109连接，其输出端子构成所构成的能量产生设备的输出端子103。

测试设备100在第一电支路113中具有变压器111。另外测试设备100在第二电支路117中具有阻抗元件115（Zcl）。另外测试设备100在第三电支路121中具有第二开关119。

第一支路、第二支路、第三支路113、117、121彼此并联而且并联在第一节点123和第二节点125之间。第一节点123经由第一开关127与负载网络101连接。第二节点125经由第六开关129与能量产生设备106的输出端子103连接。在第一支路113中，在第一节点123和变压器111的初级侧110之间布置第四开关131。另外，在第一支路113中在第二节点125与变压器111的次级侧112之间布置第五开关133。

在第二支路117中，与阻抗元件115串联地布置第三开关135。在此情况下，第三开关135或者可以布置在阻抗元件115和第二节点125之间，如在图1中所示，或者布置在第一节点123和阻抗元件115之间。

在图1中所示的变压器111在其次级侧112具有多个分接114，所述分接可选地可以经由转换开关116与第二节点125连接。

图2示意性示出根据本实用新型的一种实施形式的另一测试设备200。在结构和/或功能上与在图1中所示的元件类似的元件在图2中以仅仅在第一数字方面不同的附图标记表示。类似的元件的详述的描述因此可以从对图1的描述中得知。

与在图1中所示的实施形式区别，在图2中所示的实施形式中第三开关235包括第一第三开关234和第二第三开关236，其彼此并联以便能够实现更快速或更短的切换时间。

与在图1中所示的实施形式不同，第五开关233包括第一第五开关230和第二第五开关232，其串联，以便能够实现更快速的开关时间。

与在图1中所示的实施形式不同，在图2所示的实施形式的变压器211也在其初级侧210包括多个分接208，所述分接可以借助于转换开关206可选地与第一节点223连接，以便从而能够调整变压器211的电压变换比。

根据本实用新型的一种实施形式，在图1和2中所示的测试设备100和200被构造，来执行表格1中的下面的切换顺序用于测试能量产生设备106、206：

表格1

时间[秒]	开关	动作	结果
				1	4	闭合	-
4	3	闭合	-
				4.5	2	打开	-
5	5	闭合	短路
				5.05	3	打开	短路结束
5.15	3	闭合	短路
				5.2	5	打开	短路结束
5.25	2	闭合	-

在此，所说明的切换时刻可被改变并且可以匹配于事实。另外，在图1和2中所示的测试设备100、200从初始状态被构造，其中开关1、开关2和开关6闭合并且开关3、开关4和开关5打开，用以执行以下测试流程：

1. 开关3被闭合

2. 开关2被打开

3. 开关4被闭合

4. 开关5被闭合

5. 开关3以最小时间交叉被打开（所调整的过电压现在施加在测试单元的输出端103、203处）

6. 开关3在要调整的时间之后再次被闭合（正常的电网电压现在再次施加在测试单元的输出端处）

7. 开关4或开关5被打开

8. 开关2被闭合

9. 开关3被打开（最初状态因此再次被建立）。

在此，在时刻4和5以及6和7之间变压器111、211的初级侧110、210与次级侧112、212短路。如果阻抗元件115、215不布置在第二电支路117、217中，则结果是非常高的平衡电流。

图3通过两个曲线示意性示出第二支路117、217中的阻抗元件115在上述切换顺序的时刻4和5以及6和7之间的作用。

在图3中的横坐标301上绘出以秒为单位的时间。在纵坐标303上绘出以kA为单位的电流，该电流从变压器111、211的次级侧112、212经由第二支路流到变压器111、211的初级侧110、210。

在此，曲线305显示在阻抗元件115、215不布置在第二电支路117、217中的情况下电流的高度并且曲线307示出阻抗元件115、215布置在第二电支路117、217中的情况。

如从图3可以看出，曲线307示出比曲线305明显小的电流，这因此表明，由于布置在第二电支路117、217中的阻抗元件115、215，电流被限制，以便因此尤其是保护变压器111、211免受损坏。

图4和5示意性示出过电压的时间走向，所述过电压在图1和2中所示的测试设备100和200的情况下可以被施加在能量产生设备106、206的输出端子103、203处。

在此，横坐标401、501分别显示时间并且纵坐标403、503显示在能量产生设备106、206的输出端子103、203处的电压。U0显示负载网络101、201的标称电压。

如通过图4中的电压走向曲线405所显示的，宽度w和幅度A的矩形过电压脉冲被产生。在此可以自由选择幅度A以及持续时间w。

如图5中的电压走向曲线505所示，可以通过在图1和2中所示的测试设备100、200在标称电压U0上产生电压的阶梯状上升，其中各个阶梯保持相应的电压持续时间w1，其中电压逐级被提高数值U1。在此，可以调整U1和w1。

在图4和5中所示的电压走向405、505可以适用于电网电压的所有相，尤其是对于3相或者对于每个相逐个地单独地被调整。

在图4和5中所示的电压走向405和505可以对于每个相逐个地彼此分开地被产生。例如在图4中所示的电压走向405可以适用于第一相、第二相和/或第三相，并且关于分别其他相可以设置其他电压走向。尤其是可以单独地对于每个相调整幅度A和宽度w。

在图5中所示的电压走向505也可以对于负载网络的每个相特定地被选择。尤其是，电压步距U1和持续时间w1可以对于不同的相单独地、尤其是不同地被选择。因此可以关于负载网络中的过电压更有效地测试能量产生设备。

阻抗元件115、215例如可以具有17.7Ω（L=50 nH）的阻抗，但是这可以根据要求被改变。

标称电压U0例如可以是10 kV，并且能量产生设备106、206可以在正常运行期间向负载网络101、201发出10MW的功率。 

Claims (14)

1.用于在能量产生设备（106，206）、尤其是风力涡轮机的输出端子（103，203）处产生过电压的设备（100，200），其特征在于，所述设备具有：

第一电支路（113，213）中的变压器（111，211）；

第二电支路（117，217）中的阻抗元件（115，215）；和

第三电支路（121，221）中的第二开关（119，219），

其中第一支路、第二支路和第三支路并联在第一节点（123，223）和第二节点（125，225）之间，

其中第一节点能够与电负载网络（101，201）连接并且第二节点能够与能量产生设备（106，206）连接。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，在第一支路中在第一节点和变压器之间布置第四开关（131，231）和/或在第二节点和变压器之间布置第五开关（133，233）。

3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，第五开关（233）通过第一第五开关（230）和第二第五开关（232）的串联电路构成。

4.根据权利要求1-3之一所述的设备，其特征在于，在第二支路中与阻抗元件串联地布置第三开关（135，235），所述第三开关尤其是通过第一第三开关（234）和第二第三开关（236）的并联电路构成。

5.根据权利要求1-3之一所述的设备，其特征在于，另外具有：

第一开关（127，227），所述第一开关与第一节点连接并且能够与负载网络连接。

6.根据权利要求1-3之一所述的设备，其特征在于，另外具有：

第六开关（129，229），所述第六开关与第二节点连接并且能够与能量产生设备连接。

7.根据权利要求1-3之一所述的设备，其特征在于，能够调整变压器的电压变换比，其中变压器在与第一节点连接的初级侧（110，210）和/或在与第二节点连接的次级侧（112，212）具有多个分接（114，214，208）。

8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，设置尤其是电动的转换开关（116，216，208），以便将变压器的初级侧和/或次级侧的预选的一个或多个分接（114，214，208）与第一节点或第二节点电连接。

9.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，转换开关被构造，用于对一个或多个电相特定地来定义变换比。

10.根据权利要求1-3之一所述的设备，其特征在于，阻抗元件（115，215）被构造用于调整其阻抗，其中尤其是这样进行调整，使得阻抗元件的阻抗与变压器（111，211）的阻抗相同。

11.根据权利要求1-3之一所述的设备，其特征在于，另外具有

切换设备，所述切换设备被构造用于根据至少一个切换顺序来切换所述设备的开关中的至少一个，以便执行能量产生设备的过电压测试。

12.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，所述切换设备另外被构造用于在具有闭合的第一开关、闭合的第二开关、闭合的第六开关、打开的第三开关、打开的第四开关和打开的第五开关的初始状态情况下举出以下切换顺序：

闭合第三开关；

打开第二开关；

闭合第四开关；

闭合第五开关；

打开第三开关，尤其是与闭合第五开关同时地或在闭合第五开关之后不久；

在打开第三开关之后在可调整的时间之后闭合第三开关；

打开第四开关和/或第五开关；

闭合第二开关；和

打开第三开关。

13.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，所述设备被构造用于通过操纵转换开关（116，216，206）来逐步提高（U1）变压器的次级侧的电压。

14.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，所述切换设备另外被构造，用于对至少两个电相特定地来切换变压器的转换开关，以便在所述设备连接到负载网络上时在第二节点处获得与相有关的不同的过电压。

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