DE102011056172A1

DE102011056172A1 - Testing device for carrying out functional tests on energy producers

Info

Publication number: DE102011056172A1
Application number: DE102011056172A
Authority: DE
Inventors: Kai Nohme
Original assignee: GL Garrad Hassan Deutschland GmbH
Current assignee: GL Garrad Hassan Deutschland GmbH
Priority date: 2011-12-08
Filing date: 2011-12-08
Publication date: 2013-06-13
Also published as: WO2013083850A3; WO2013083850A2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Prüfeinrichtung (1) zur Durchführung von Funktionstests an Energieerzeugern (6), die zur Einspeisung von elektrischer Energie in Wechselstromnetze (5) bestimmt sind, beispielsweise Überspannungstests, Spannungseinbruchstests, Überfrequenz- und Unterfrequenztests sowie Netzverträglichkeitstests. Um eine kompakte Prüfeinrichtung zu erhalten, die zur Durchführung einer Vielzahl von Funktionstests geeignet ist, sieht die Erfindung vor, dass die Prüfeinrichtung (1) eine unter Verwendung von Leistungselektronik aufgebaute Gleichrichter/Wechselrichter-Kombination (2, 3) für hohe elektrische Leistungen aufweist, die zwischen einen zu prüfenden Energieerzeuger (6) und das Wechselstromnetz (5) geschaltet ist, und dass Spannungsamplitude und Frequenz am Energieerzeuger (6) zur Simulation von Netzstörungen durch Ansteuerung der Leistungselektronik (2, 3) variierbar sind.The invention relates to a test device (1) for carrying out functional tests on energy generators (6) intended for feeding electrical energy into AC grids (5), for example overvoltage tests, voltage breakdown tests, overfrequency and underfrequency tests as well as grid compatibility tests. In order to obtain a compact test device which is suitable for carrying out a large number of functional tests, the invention provides that the test device (1) has a rectifier / inverter combination (2, 3) for high electrical powers constructed using power electronics, which is connected between a power generator to be tested (6) and the AC network (5), and that voltage amplitude and frequency at the power generator (6) for simulating network disturbances by driving the power electronics (2, 3) are variable.

Description

Die Erfindung betrifft eine Prüfeinrichtung zur Durchführung von Funktionstests, insbesondere Überspannungstests, Spannungseinbruchstests, Überfrequenztests, Unterfrequenztests und Netzverträglichkeitstests, an Energieerzeugern, die zur Einspeisung von elektrischer Energie in Wechselstromnetze bestimmt sind.The invention relates to a test device for carrying out functional tests, in particular overvoltage tests, voltage breakdown tests, overfrequency tests, underfrequency tests and grid compatibility tests, on energy generators intended for feeding electrical energy into alternating current networks.

Wenn die elektrische Energie in ein Stromnetz von einer Vielzahl dezentraler Energieerzeuger eingespeist wird, müssen die einzelnen dezentralen Energieerzeuger sich so verhalten, dass wichtige Netzparameter, insbesondere Netzfrequenz und Spannungsamplitude innerhalb der zulässigen Toleranzen bleiben. Die zu erfüllenden Anforderungen wurden in den EEG2009 der SDLWindV und Netzanschlussrichtlinien festgelegt. Die dezentralen Energieerzeuger müssen bestimmte Eigenschaften aufweisen, deren Nachweis unter anderem in den Richtlinien der FGW und der IEC beschrieben sind. Zum Nachweis der geforderten Eigenschaften sind Tests und Messungen an den Energieerzeugern erforderlich. Bei den Test- und Messverfahren werden die beiden wesentlichen Größen des Stromnetzes, Spannungsamplitude und Frequenz anhand der Wirk- und Blindleistung von angeschlossenen Verbrauchern und Erzeugern beeinflusst. Insbesondere für Spannungseinbruchstests ist die Verwendung von einem Spannungsteiler, vorzugsweise einem induktiven Spannungsteiler bekannt. Diese Technik erlaubt die Simulation von einstellbaren Spannungseinbrüchen am Netzanschluss. Für die Simulation von Netzfrequenzänderungen ist diese Technik allerdings nicht geeignet. Man braucht daher mehrere Testvorrichtungen, um alle geforderten Nachweise für die Netzverträglichkeit des Energieerzeugers zu erbringen.When the electrical energy is fed into a power grid from a plurality of distributed power generators, the individual distributed power generators must behave in such a way that important grid parameters, in particular grid frequency and voltage amplitude, remain within the permissible tolerances. The requirements to be fulfilled were specified in the EEG2009 of the SDLWindV and grid connection guidelines. The decentralized energy producers must have certain properties, whose detection is described inter alia in the guidelines of the FGW and the IEC. To prove the required properties, tests and measurements on the energy producers are required. The test and measurement methods influence the two main parameters of the power grid, voltage amplitude and frequency based on the active and reactive power of connected consumers and generators. In particular for voltage breakdown tests, the use of a voltage divider, preferably an inductive voltage divider, is known. This technique allows the simulation of adjustable voltage drops at the mains connection. However, this technique is not suitable for simulating network frequency changes. It therefore requires several test devices to provide all the required evidence for the grid compatibility of the power generator.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Prüfeinrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die kompakt ist und sowohl Spannungstests als auch Frequenztests durchführen kann.The object of the invention is to provide a test device of the type mentioned, which is compact and can perform both voltage tests and frequency tests.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, dass die Prüfeinrichtung eine unter Verwendung von Leistungselektronik aufgebaute Gleichrichter-Wechselrichter-Kombination für hohe elektrische Leistungen aufweist, die zwischen einem zu prüfenden Energieerzeuger und das Wechselstromnetz geschaltet ist, und dass Spannungsamplitude und Frequenz am Energieerzeuger zur Simulation von Netzstörungen durch Ansteuerung der Leistungselektronik variierbar sind. Die erfindungsgemäße Gleichrichter-Wechselrichter-Kombination auf der Basis von Leistungselektronik erlaubt einerseits die Durchführung von Spannungseinbruchstests und Überspannungstests. Andererseits kann das Verfahren des Energieerzeugers bei Frequenzänderungen sowohl bei Überfrequenz als auch bei Unterfrequenz getestet werden. Dabei können auch die vom Energieerzeuger aufzubringende Wirkleistung und Blindleistung beliebig variiert werden. Die erfindungsgemäße Prüfeinrichtung eignet sich dabei für Tests in Verbindung mit 50 Hertz Stromnetzen genauso wie 60 Hertz Stromnetzen. Dabei können die Leistungsfähigkeit und Belastungsfähigkeit der dezentralen Energieerzeuger bestimmt und Flickerwerte, Oberschwingungswerte, Zuschaltverfahren, Blindleistungsbereitstellung das Verhalten bei Neustart nach Spannungslosigkeit nachgewiesen werden.The solution according to the invention consists in that the test device has a rectifier-inverter combination for high electrical powers constructed using power electronics, which is connected between a power generator to be tested and the alternating current network, and the voltage amplitude and frequency at the power generator for simulating network disturbances Control of the power electronics are variable. The inventive rectifier-inverter combination on the basis of power electronics on the one hand allows the implementation of voltage breakdown tests and overvoltage tests. On the other hand, the method of the power generator can be tested for frequency changes in both overfrequency and underfrequency. In this case, the active power and reactive power to be applied by the energy generator can be varied as desired. The testing device according to the invention is suitable for tests in connection with 50 Hertz power grids as well as 60 Hertz power grids. The performance and load capacity of the decentralized energy generators can be determined and flicker values, harmonic values, connection procedure, reactive power provision can be demonstrated, the behavior at restart after loss of tension.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Leistungselektronik mit IGBT-Technik aufgebaut und weist Hochleistungs-IGBTs (Abkürzung für Insolated Gate Bipolare Transistors) auf. Diese sind vorzugsweise für Spannungen von 1000 V bis 2500 V und Stromstärken bis zu 2500 A geeignet, um den Testanforderungen zu genügen. Die moderne IGBT-Technik erlaubt die Programmierung der einzelnen IGBTs entsprechend den jeweiligen Anforderungen. Dabei zeichnen sich die IGBTs durch eine hohe Leistungsfähigkeit bei hoher Spannungsfestigkeit aus, wobei trotz hoher Leistungen eine Schaltfrequenz im kHz-Bereich erzielt werden kann. Dies ist insbesondere für Spannungseinbruchstest wichtig, denn auch ein realer Fehler im Stromnetz kann die Spannung innerhalb von wenigen Millisekunden stark absinken lassen. Es gibt schnellere Leistungselektronik, die dann aber nur eine geringere Leistung steuern kann und weniger spannungsfest ist. Wieder andere Leistungselektronik ist für die Schaltung noch höherer Leistungen geeignet, kann jedoch nicht die erforderliche Flankensteilheit erzeugen, weil sie zu langsam ist.In a preferred embodiment of the invention, the power electronics is constructed using IGBT technology and has high-performance IGBTs (short for Insolated Gate Bipolar Transistors). These are preferably suitable for voltages of 1000 V to 2500 V and currents up to 2500 A to meet the test requirements. The modern IGBT technology allows the programming of the individual IGBTs according to the respective requirements. The IGBTs are characterized by a high performance with high dielectric strength, which can be achieved despite high powers, a switching frequency in the kHz range. This is particularly important for voltage breakdown test, because even a real fault in the power grid, the voltage can drop sharply within a few milliseconds. There is faster power electronics, which can then only control a lower power and is less voltage-resistant. Still other power electronics are suitable for switching even higher power, but can not produce the required edge steepness because it is too slow.

Um Fehler, die zu schnellen Spannungseinbrüchen im Stromnetz führen, möglichst realistisch zu simulieren, ist daher vorgesehen, dass bei Spannungseinbruchstest die Spannung innerhalb von Millisekunden auf einen vorgegebenen Unterspannungswert absenkbar und innerhalb von Millisekunden auf den Nennspannungswert anhebbar ist. Dieselbe Maßnahme mit umgekehrtem Vorzeichen ist auch von Vorteil für realistische Überspannungstests, bei denen die Spannung innerhalb von Millisekunden auf einen vorgegebenen Überspannungswert abhebbar und innerhalb von Millisekunden auf den Nennspannungswert absenkbar ist.To simulate errors that lead to rapid voltage drops in the power grid as realistically as possible, it is therefore provided that the voltage can be lowered within a few milliseconds to a predetermined undervoltage value and can be raised to the rated voltage value within milliseconds during a voltage breakdown test. The same measure with the opposite sign is also advantageous for realistic overvoltage tests, in which the voltage within milliseconds to a predetermined overvoltage value can be lifted and lowered within milliseconds to the nominal voltage value.

Für die Simulation realistischer Überspannungstests oder Spannungseinbruchstests ist es auch wichtig, dass der Spannungsverlauf bei Spannungsänderung stetig ist. Beim Übergang von einer Spannung zur anderen darf es auf keinen Fall zu Unterbrechungen kommen, weil dies auch bei einem realen Stromnetz nicht vorkommt. Das heißt für die Praxis, dass eine möglichst steile Flanke erzeugt werden soll, allerdings mit einer endlichen Anstiegszeit. Ansonsten hätte man eine „Lücke” im Spannungsverlauf. Die Stetigkeit des Spannungsverlaufs wird auch in Testvorschriften verlangt. Die Stetigkeit des Spannungsverlaufs bei Spannungsänderungen wird durch eine entsprechende Programmierung der IGBTs erreicht. Diese wird vom Lieferanten der IGBTs vorgenommen. Die so erstellten Programme werden in der Prüfeinrichtung gespeichert, in der eine zentrale Steuerungseinheit installiert ist.For the simulation of realistic overvoltage tests or voltage breakdown tests, it is also important that the voltage curve is constant when the voltage changes. In the transition from one voltage to another, there should be no interruptions, because this does not occur even in a real power grid. In practice, this means that the steepest possible edge should be generated, but with a finite rise time. Otherwise you would have a "gap" in the voltage curve. The continuity of the voltage curve is also required in test regulations. The continuity of the voltage curve in the event of voltage changes is achieved by appropriate programming of the IGBTs. This is done by the supplier of the IGBTs. The programs created in this way are stored in the test facility in which a central control unit is installed.

Eine erfindungsgemäße Prüfanordnung umfasst neben der beschriebenen Prüfeinrichtung auch eine außerhalb der Prüfeinrichtung vorgesehene Fernbedienungsstation, über die der Ablauf der Prüfverfahren steuerbar ist, ohne dass eine Bedienperson direkt an der Prüfeinrichtung tätig werden müsste. Durch diese Maßnahme wird nicht nur die Bequemlichkeit, sondern auch die Sicherheit für die Bedienperson verbessert.In addition to the described test device, a test arrangement according to the invention also comprises a remote control station provided outside the test device, via which the sequence of the test methods can be controlled without an operator having to work directly on the test device. By this measure, not only the convenience, but also the safety for the operator is improved.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die vom Energieerzeuger gemäß den Anforderungen der jeweiligen Prüfung aufzubringende Blindleistung und Wirkleistung durch Ansteuerung der Leistungselektronik einstellbar ist. Diese Maßnahme ermöglicht die realistische Simulation der Zuschaltung oder Abschaltung von Verbrauchern, die unterschiedliche Blindleistung und Wirkleistung aus dem Stromnetz entnehmen.In an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the reactive power and active power to be applied by the energy generator in accordance with the requirements of the respective test can be set by controlling the power electronics. This measure enables the realistic simulation of the connection or disconnection of consumers, which take different reactive power and active power from the power grid.

Die erfindungsgemäße Prüfeinrichtung wird noch verbessert, wenn sie Stromsensoren und Spannungssensoren aufweist, die vorzugsweise sowohl auf der Energieerzeugerseite als auch auf der Netzanschlussseite angeordnet sind und eine Genauigkeit von jeweils Klasse 0,2 oder besser aufweisen. Aus den Sensorsignalen kann nicht nur die Spannungsamplitude und Stromstärke, sondern auch die Frequenz und die Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung und damit Blindleistung und Wirkleistung stets mit der für die Tests erforderlichen Genauigkeit bestimmt werden. Auf diese Weise kann nicht nur das Verhalten des dezentralen Energieerzeugers genau vermessen, sondern auch Reaktionen auf der Netzanschlussseite überwacht werden. Im Idealfall sollen sich bei der Durchführung der Tests möglichst geringe Rückwirkungen auf das Stromnetz ergeben. Das Stromnetz sollte also nach Möglichkeit von den Tests nichts „sehen”. Dies kann durch die netzanschlussseitigen Sensoren überprüft werden.The test device according to the invention is further improved if it has current sensors and voltage sensors, which are preferably arranged both on the power generator side and on the power supply side and have an accuracy of class 0.2 or better. From the sensor signals, not only the voltage amplitude and current, but also the frequency and the phase shift between current and voltage and thus reactive power and active power can always be determined with the accuracy required for the tests. In this way, not only the behavior of the decentralized power generator can be measured accurately, but also reactions on the power supply side can be monitored. Ideally, the lowest possible impact on the power grid should occur during the performance of the tests. The power grid should therefore, so far as possible, "see" nothing of the tests. This can be checked by the network connection side sensors.

Die Variation der bei Überfrequenztests und Unterfrequenztests vorgegebenen simulierten Netzfrequenz liegt bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Prüfeinrichtung zwischen 45 Hertz und 65 Hertz. Hiermit können beide Tests sowohl an 50 Hertz als auch an 60 Hertz Stromnetzen durchgeführt werden.The variation of the simulated network frequency given in the case of overfrequency tests and underfrequency tests is between 45 hertz and 65 hertz in a preferred embodiment of the test device according to the invention. This allows both tests to be performed on both 50 Hertz and 60 Hertz power grids.

Um die Überfrequenztests und Unterfrequenztests möglichst realistisch zu gestalten, ist vorgesehen, dass der Frequenzverlauf bei Frequenzänderungen stetig ist, denn in einem realen Stromnetz kommen keine sprunghaften Frequenzänderungen vor.In order to make the overfrequency tests and underfrequency tests as realistic as possible, it is provided that the frequency response is constant with frequency changes, because in a real power network, no sudden frequency changes occur.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Prüfeinrichtung als modulare Einheit zur Bereitstellung von etwa 500 kVA bis 600 kVA Scheinleistung ausgestaltet, wobei für einen Test einer Mindestkurzschlussleistung im Megawattbereich, insbesondere im Bereich von 25 MVA bis 30 MVA, mehrere, insbesondere 50, modulare Einheiten zusammenschalbar und gemeinsam ansteuerbar sind. Mit der Verwendung von IGBT-Technik lassen sich die genannten Scheinleistungen bei den einzelnen Modulen ohne weiteres erzielen. Höhere Leistungen im Megawatt-Bereich können also nur durch Kombination mehrerer solcher Module bereitgestellt werden. Dabei kann diese Ausführungsform noch verbessert werden, indem die modularen Einheiten in einen Standard-Seecontainer eingebaut sind, vorzugsweise 28 modulare Einheiten in einem 40 Fuß-Container, um einen mobilen Einsatz der Prüfeinrichtung vor Ort beim Energieerzeuger zu erleichtern.In an advantageous embodiment of the invention, the test device is designed as a modular unit for providing about 500 kVA to 600 kVA apparent power, wherein for a test of minimum short-circuit power in the megawatt range, in particular in the range of 25 MVA to 30 MVA, several, especially 50, modular units zusammenschalbar and jointly controllable. With the use of IGBT technology, the aforementioned apparent power can be easily achieved with the individual modules. Higher power in the megawatt range can thus be provided only by combining several such modules. In this case, this embodiment can be further improved by the modular units are installed in a standard sea container, preferably 28 modular units in a 40 foot container to facilitate a mobile use of the tester on site at the power generator.

Standard-Container lassen sich mit dafür vorgesehener und weit verbreiteter Transporttechnik besonders kostengünstig zum Einsatzort transportieren.Standard containers can be transported to the place of use in a particularly cost-effective manner with the transport technology required and widely used for this purpose.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Die Figuren zeigen im Einzelnen:An embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to the drawings. The figures show in detail:

1: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Prüfeinrichtung; 1 : a schematic representation of a testing device according to the invention;

2: schematisch einen Container mit 28 Modulen der erfindungsgemäßen Prüfeinrichtung. 2 : schematically a container with 28 modules of the test device according to the invention.

In 1 ist eine erfindungsgemäße Prüfeinrichtung 1 durch ein gestricheltes Rechteck angedeutet. Darin enthalten ist eine Kombination von Gleichrichter/Wechselrichter-Einheit 2 und Wechselrichter/Gleichrichter-Einheit 3 (je nach Betriebsrichtung), mit deren Hilfe Spannungsamplitude und Netzfrequenz des Wechselstromnetzes 5 an die Frequenz und Spannungsamplitude des vom Generator erzeugten Wechselstroms angepasst wird bzw. im Testfall eine vorgegebene Blindleistung und Wirkleistung vorgegeben wird. Der Generator 4 ist Teil eines Energieerzeugers 6, der zusammen mit anderen, nicht gezeigten dezentralen Energieerzeugern elektrische Energie in das Wechselstromnetz 5 einspeist.In 1 is a test device according to the invention 1 indicated by a dashed rectangle. This includes a combination of rectifier / inverter unit 2 and inverter / rectifier unit 3 (depending on the operating direction), with the help of which voltage amplitude and mains frequency of the AC mains 5 is adapted to the frequency and voltage amplitude of the alternating current generated by the generator or in the test case, a predetermined reactive power and active power is specified. The generator 4 is part of an energy producer 6 which, together with other, not shown decentralized power generators electrical energy into the AC network 5 feeds.

Der Generator 4 ist über eine Verbindungsleitung 7 mit dem energieerzeugerseitigen Anschlusspunkt 14 der Gleichrichter/Wechselrichter-Einheit 2 verbunden, die die Wechselspannung des Generators 4 in Gleichspannung bzw. die Gleichspannung in Wechselspannung verwandelt und deren Gleichspannungsanschluss über eine Gleichspannungsleitung 8 mit dem Gleichspannungsanschluss der Wechselrichter/Gleichrichter-Einheit 3 verbunden ist. Der netzanschlussseutigen Anschlusspunkt 13 der Wechselrichter/Gleichrichter-Einheit 3, an dem eine Wechselspannung anliegt, die bezüglich Spannungsamplitude und Frequenz an die Netzfrequenz angepasst ist, ist über eine Netzleitung 9 mit dem Netz 5 verbunden.The generator 4 is via a connection line 7 with the power generator side connection point 14 the rectifier / inverter unit 2 connected to the AC voltage of the generator 4 converted into DC voltage or the DC voltage in AC voltage and their DC voltage connection via a DC voltage line 8th with the DC voltage connection of the inverter / rectifier unit 3 connected is. The grid connection point 13 the inverter / rectifier unit 3 to which an AC voltage is applied, which is adapted in terms of voltage amplitude and frequency to the mains frequency, is via a power line 9 with the net 5 connected.

Die beschriebene Gleichrichter-Wechselrichter-Kombination 2, 3 gleicht bekannten Umrichtereinheiten, mit denen üblicherweise die Einspeisung der von anderen Energieerzeugern erzeugten elektrischen Energie unter Anpassung von Spannungsamplitude und Frequenz in ein Wechselstromnetz vorgenommen wird. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung aber wird die Gleichrichter-Wechselrichter-Kombination 2, 3 auf vollkommen andere und neue Weise angesteuert, so dass sie als Prüfeinrichtung zur Durchführung von Funktionstests wie beispielsweise Überspannungstests, Spannungseinbruchstests, Überfrequenztests, Unterfrequenztests, Netzverträglichkeitstests und ähnliche Tests des Energieerzeugers 6 dienen kann.The described rectifier-inverter combination 2 . 3 is similar to known converter units, with which usually the feeding of the electrical energy generated by other energy producers is carried out while adapting the voltage amplitude and frequency in an AC network. In the context of the present invention, however, the rectifier-inverter combination 2 . 3 in a completely different and new way, so it can be used as a test facility to perform functional tests such as overvoltage tests, voltage breakdown tests, overfrequency tests, underfrequency tests, grid compatibility tests and similar tests of the power generator 6 can serve.

Um die Anforderungen der genannten Tests zu erfüllen, ist die Gleichrichter-Wechselrichter-Kombination 2, 3 in IGBT-Technik ausgeführt, basiert also auf Hochleistungs-IGBTs, das ist die englische Abkürzung für Insolated Gate Bipolare Transistors oder auf deutsch: bipolare Transistoren mit isolierter Torelektrode. Diese müssen für die erfindungsgemäße Anwendung bei Spannungen von mindestens 1000 V bis ca. 2500 V betrieben werden und Stromstärken von bis zu 2500 A aushalten.To meet the requirements of the above tests, is the rectifier-inverter combination 2 . 3 implemented in IGBT technology, thus based on high-performance IGBTs, that is the English abbreviation for Insolated Gate Bipolar Transistor or in German: bipolar transistors with insulated gate electrode. These must be operated for the application according to the invention at voltages of at least 1000 V to about 2500 V and withstand currents of up to 2500 A.

Zur Ansteuerung der Gleichrichter/Wechselrichter-Einheit 2 und der Wechselrichter/Gleichrichter-Einheit 3 dient eine in der Prüfeinrichtung 1 enthaltene zentrale Steuerungseinrichtung 10, die alle Funktionen der Prüfeinrichtung 1 steuert und programmierbar ist. Die einzelnen Testprogramme werden durch eine Fernbedienungsstation 11 gesteuert, welche außerhalb der Prüfeinrichtung 1 angeordnet ist und über einen Steuerungskanal 12 mit dieser in Verbindung steht. Bei dem Steuerungskanal 12 kann es sich um eine Fernsteuerleitung oder eine Funkverbindung oder einen sonstigen Signalkanal handeln.For controlling the rectifier / inverter unit 2 and the inverter / rectifier unit 3 serves one in the test facility 1 included central control device 10 that perform all functions of the test facility 1 controls and is programmable. The individual test programs are controlled by a remote control station 11 controlled, which outside the testing device 1 is arranged and via a control channel 12 communicates with this. At the control channel 12 it can be a remote control line or a radio link or other signal channel.

Die jeweiligen Testprogramme in der zentralen Steuerungseinrichtung 10 wirken auf die Leistungselektronik ein, um die Spannungsamplitude und Frequenz an dem mit dem Generator 4 über die Verbindungsleitung 7 verbundenen Anschlusspunkt 14 der Gleichrichter/Wechselrichter-Einheit 2 eine Überspannung, eine Unterspannung, eine Überfrequenz oder eine Unterfrequenz zu simulieren. Dabei kann auch die Phase zwischen Strom und Spannung an dem energieerzeugerseitigen Anschlusspunkt 14 verschoben werden, um vorgegebene Blindleistungen und Wirkleistungen zu realisieren, die zur Simulation von der Zu- oder Abschaltung von Verbrauchern im Wechselstromnetz 5 dienen.The respective test programs in the central control device 10 act on the power electronics to the voltage amplitude and frequency at the with the generator 4 over the connecting line 7 connected connection point 14 the rectifier / inverter unit 2 to simulate an overvoltage, an undervoltage, an overfrequency or an underfrequency. In this case, the phase between current and voltage at the power generator side connection point 14 be moved to realize specified reactive power and active power, which simulate the connection or disconnection of consumers in the AC network 5 serve.

Die erfindungsgemäße Prüfeinrichtung 1 ist an dem netzanschlussseitigen Anschlusspunkt 13 mit jeweils einem Spannungssensor und einem Stromsensor versehen. Auch der Anschlusspunkt 14 auf der Energieerzeugerseite der Prüfeinrichtung 1 ist jeweils mit einem Spannungssensor und einem Stromsensor versehen. Die Spannungs- und Stromsensoren, die in der Figur der Übersichtlichkeit halber nicht eingezeichnet sind, stehen in Verbindung mit der zentralen Steuerungseinrichtung 10, wo die Spannungs- und Stromsignale analysiert werden. Die Spannungs- und Stromsensoren müssen sehr genau sein, wobei eine Genauigkeit von jeweils Klasse 0,2 oder besser zu bevorzugen ist. Aus den von den Spannungs- und Stromsensoren gelieferten Signalen lassen sich Werte für die jeweiligen Spannungsamplituden, Stromstärken, Phasenverschiebungen von Spannung und Strom, Wirkleistung, Scheinleistung und Frequenz bestimmen. Dabei kann überprüft werden, ob die vorgegebenen Testbedingungen auch tatsächlich erreicht wurden und wie der Energieerzeuger 6 auf die Vorgaben reagiert hat.The test device according to the invention 1 is at the power supply side connection point 13 each provided with a voltage sensor and a current sensor. Also the connection point 14 on the power generator side of the test facility 1 is each provided with a voltage sensor and a current sensor. The voltage and current sensors, which are not shown in the figure for clarity, are in communication with the central control device 10 where the voltage and current signals are analyzed. The voltage and current sensors must be very accurate, with an accuracy of class 0.2 or better being preferred. From the signals supplied by the voltage and current sensors, values for the respective voltage amplitudes, current strengths, phase shifts of voltage and current, active power, apparent power and frequency can be determined. It can be checked whether the given test conditions were actually achieved and how the energy generator 6 responded to the guidelines.

Die in der zentralen Steuerungseinrichtung 10 ablaufenden Testprogramme können für Überfrequenztests und Unterfrequenztests eine Netzfrequenz zwischen 45 Hertz und 65 Hertz simulieren. Dabei dient der Bereich von 45 Hertz bis 55 Hertz zur Simulierung von Überfrequenzen bzw. Unterfrequenzen bei einem 50 Hertz Stromnetz und der Bereich von 55 Hertz bis 65 Hertz zur Simulierung von Überfrequenzen und Unterfrequenzen an einem 60 Hertz Stromnetz. Die Programmsteuerung sorgt dafür, dass der Frequenzverlauf bei Frequenzänderungen immer stetig ist und keine Frequenzsprünge vorkommen.The in the central control device 10 Running test programs can simulate a line frequency between 45 Hertz and 65 Hertz for overfrequency tests and underfrequency tests. The range from 45 Hertz to 55 Hertz is used to simulate overfrequencies or underfrequencies in a 50 Hertz power grid and the range from 55 Hertz to 65 Hertz to simulate overfrequencies and underfrequencies on a 60 Hertz power grid. The program control ensures that the frequency response with frequency changes is always constant and no frequency jumps occur.

Bei Spannungseinbruchstests steuert das zugehörige Testprogramm der zentralen Steuerungseinrichtung 10 die Spannung innerhalb von Millisekunden auf einen vorgegebenen Unterspannungswert bis zu 0 V und kann auch die Spannung innerhalb von Millisekunden wieder auf den Nennspannungswert anheben, wenn dies der Test erfordert. Die Leistungselektronik auf der Grundlage von IGBT-Technik ist in der Lage, die entsprechende Flankensteilheit des Spannungsverlaufes selbst bei hohen Leistungen von ca. 500 kVA zu erzeugen. Bei Überspannungstests kann die Spannung innerhalb von Millisekunden auf einen vorgegebenen Überspannungswert bis ca. 140% der Nennspannung anheben und ebenfalls innerhalb von Millisekunden auf den Nennspannungswert wieder absenken. Dabei kann die Leistungselektronik vom jeweiligen Testprogramm so angesteuert werden, dass der Spannungsverlauf bei allen Spannungsänderungen stetig ist und keinesfalls eine Lücke auftritt. Selbstverständlich können Spannungsänderungen auch mit wesentlich geringerer Flankensteilheit über größere Zeiträume vorgenommen werden, wenn es das jeweilige Testprogramm so verlangt.For voltage breakdown tests, the associated test program controls the central control device 10 The voltage within milliseconds to a predetermined undervoltage value up to 0 V and can also raise the voltage back to the nominal voltage value within milliseconds, if required by the test. The power electronics based on IGBT technology are able to generate the corresponding slope of the voltage curve even at high power levels of approx. 500 kVA. In the event of overvoltage tests, the voltage can rise within a few milliseconds to a specified overvoltage value up to approx. 140% of the rated voltage and also lower again within milliseconds to the nominal voltage value. The power electronics can be controlled by the respective test program so that the voltage curve is constant at all voltage changes and under no circumstances a gap occurs. Of course, voltage changes can also be made with much lower edge steepness over longer periods, if required by the respective test program.

Die erfindungsgemäße Prüfeinrichtung 1 ist als modulare Einheit ausgestaltet und für die Bereitstellung von etwa 500 kVA bis 600 kVA Scheinleistung ausgelegt. Eine solche modulare Einheit 1 ist mit der genannten IGBT-Technik für den genannten Leistungsbereich ohne weiteres realisierbar. Wenn allerdings ein Energieerzeuger 6 im Megawatt-Bereich getestet werden soll, müssen mehrere modulare Einheiten der Prüfeinrichtung 1 zusammengeschaltet und gemeinsam angesteuert werden. Beispielsweise können mit 50 zusammengeschalteten modularen Einheiten Kurzschlussleistungen im Bereich von 25 MVA bis 30 MVA erzeugt werden.The test device according to the invention 1 is designed as a modular unit and designed to provide about 500 kVA to 600 kVA apparent power. Such a modular unit 1 is readily realizable with the IGBT technology mentioned for the stated power range. If, however, an energy producer 6 be tested in the megawatt range, several modular units of the test facility 1 interconnected and controlled together. For example, with 50 interconnected modular units, short circuit powers in the range of 25 MVA to 30 MVA can be generated.

In 2 erkennt man einen Standard-Seecontainer 15, in einer geschnittenen schematischen Darstellung von oben betrachtet. Die Türen 16 des Seecontainers 15 sind auf der rechten Seite angebracht. Im Inneren des Seecontainers 15 sind 28 modulare Einheiten der Prüfeinrichtung 1 untergebracht, 14 auf jeder Seite des Seecontainers 15. Hierfür ist ein Standard 40 Fuß-Container geeignet. Da es für Standard-Seecontainer 15 bereits eine Vielzahl von geeigneten Transportvorrichtungen gibt, insbesondere für den Transport mit LKW einschließlich Vorrichtungen zum Abstellen des Containers 15 ohne LKW sowie Vorrichtungen für den Bahn- und Schiffstransport mit zugehörigen geeigneten Be- und Entladegeräten, ist der Containertransport äußerst wirtschaftlich durchführbar. Durch die Unterbringung der modularen Einheiten der Prüfeinrichtung 1 in Standard-Containern 15 erhält man daher eine besonders kostengünstige Möglichkeit des Einsatzes der Prüfeinrichtung 1 vor Ort beim dezentral angeordneten Energieerzeuger 6.In 2 you recognize a standard sea container 15 , viewed from above in a sectional schematic representation. The doors 16 of the sea container 15 are attached to the right side. Inside the sea container 15 are 28 modular units of the test facility 1 housed, 14 on each side of the sea container 15 , This is a standard 40 Foot container suitable. As for standard sea containers 15 Already a variety of suitable transport devices are, especially for transport by truck including devices for parking the container 15 without trucks and devices for railway and ship transport with associated suitable loading and unloading, container transport is extremely economical feasible. By housing the modular units of the test facility 1 in standard containers 15 Therefore, one obtains a particularly cost-effective way of using the test device 1 locally at the decentralized power generator 6 ,

Selbstverständlich kann die Erfindung auch mit kleineren als 40 Fuß-Containern und auch mit anderen Containerformen als Seecontainern vorteilhaft angewendet werden.Of course, the invention can also be advantageously used with smaller than 40 foot containers and also with other container shapes as sea containers.

Um die einzelnen modularen Einheiten der Prüfvorrichtung 1 koordiniert synchron zu steuern, wirkt die Fernbedienungsstation 11 über einen verzweigten Steuerungskanal 12 gleichzeitig auf alle beteiligten Prüfeinrichtungen 1 ein, um die jeweiligen Programme in den zentralen Steuerungseinrichtungen 10 ablaufen zu lassen. Die synchrone Steuerung aller miteinander verbundenen modularen Einheiten von Prüfeinrichtungen 1 können auch mittels einer einzigen zentralen Steuerungseinrichtung 10 gesteuert werden, die parallel und synchron auf die jeweilige Leistungselektronik der einzelnen Prüfeinrichtungen 1 einwirkt.To the individual modular units of the test device 1 coordinated to control synchronously, the remote control station acts 11 over a branched control channel 12 at the same time to all participating test facilities 1 one to the respective programs in the central control facilities 10 to expire. The synchronous control of all interconnected modular units of test equipment 1 can also by means of a single central control device 10 be controlled in parallel and synchronously to the respective power electronics of the individual test facilities 1 acts.

Wie die Steuerungsprogramme für die einzelnen Funktionstest ablaufen und ausgestaltet sind, hängt einerseits vom jeweiligen Test ab. Andererseits hängt die Ansteuerung der einzelnen IGBTs von deren Spezifikation ab. Es kann daher hier keine bestimmte Vorschrift für den Programmablauf angegeben werden. Es handelt sich dabei aber um übliche und fachnotorische Programmabläufe, deren konkrete Ausgestaltung man dem jeweiligen Fachmann überlassen kann.How the control programs for each bump test run and are designed, on the one hand depends on the test. On the other hand, the control of the individual IGBTs depends on their specification. Therefore, no specific rule for the program sequence can be specified here. However, these are customary and subject-specific program sequences whose specific design can be left to the respective expert.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Prüfeinrichtung/modulare EinheitTesting device / modular unit
22: Gleichrichter/Wechselrichter-EinheitRectifier / inverter unit
33: Wechselrichter/Gleichrichter-EinheitInverter / rectifier unit
44: Generatorgenerator
55: WechselstromnetzAC power
66: Energieerzeugerenergy producers
77: Verbindungsleitungconnecting line
88th: GleichspannungsleitungDC line
99: Netzleitungpower line
1010: zentrale Steuerungseinrichtungcentral control device
1111: Fernbedienungsstationremote station
1212: Steuerungskanalcontrol channel
1313: Anschlusspunkt NetzanschlussseiteConnection point mains connection side
1414: Anschlusspunkt EnergieerzeugerseiteConnection point energy producer side
1515: Seecontainershipping containers
1616: Türendoors

Claims

Testing device for performing functional tests, in particular overvoltage tests, voltage breakdown tests, overfrequency tests, underfrequency tests and grid compatibility tests, on energy generators ( 6 ) for feeding electrical energy into AC grids ( 5 ), characterized in that the testing device ( 1 ) a rectifier-inverter combination constructed using power electronics ( 2 . 3 ) for high electrical power supplied between an energy producer to be tested ( 6 ) and the AC mains ( 5 ), and that the voltage amplitude and frequency at the power generator ( 6 ) can be varied to simulate power disturbances by controlling the power electronics.

Test device according to claim 1, characterized in that the power electronics ( 2 . 3 ) is constructed using IGBT technology and has high-performance Insulated Gate Bipolar Transistors (IGBTs).

Test device according to claim 1 or 2, characterized in that the high-performance IGBTs for voltages of 1000 V to 2500 V and currents up to 2500 A are suitable.

Test device according to one of the preceding claims, characterized in that the energy generator ( 6 ) according to the requirements of the respective test to be applied reactive power and active power by controlling the power electronics ( 2 . 3 ) is adjustable.

Test device according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises current sensors and voltage sensors, which are preferably connected both at a connection point ( 14 ) on the energy producer side as well as at a connection point ( 13 ) are arranged on the power supply side and have an accuracy of class 0.2 or better.

Test device according to one of the preceding claims, characterized in that for overfrequency tests and underfrequency tests of 50 or 60 hertz power networks, the mains frequency between 45 hertz and 65 hertz can be specified.

Test device according to one of the preceding claims, characterized in that the frequency response is constant with frequency changes.

Test device according to one of the preceding claims, characterized in that in voltage breakdown tests, the voltage can be lowered within milliseconds to a predetermined undervoltage value and within milliseconds on the nominal voltage value can be raised.

Test device according to one of the preceding claims, characterized in that in overvoltage test, the voltage within milliseconds to a predetermined overvoltage value can be raised and lowered within milliseconds to the nominal voltage value.

Test device according to one of the preceding claims, characterized in that the voltage profile is constant with voltage changes.

Test device according to one of the preceding claims, characterized in that it can be used as a modular unit ( 1 ) is designed to provide about 500 kVA to 600 kVA apparent power and that for a test of a minimum short-circuit power in the megawatt range, in particular in the range of 25 MVA to 30 MVA, several, in particular 50, modular units ( 1 ) can be interconnected and controlled together.

Testing device according to claim 11, characterized in that the modular units ( 1 ) in a standard sea container ( 15 ), preferably 28 modular units ( 1 ) in a 40-foot container ( 15 ) to facilitate mobile use of the test equipment ( 1 ) on-site at the energy producer ( 6 ) to facilitate.

Test arrangement with a test device according to one of the preceding claims, characterized in that outside the test device ( 1 ) a remote control station ( 11 ) is provided, over which the sequence of the test methods is controllable.