WO2012062309A2 - Dezentrale erzeugungsanlage, insbesondere windenergieanlage, prüfschaltung sowie prüfverfahren - Google Patents

Dezentrale erzeugungsanlage, insbesondere windenergieanlage, prüfschaltung sowie prüfverfahren Download PDF

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Christoph Kahlen
Jan Scheffer
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Forschungsgemeinschaft fur Elektrische Anlagen und Stromwirtschaft E V
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/40—Testing power supplies
    • G01R31/42—AC power supplies

Definitions

  • Decentralized generation plant in particular wind energy plant, test circuit and test method
  • the invention relates to a decentralized electrical generation plant, in particular a wind turbine, which is connected to a network, and a test circuit for testing the response of such a generating plant to an overvoltage and a method for testing the response of such a generating plant to an overvoltage.
  • the invention can be used in particular in wind turbines.
  • Wind turbines are usually connected to electrical supply networks. To ensure the stability of such electrical supply networks The network operators issue connection guidelines for the decentralized generation plants connected to the grid. These connection guidelines prescribe the behavior of the generation systems during a fault in the network. Generation plants which do not comply with the corresponding connection guideline may only be connected to the grid to a limited extent. This applies not only to wind turbines but also to other decentralized generation systems of the supply network.
  • Disruptions in the supply network can e.g. short-term overvoltages, which are caused for example by a load shedding. Furthermore, short-term voltage dips can occur, which can be caused for example by short circuits in the transmission network.
  • the decentralized generation plants should advantageously be able to pass through these fault conditions without disconnecting from the grid.
  • the generating plant should particularly preferably support the mains voltage by supplying reactive power or by drawing on reactive power.
  • connection guidelines generally stipulate that proof of conformity of the production plants with the connection guidelines is provided by a certification process, whereby the corresponding test usually takes place directly in the corresponding supply network.
  • the invention can now be used on a test circuit that can simulate the fault conditions, thus on the one hand to give the manufacturers of decentralized generation plants the opportunity to adapt the systems according to the guidelines.
  • the test circuit can also be used during the certification process.
  • the invention has for its object to provide a test circuit and a test method by which the reaction of a generating plant to a test overvoltage can be tested while the generating plant is connected to the grid.
  • test circuit for testing the reaction of the generating plant to an overvoltage, with a switchable between the generating plant and the network resonant circuit, in particular series resonant circuit, with an inductive resistor and a capacitive resistor to provide a test overvoltage and by a Generation plant with such a test circuit.
  • the test circuit By means of the test circuit according to the invention, it is possible for the generating plant to simulate mains overvoltage. At the same time, the generating plant can continue to be connected to the grid and fed into the grid. As a result, a test situation that is as realistic as possible can also be produced.
  • the resonant circuit preferably has a series branch in which the inductive resistor is arranged, and a parallel branch in which the capacitive resistor is arranged. In this case, the inductive resistor may be connected in series with the usually predominantly inductive network impedance.
  • the test circuit has only a small influence on the line voltage at the input side of the test circuit during the test. It is therefore possible to test the reaction of the generating plant without unnecessarily influencing the network.
  • the voltage across the parallel branch can represent the test overvoltage provided to the energy system.
  • the mains voltage can represent the input voltage of the test circuit.
  • the test circuit increases the voltage and provides it to the generating plant as test overvoltage.
  • the mains voltage can be increased with suitable dimensioning of the inductive and the capacitive resistance.
  • the behavior of the test circuit can be further improved by further components:
  • a damping resistor is arranged in the parallel branch.
  • this damping resistor which can be arranged in particular in series with the capacitive resistor, the switching behavior when switching on the test circuit can be influenced. In particular, transient oscillations of the resonant circuit can be damped by the damping resistor.
  • a discharge resistor is arranged in the parallel branch.
  • the capacitive resistance can be discharged defined defined after completion of the test.
  • the discharge resistor should be arranged parallel to the capacitive resistor. Due to the discharge resistor can after each test attempt a defined initial state of the test circuit can be restored. Furthermore, a risk to the operator is reduced by a charged capacity.
  • an unloading throttle is arranged in the discharge circuit of the capacitive resistor.
  • the capacitive resistance can be discharged independently, so that preferably a switch can be saved. In addition, there is no longer the danger that discharge will no longer take place if the discharge switch is defective.
  • voltage dips can also be a power failure.
  • the test circuit should also be able to simulate such voltage dips in the network of the decentralized generation plant in order to be able to test the reaction of the generating plant to such a voltage drop.
  • the test circuit can have a switchable inductive resistor parallel to the parallel branch.
  • This second inductive resistor thus forms an inductive voltage divider with the inductive resistance of the series branch.
  • the voltage across the shunt is reduced from the voltage at the input of the test circuit and may represent the input voltage of the generator.
  • the test circuit has a surge arrester at the input and / or at the output of the test circuit.
  • Another Kochwoodsabieiter can be provided, for example, to hedge the parallel branch. Overvoltages can occur, for example, during switching operations.
  • the test circuit can be connected between the grid and the generating plant. For this purpose, in particular circuit breakers can be used. The following switches can preferably be used:
  • the resonant circuit can be bridged via a bypass switch.
  • the test circuit can be disconnected on the network side and / or on the generating plant side by means of a switch from the network or the production plant.
  • the bypass switch allows the generating plant to continue to feed into the grid when e.g. There are breaks, maintenance or interruptions between tests.
  • the inductive resistor can be bridged via a bypass switch. By opening this bypass switch, the inductive resistor can be switched on. Furthermore, the capacitive resistor can also be connected via a switch. During the test, the bypass switch of the inductive resistor can thus be opened first, in which case the capacitive resistor is subsequently connected in order to provide the test overvoltage.
  • the inductive resistance and the capacitive resistance must be sufficiently dimensioned for use, in particular in medium-voltage networks.
  • the capacitive resistor may, for example, consist of a plurality of capacitors connected in parallel and / or in series.
  • the inductive resistor may consist, for example, of a plurality of coils connected in series and / or in parallel.
  • the individual capacitors or the individual coils can preferably be switched on individually.
  • the capacitive resistance and / or the inductive resistance is adjustable. As a result, the test voltage can be adjusted.
  • the test circuit is suitable for transport.
  • the test circuit is preferably arranged in one or more mobile containers, in particular iso-containers.
  • the containers can be brought by conventional means of transport to the place of production.
  • the containers are designed weatherproof, so that the test is independent of external environmental conditions.
  • the test circuit is preferably designed such that in the case of a three-phase structure, the test voltage in each of the three phases can be increased at the same time. Furthermore, the test voltage should be able to be increased individually in each individual phase.
  • the invention is not limited to wind turbines. Rather, it can also be used in other decentralized generation plants, such as photovoltaic plants, combined heat and power plants or gas and diesel generators. In addition to this use in the decentralized power supply, the invention can also be found in devices of electric mobility, especially in batteries of electric cars, use.
  • the grid can be a medium voltage network or a low voltage network.
  • the test method according to the invention for testing the power generation plant is carried out while the generating plant is connected to the grid.
  • the power plant can feed energy into the grid during the test.
  • test circuit electrical characteristics of the generating plant can be measured.
  • the measuring equipment used for this purpose can be part of the generating plant or the switchable test circuit. The same applies to the evaluation of the test and the evaluation equipment used for this purpose.
  • the embodiments and developments described in connection with the test circuit according to the invention can also be used in the test method according to the invention.
  • Fig. 1 is a schematic equivalent circuit diagram of a network connected to a generation system with intermediate test circuit
  • FIG. 2 shows a second embodiment of a test circuit.
  • FIG. 3 shows a third embodiment of a test circuit
  • FIG. 5 shows a fifth embodiment of a test circuit
  • FIG. 6 shows a sixth embodiment of a test circuit
  • FIG. 7 shows a seventh embodiment of a test circuit
  • Fig. 8 shows an eighth embodiment of a test circuit, which is arranged in three containers Contai;
  • FIG. 9 shows a ninth embodiment of a test circuit.
  • the test circuit 1 shows the principle according to the invention of the test circuit, which can be used to test the reaction of a decentralized generation plant DEA, for example a wind energy plant, to an overvoltage.
  • the generating plant DEA is connected to a grid N with a schematically illustrated grid impedance Z N.
  • the test circuit can be connected between the grid N and the generating plant DEA.
  • the test circuit comprises a series resonant circuit having an inductive resistor L and a capacitive resistance C.
  • the inductive resistor L is here in a series branch of the resonant circuit.
  • the inductive resistor L thus lies in series with the network impedance ZN of the network N. Via the inductance of the inductive resistor L, the retroactive effects on the network N can be reduced to a required level.
  • the ohmic resistance should also be kept low.
  • the resonant circuit further has a parallel branch, in which the capacitive resistor C is arranged.
  • a damping resistor RD is further arranged, which can affect the transient response of the resonant circuit in a favorable manner.
  • the mains voltage represents the input voltage of the test circuit.
  • the output voltage of the test circuit which is provided to the generating plant, corresponds to the voltage across the parallel branch.
  • the inductive resistor L can be bridged via a power switch Si.
  • the capacitive resistor can be connected via a circuit breaker S2. When the bypass switch S1 is closed and the switch S2 is open, the generation system is connected directly to the network N without any further influence.
  • the switch S1 is first opened. Subsequently, the switch S2 is concluded, so that the generating plant DEA is now connected via the resonant circuit to the network N.
  • a test overvoltage UDEA which is higher than the mains voltage UNETZ can be provided at the output of the test circuit. This can be specified in the steady state as follows:
  • Fig. 1 shows a single-phase equivalent circuit diagram of the test circuit.
  • the test circuit can also be constructed in three phases.
  • the capacitive resistor C may consist of a parallel and / or series connection of a plurality of capacitors.
  • the capacitance of the capacitive resistor C may be, for example, in the range of 1 to 100 pF.
  • the inductance of the inductive resistor L may be in the range of 10 to 1000 mH.
  • the inductive resistor L may be constructed from a plurality of coils connected in series and / or in parallel.
  • the test circuit enables the behavior of the DEA generating plant to be checked for short-time overvoltage and thus optimized. Thus, the risk can be reduced that in the event of an actual grid overvoltage due to uncontrolled behavior of different generation plants, the network N is additionally destabilized.
  • Fig. 2 shows a second embodiment of a test circuit P.
  • each vonnapssabieiter ÜA is arranged to ground.
  • the test circuit can be protected against overvoltages of the network N and against overvoltages of the DEA generation plant.
  • no overvoltages are fed into the grid N and the generating plant DEA.
  • Surge arresters may also be present between phases.
  • Another surge arrester ÜA is arranged parallel to the parallel branch, so that this is also protected against overvoltages.
  • a discharge resistor RE is also arranged, which can be connected via a switch S3.
  • the discharge switch S3 can be closed after carrying out a test with the switch S2 open, so that the capacitive resistor C can be discharged via the discharge resistor RE and the damping resistor RD.
  • the parallel branch ends at a star point SP.
  • the star point is earthed in particular in the case where the voltage is to be increased even in a single phase. However, the star point can also be executed in isolation. In a three-phase application, the capacitive parallel branches of all three phases can end in the neutral point.
  • FIG. 3 shows a third embodiment of a test circuit P.
  • the difference with respect to the test circuit according to FIG. 2 lies in the fact that the switch S 2 has been omitted, the switch S having been added.
  • FIG. 4 shows a fourth embodiment of a test circuit P.
  • the difference from the embodiment according to FIG. 2 lies in the fact that in addition a network is added switch S5, with the test circuit P can be disconnected from the network N. Furthermore, a circuit breaker S (, on the side of the generation system) is added, by means of which the test circuit P can be disconnected from the generation system DEA. The test circuit P can thus be de-energized by means of the two switches S5 and S0.
  • FIG. 5 shows a fifth embodiment of a test circuit C.
  • a bypass switch S 7 is provided in addition to the embodiment according to FIG. 4, through which the power generation system DEA continues to operate with the switches S5 and S6 open and thus voltage-free oscillating circuit can be operated on the network N.
  • the switch S 7 is open. Air-insulated switches can be used as trial switches.
  • this test circuit P no longer has the power switch S1.
  • this circuit is used in encapsulated switchgear.
  • FIG. 7 shows a seventh embodiment of a test circuit P, which is modified relative to the circuit according to FIG. 2 such that instead of the discharge switch S3, a discharge choke LE is arranged in series with the discharge resistor RE.
  • the discharge throttle can be designed such that it blocks at 50/60 Hz. As soon as the power switch S2 opens, the remaining DC voltage can be discharged via the discharge choke L E and the discharge resistor R E.
  • the advantage of this embodiment is that the discharge is done independently and also the switch S3 can be saved. Further- hin is advantageous that no longer the risk that if the discharge switch S3 is defective, no rapid discharge would take place.
  • Fig. 8 shows an eighth embodiment of a test circuit.
  • the test circuit is arranged in three iso-sea containers CTi, CT 2 and CT3.
  • the individual containers CTi, CT2 and CT3 are independent of each other, for example by means of trucks can be loaded.
  • the test circuit can thus be easily brought to the location of the decentralized generation plant DEA.
  • the electrical connection of the test circuit between the containers CT 1; CT 2 and CT3 are made with short lengths of MS cable.
  • the test voltages are provided to a transformer T of the generating plant DEA.
  • the first CTi container is equipped with a switchgear with circuit-breakers including test switches.
  • the switchgear of the container CTi includes the switches S1, S 5, S 6, S 7, S 8 and S. 9
  • measuring devices ME such as current transformers and voltage transformers are provided in the container CTi on the input side.
  • measuring devices M A such as current transformers and voltage transformers, are arranged on the output side.
  • Other measuring devices, not shown, such as current transformers can also be arranged in parallel branch.
  • the measuring devices ME and MA can be used to measure the reaction of the generating plant DEA, wherein the result of the measurement of a not shown computer-based evaluation in the container CTi can be supplied.
  • surge arrester and a control system are also arranged.
  • the parallel branch consists of the capacitive resistor C, the Damping resistor D, the parallel connected discharge resistor R E and the discharge throttle L E.
  • switches S 2 and S 10 are further arranged.
  • the serial branch includes the inductive resistor L.
  • a further inductive resistor Lp is arranged in the container CT3, which is arranged parallel to the parallel branch of the resonant circuit.
  • This parallel inductive resistor Lp can be used together with the inductive resistor L in the series branch in the sense of an inductive divider to provide a test voltage which is reduced in relation to the mains voltage. This operating mode of the test circuit is possible even without the presence of the container CT 2 .
  • the inductive voltage divider can be adjusted by the ratio of the two adjustable Ambient circuit or the inductive voltage divider, so that the electrical properties of the decentralized generation system DEA are measured, so that the reaction of the DEA generating plant can be checked for an overvoltage or a voltage dip. If the voltage is to be increased in only one or two phases, the connection of the parallel branch with capacitor C and resistor R can be effected in one or two phases. In this case, the star point of the parallel branch should be identical to that at the transformer of the network, so that the phase position of the current in the parallel branch leads approximately 90 ° to the corresponding the conductor-earth voltage is. If this is not the case, the addition of the voltage drop across the inductance L is no longer in phase with the phase-earth voltage and the voltage increase is uneven in the two phases involved.

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Abstract

Dezentrale elektrische Erzeugungsanlage, insbesondere Windenergieanlage, die an ein Netz (N) angeschlossen ist, mit einer Prüfschaltung zum Prüfen der Reaktion der Erzeugungsanlage auf eine Überspannung, mit einem zwischen der Erzeugungsanlage (DEA) und das Netz (N) zuschaltbaren Schwingkreis mit einem induktiven Widerstand (L) und einem kapazitiven Widerstand (C) zur Bereitstellung einer Prüf-Überspannung, sowie entsprechende Prüfschaltung und entsprechendes Prüfverfahren.

Description

Dezentrale Erzeugungsanlage, insbesondere Windenergieanlage, Prüfschaltung sowie Prüfverfahren
Die Erfindung betrifft eine dezentrale elektrische Erzeugungsanlage, insbesondere Windenergieanlage, die an ein Netz angeschlossen ist, sowie eine Prüfschaltung zum Prüfen der Reaktion einer solchen Erzeugungsanlage auf eine Überspannung sowie ein Verfahren zum Prüfen der Reaktion einer solchen Erzeugungsanlage auf eine Überspannung.
Die Erfindung kann insbesondere Einsatz finden bei Windenergieanlagen.
Windenergieanlagen werden in der Regel an elektrische Versorgungsnetze angeschlossen. Zur Sicherung der Stabilität solcher elektrischen Versorgungsnet- ze geben die Netzbetreiber Anschlussrichtlinien für die an das Netz angeschlossenen dezentralen Erzeugungsanlagen heraus. Diese Anschlussrichtlinien schreiben das Verhalten der Erzeugungsanlagen während einer Störung im Netz vor. Erzeugungsanlagen, die nicht der entsprechenden Anschlussrichtlinie ge- nügen, dürfen nur bedingt an das Netz angeschlossen werden. Dies gilt nicht nur für Windenergieanlagen sondern auch für sonstige dezentrale Erzeugungsanlagen des Versorgungsnetzes.
Störungen im Versorgungsnetz können z.B. kurzzeitige Überspannungen sein, die beispielsweise durch einen Lastabwurf hervorgerufen werden. Ferner können auch kurzzeitige Spannungseinbrüche auftreten, die beispielsweise durch Kurzschlüsse im Übertragungsnetz hervorgerufen werden können.
Die dezentralen Erzeugungsanlagen sollten vorteilhafterweise in der Lage sein, diese Fehlerzustände zu durchfahren, ohne sich vom Netz zu trennen. Besonders bevorzugt sollte zudem die Erzeugungsanlage durch Blindleistungslieferung beziehungsweise Blindleistungsbezug die Netzspannung stützen.
Die Anschlussrichtlinien sehen in der Regel vor, dass der Nachweis der Konfor- mität der Erzeugungsanlagen mit den Anschlussrichtlinien durch einen Zertifi- zierungsprozess erfolgt, wobei die entsprechende Prüfung in der Regel unmittelbar im entsprechenden Versorgungsnetz erfolgt.
Die Erfindung kann nunmehr Einsatz an einer Prüfschaltung finden, die die Fehlerzustände simulieren kann, um somit zum Einen den Herstellern der dezentralen Erzeugungsanlagen die Möglichkeit zu geben, die Anlagen entsprechend den Richtlinien anzupassen. Zum Anderen kann die Prüfschaltung auch während des Zertifizierungsprozesses verwendet werden. Die Erfindung hat zur Aufgabe, eine Prüfschaltung und ein Prüfverfahren bereitzustellen, durch die die Reaktion einer Erzeugungsanlage auf eine Prüf- Überspannung geprüft werden kann, während die Erzeugungsanlage an das Netz angeschlossen ist.
Eine erfindungsgemäße Erzeugungsanlage zur Lösung der Aufgabe ist Bestandteil von Patentanspruch 1 , eine erfindungsgemäße Prüfschaltung zur Lösung der Aufgabe ist Bestandteil von Patentanspruch 15 und ein erfindungsgemäßes Prüfverfahren zur Lösung der Aufgabe ist Bestandteil von Patentanspruch 17. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Bestandteil der abhängigen Ansprüche.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Prüfschaltung zum Prüfen der Reaktion der Erzeugungsanlage auf eine Überspannung, mit einem zwischen die Erzeugungsanlage und das Netz zuschaltbaren Schwingkreis, insbesondere Serienschwing- kreis, mit einem induktiven Widerstand und einem kapazitiven Widerstand zur Bereitstellung einer Prüf-Überspannung sowie durch eine Erzeugungsanlage mit einer solchen Prüfschaltung.
Durch die erfindungsgemäße Prüfschaltung ist es möglich, dass der Erzeu- gungsanlage eine Netzüberspannung simuliert wird. Gleichzeitig kann die Erzeugungsanlage weiterhin an das Netz angeschlossen sein und in das Netz einspeisen. Hierdurch kann zudem eine möglichst realistische Prüfsituation hergestellt werden. Bevorzugt weist der Schwingkreis einen Serienzweig, in dem der induktive Widerstand angeordnet ist, und einen Parallelzweig, in dem der kapazitive Widerstand angeordnet ist, auf. Hierbei kann der induktive Widerstand in Reihe zu der in der Regel zumeist überwiegend induktiven Netzimpedanz geschaltet sein. Durch die Prüfschaltung wird die Netzspannung an der Eingangsseite der Prüfschaltung während der Prüfung nur in geringem Maße beeinflusst. Es besteht somit die Möglichkeit, die Reaktion der Erzeugungsanlage zu prüfen, ohne das Netz unnötig stark zu beeinflussen.
Die Spannung über dem Parallelzweig kann hierbei die der Energieanlage bereitgestellte Prüf-Überspannung darstellen. Die Netzspannung kann die Eingangsspannung der Prüfschaltung darstellen. Durch die Prüfschaltung wird die Spannung erhöht und der Erzeugungsanlage als Prüf-Überspannung bereitgestellt.
Durch die Eigenschaften des Schwingkreises kann bei geeigneter Dimensionierung des induktiven und des kapazitiven Widerstands die Netzspannung erhöht werden. Durch weitere Bauelemente kann zudem das Verhalten der Prüfschaltung weiter verbessert werden:
Besonders bevorzugt ist im Parallelzweig ein Dämpfungswiderstand angeordnet. Durch diesen Dämpfungswiderstand, der insbesondere in Reihe zum kapa- zitiven Widerstand angeordnet sein kann, kann das Schaltverhalten beim Zuschalten der Prüfschaltung beeinflusst werden. Durch den Dämpfungswiderstand können insbesondere Einschwingvorgänge des Schwingkreises gedämpft werden. Weiterhin bevorzugt ist im Parallelzweig ein Entladewiderstand angeordnet. Durch diesen insbesondere zuschaltbaren Entladewiderstand kann der kapazitive Widerstand nach Abschluss der Prüfung definiert entladen werden. Insofern sollte der Entladewiderstand parallel zum kapazitiven Widerstand angeordnet sein. Durch den Entladewiderstand kann nach jedem Prüfversuch ein definierter Ausgangszustand der Prüf Schaltung wiederhergestellt werden. Ferner wird eine Gefährdung des Bedienpersonals durch eine aufgeladene Kapazität reduziert. Bei einer weiteren möglichen Ausgestaltung ist im Entladekreis des kapazitiven Widerstandes eine Entladedrossel angeordnet. Über die Entladedrossel kann sich der kapazitive Widerstand selbständig entladen, so dass bevorzugt ein Schalter eingespart werden kann. Zudem besteht nicht mehr die Gefahr, dass bei einem defekten Entladeschalter keine Entladung mehr stattfindet.
Neben Überspannungen können auch Spannungseinbrüche eine Netzstörung darstellen. Besonders bevorzugt sollte die Prüfschaltung auch solche Spannungseinbrüche des Netzes der dezentralen Erzeugungsanlage simulieren können, um die Reaktion der Erzeugungsanlage auf einen solchen Spannungsein- bruch prüfen zu können.
Für die Bereitstellung einer gegenüber der Netzspannung verringerten Prüfspannung kann die Prüfschaltung parallel zum Parallelzweig einen zuschaltbaren induktiven Widerstand aufweisen. Dieser zweite induktive Widerstand bil- det somit mit dem induktiven Widerstand des Serienzweiges einen induktiven Spannungsteiler. Die Spannung über dem Parallelzweig ist gegenüber der Spannung am Eingang der Prüfschaltung verringert und kann die Eingangsspannung der Erzeugungsanlage darstellen. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Prüfschaltung einen Überspannungsabieiter am Eingang und/oder am Ausgang der Prüfschaltung auf. Ein weiterer Überspannungsabieiter kann beispielsweise zur Absicherung des Parallelzweiges vorgesehen sein. Überspannungen können beispielsweise bei Schalthandlungen auftreten. Die Prüfschaltung ist zwischen das Netz und die Erzeugungsanlage zuschaltbar. Hierfür können insbesondere Leistungsschalter verwendet werden. Folgende Schalter können bevorzugt verwendet werden:
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Schwingkreis über einen Bypass- Schalter überbrückbar. Ferner kann die Prüfschaltung netzseitig und/oder er- zeugungsanlagenseitig mittels eines Schalters vom Netz beziehungsweise der Erzeugungsanlage getrennt werden. Durch den Bypass-Schalter kann die Erzeu- gungsanlage allerdings weiterhin in das Netz einspeisen, wenn z.B. Pausen, Wartungsarbeiten oder Unterbrechungen zwischen den Prüfungen vorliegen.
In einer möglichen Ausgestaltung ist der induktive Widerstand über einen Bypass-Schalter überbrückbar. Durch Öffnen dieses Bypass-Schalters kann der induktive Widerstand zugeschaltet werden. Des Weiteren kann auch der kapazitive Widerstand über einen Schalter zugeschaltet werden. Während der Prüfung kann somit zunächst der Bypass-Schalter des induktiven Widerstandes geöffnet werden, wobei dann anschließend der kapazitive Widerstand zugeschaltet wird, um die Prüf-Überspannung bereitzustellen.
Der induktive Widerstand und der kapazitive Widerstand müssen für den Einsatz insbesondere in Mittelspannungsnetzen ausreichend dimensioniert sein. Der kapazitive Widerstand kann beispielsweise aus mehreren parallel und/oder in Reihe geschalteten Kondensatoren bestehen. Der induktive Widerstand kann beispielsweise aus mehreren in Reihe und/oder parallel geschalteten Spulen bestehen. Die einzelnen Kondensatoren beziehungsweise die einzelnen Spulen können bevorzugt einzeln zugeschaltet werden. Bevorzugt ist der kapazitive Widerstand und/oder der induktive Widerstand einstellbar. Hierdurch kann auch die Prüfspannung eingestellt werden. Um die Prüfung am Ort der Erzeugungsanlage durchführen zu können, ist es vorteilhaft, wenn die Prüfschaltung für den Transport geeignet ist. Bevorzugt ist die Prüfschaltung in einem oder in mehreren mobilen Containern, insbe- sondere Iso-Containern, angeordnet. Diese Container können mittels üblicher Transportmittel zum Ort der Erzeugungsanlage gebracht werden. Bevorzugt sind die Container wetterfest ausgestaltet, so dass die Prüfung unabhängig von äußeren Umgebungsbedingungen ist. Die Prüfschaltung ist bevorzugt derart ausgestaltet, dass sich im Falle eines dreiphasigen Aufbaus die Prüfspannung in jeder der drei Phasen zugleich erhöhen lässt. Ferner sollte sich auch in jeder einzelnen Phase die Prüfspannung einzeln erhöhen lassen. Die Erfindung ist nicht begrenzt auf Windenergieanlagen. Sie kann vielmehr auch bei anderen dezentralen Erzeugungsanlagen wie beispielsweise bei Pho- tovoltaikanlagen, Blockheizkraftwerken oder Gas- und Dieselgeneratoren eingesetzt werden. Neben diesem Einsatz in der dezentralen Stromversorgung kann die Erfindung ferner auch bei Vorrichtungen der Elektromobilität, insbe- sondere bei Batterien von Elektroautos, Einsatz finden. Das Netz kann ein Mittelspannungsnetz oder ein Niederspannungsnetz sein.
Das erfindungsgemäße Prüfverfahren zum Prüfen der Energieerzeugungsanlage wird durchgeführt, während die Erzeugungsanlage am Netz angeschlossen ist. Die Energieerzeugungsanlage kann während der Prüfung Energie in das Netz einspeisen.
Während der Prüfung können elektrische Eigenschaften der Erzeugungsanlage gemessen werden. Die hierzu verwendeten Messeinrichtungen können Bestand- teil der Erzeugungsanlage oder der zuschaltbaren Prüfschaltung sein. Gleiches gilt für die Auswertung der Prüfung und die hierfür verwendeten Auswerteeinrichtungen. Die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Prüfschaltung beschriebenen Ausgestaltungen und Weiterbildungen können auch bei dem erfindungsgemäßen Prüfverfahren Einsatz finden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Figuren beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Ersatzschaltbild einer an ein Netz angeschlossenen Erzeugungsanlage mit zwischengeschalteter Prüfschaltung;
Fig. 2 eine zweite Ausgestaltung einer Prüfschaltung;
Fig. 3 eine dritte Ausgestaltung einer Prüfschaltung;
Fig. 4 eine vierte Ausgestaltung einer Prüfschaltung;
Fig. 5 eine fünfte Ausgestaltung einer Prüfschaltung;
Fig. 6 eine sechste Ausgestaltung einer Prüfschaltung;
Fig. 7 eine siebte Ausgestaltung einer Prüfschaltung;
Fig. 8 eine achte Ausgestaltung einer Prüfschaltung, die in drei Contai nern angeordnet ist; und
Fig. 9 eine neunte Ausgestaltung einer Prüfschaltung.
Die Fig. 1 zeigt das erfindungsgemäße Prinzip der Prüfschaltung, die zum Prü- fen der Reaktion einer dezentralen Erzeugungsanlage DEA, beispielsweise eine Windenergieanlage, auf eine Überspannung verwendet werden kann. Die Erzeugungsanlage DEA ist an ein Netz N mit einer schematisch dargestellten Netzimpedanz ZN angeschlossen. Die Prüfschaltung kann zwischen das Netz N und die Erzeugungsanlage DEA geschaltet werden. Die Prüfschaltung umfasst einen Serienschwingkreis, der einen induktiven Widerstand L und einen kapazitiven Widerstand C aufweist. Der induktive Widerstand L befindet sich hierbei in einem Serienzweig des Schwingkreises. Der induktive Widerstand L liegt somit in Reihe zur Netzimpedanz ZN des Netzes N. Über die Induktivität des induktiven Widerstands L können sich die Rückwir- kungen auf das Netz N auf ein gefordertes Maß reduzieren lassen. Im Serienzweig sollte ferner der ohmsche Widerstand gering gehalten sein.
Der Schwingkreis weist ferner einen Parallelzweig auf, in dem der kapazitive Widerstand C angeordnet ist. In dem Parallelzweig ist ferner ein Dämpfungs- widerstand RD angeordnet, der das Einschwingverhalten des Schwingkreises in günstiger Weise beeinflussen kann.
Die Netzspannung stellt die Eingangsspannung der Prüfschaltung dar. Die Ausgangsspannung der Prüfschaltung, die der Erzeugungsanlage bereit gestellt wird, entspricht der Spannung über dem Parallelzweig.
Der induktive Widerstand L ist über einen Leistungsschalter Si überbrückbar. Der kapazitive Widerstand ist über einen Leistungsschalter S2 zuschaltbar. Bei geschlossenem Bypass-Schalter S1 und geöffnetem Schalter S2 ist die Erzeu- gungsanlage unmittelbar und ohne weitere Beeinflussung an das Netz N angeschlossen.
Zur Prüfung der Reaktion der Erzeugungsanlage DEA auf eine Überspannung wird zunächst der Schalter S1 geöffnet. Anschließend wird der Schalter S2 ge- schlössen, so dass die Erzeugungsanlage DEA nunmehr über den Schwingkreis mit dem Netz N verbunden ist. Durch die gewählte Dimensionierung der Induktivität des induktiven Widerstandes L und der Kapazität des kapazitiven Widerstandes C kann eine gegenüber der Netzspannung UNETZ erhöhte Prüfüberspan- nung UDEA am Ausgang der Prüfschaltung bereit gestellt werden. Diese kann im eingeschwungenen Zustand wie folgt angegeben werden:
UDEA = · (Λβ 1°Κχ *1 xc)) = Rz + l xcy ' ~ Wi - *c) - ί Μ Mit: X, = ωΐ, Xc =—
Die Fig. 1 zeigt ein einphasiges Ersatzschaltbild der Prüfschaltung. In analoger Weise kann die Prüfschaltung auch dreiphasig aufgebaut sein.
Der kapazitive Widerstand C kann aus einer Parallel- und/oder Reihenschaltung von mehreren Kondensatoren bestehen. Die Kapazität des kapazitiven Widerstands C kann beispielsweise im Bereich von 1 bis 100 pF liegen. Die Induktivität des induktiven Widerstands L kann im Bereich von 10 bis 1000 mH liegen. Der induktive Widerstand L kann aus einer Mehrzahl von in Reihe und/oder parallel geschalteten Spulen aufgebaut sein. Durch die Prüfschaltung kann das Verhalten der Erzeugungsanlage DEA auf eine kurzzeitige Überspannung geprüft und folglich optimiert werden. Somit kann die Gefahr verringert werden, dass im Falle einer tatsächlichen Netzüberspannung durch unkontrolliertes Verhalten verschiedener Erzeugungsanlagen das Netz N zusätzlich destabilisiert wird. Die Fig. 2 zeigt eine zweite Ausgestaltung einer Prüfschaltung P. Am Eingang und am Ausgang der Prüfschaltung P ist jeweils ein Überspannungsabieiter ÜA gegen Erde angeordnet. Hierdurch kann die Prüfschaltung gegen Überspannungen des Netzes N sowie gegen Überspannungen der Erzeugungsanlage DEA ab- gesichert werden. Ferner werden ausgehend von der Prüfschaltung P keine Überspannungen in das Netz N sowie die Erzeugungsanlage DEA eingespeist. Auch zwischen den Phasen können Überspannungsabieiter vorhanden sein.
Ein weiterer Überspannungsabieiter ÜA ist parallel zum Parallelzweig angeord- net, so dass auch dieser gegen Überspannungen abgesichert ist.
Parallel zum Parallelzweig ist ferner ein Entladewiderstand RE angeordnet, der über einen Schalter S3 zuschaltbar ist. Der Entladeschalter S3 kann nach der Durchführung eines Prüfversuches bei geöffneten Schalter S2 geschlossen wer- den, so dass der kapazitive Widerstand C über den Entladewiderstand RE und den Dämpfungswiderstand RD entladen werden kann.
Der Parallelzweig endet an einem Sternpunkt SP. Der Sternpunkt ist insbesondere in dem Fall geerdet, in dem die Spannung auch in einer einzelnen Phase erhöht werden soll. Der Sternpunkt kann allerdings auch isoliert ausgeführt sein. Bei einer dreiphasigen Anwendung können die kapazitiven Parallelzweige aller drei Phasen in dem Sternpunkt enden.
Die Fig. 3 zeigt eine dritte Ausgestaltung einer Prüfschaltung P. Der Unter- schied gegenüber der Prüfschaltung nach Fig. 2 liegt darin, dass der Schalter S2 weggefallen ist, wobei der Schalter S hinzugekommen ist.
Die Fig. 4 zeigt eine vierte Ausgestaltung eines Prüfkreises P. Der Unterschied zur Ausgestaltung nach Fig. 2 liegt darin, dass zusätzlich netzseitig ein Leis- tungsschalter S5 hinzugekommen ist, mit dem die Prüfschaltung P vom Netz N getrennt werden kann. Ferner ist ein Leistungsschalter S(, erzeugungsanlagen- seitig hinzugekommen, durch den die Prüfschaltung P von der Erzeugungsanlage DEA getrennt werden kann. Durch die beiden Schalter S5 und SÖ kann der Prüf kreis P somit spannungsfrei geschaltet werden.
Die Fig. 5 zeigt eine fünfte Ausgestaltung einer Prüfschaltung C. Bei dieser Ausgestaltung ist gegenüber der Ausgestaltung nach Fig. 4 zusätzlich ein By- pass-Schalter S7 vorgesehen, durch welchen die Energieerzeugungsanlage DEA bei geöffneten Schaltern S5 und S6 und somit spannungsfreien Schwingkreis weiterhin am Netz N betrieben werden kann. Somit können beispielsweise Wartungsarbeiten an der Prüfschaltung vorgenommen werden, ohne dass die Erzeugungsanlage DEA vom Netz N genommen werden muss. Während der Prüfung ist der Schalter S7 geöffnet. Es können luftisolierte Schalter als Versuchs- Schalter verwendet werden .
Die Fig. 6 zeigt eine sechste Ausgestaltung einer Prüf Schaltung P. Im Unterschied zur Ausgestaltung nach Fig. 5 weist diese Prüfschaltung P nicht mehr den Leistungsschalter S1 auf. Besonders bevorzugt wird diese Schaltung bei gekapselten Schaltanlagen eingesetzt.
Die Fig. 7 zeigt eine siebte Ausgestaltung einer Prüfschaltung P, die gegenüber der Schaltung nach Fig. 2 derart verändert ist, dass an Stelle des Entladeschalters S3 eine Entladedrossel LE in Reihe zum Entladungswiderstand RE angeord- net ist. Die Entladedrossel kann derart ausgestaltet sein, dass sie bei 50/60 Hz sperrt. Sobald der Leistungsschalter S2 öffnet, kann sich die verbleibende Gleichspannung über die Entladedrossel LE und den Entladewiderstand RE entladen. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass die Entladung selbständig geschieht und zudem der Schalter S3 eingespart werden kann. Weiter- hin ist vorteilhaft, dass nicht mehr die Gefahr besteht, dass, wenn der Entladeschalter S3 defekt ist, keine Schnellentladung mehr erfolgen würde.
Die Fig. 8 zeigt eine achte Ausgestaltung einer Prüfschaltung. Die Prüfschal- tung ist in drei Iso-See-Containern CTi, CT2 und CT3 angeordnet. Die einzelnen Container CTi, CT2 und CT3 sind unabhängig voneinander, beispielsweise mittels LKW verladbar. Die Prüfschaltung kann somit in einfacher Weise zum Ort der dezentralen Erzeugungsanlage DEA gebracht werden. Die elektrische Verbindung des Prüfkreises zwischen den Containern CT1 ; CT2 und CT3 erfolgt mit kurzen MS- Kabelstücken. Die Prüfspannungen werden einem Transformator T der Erzeugungsanlage DEA bereitgestellt.
In dem ersten Container CTi ist eine Schaltanlage mit Leistungsschaltern inklu- sive Versuchsschaltern angeordnet. Die Schaltanlage des Containers CTi beinhaltet die Schalter S1 , S5, S6, S7, S8 und S9.
Des Weiteren sind im Container CTi eingangsseitig Messeinrichtungen ME wie Stromwandler und Spannungswandler vorgesehen. Ausgangsseitig sind eben- falls Messeinrichtungen MA wie Stromwandler und Spannungswandler angeordnet. Weitere nicht dargestellte Messeinrichtungen wie Stromwandler können auch im Parallelzweig angeordnet sein. Die Messeinrichtungen ME und MA können zur Messung der Reaktion der Erzeugungsanlage DEA verwendet werden, wobei das Ergebnis der Messung einer nicht dargestellten rechnerbasierten Auswerteeinrichtung im Container CTi zugeführt werden kann. In dem Container CTi sind ferner Überspannungsabieiter sowie ein Steuersystem angeordnet.
In dem zweiten Container CT2 ist der Parallelzweig des Serienschwingkreises angeordnet. Der Parallelzweig besteht aus dem kapazitiven Widerstand C, dem Dämpfungswiderstand D, dem parallel dazu geschalteten Entladewiderstand RE sowie der Entladedrossel LE. In dem Container CT2 sind ferner Schalter S2 und S10 angeordnet. In dem dritten Container CT3 ist der Serienzweig des Schwingkreises angeordnet. Der Serienzweig beinhaltet u.a. den induktiven Widerstand L.
Zusätzlich ist im Container CT3 ein weiterer induktiver Widerstand Lp angeordnet, der parallel zum Parallelzweig des Schwingkreises angeordnet ist. Dieser parallele induktive Widerstand Lp kann zusammen mit dem induktiven Widerstand L im Serienzweig im Sinne eines induktiven Teilers zur Bereitstellung einer gegenüber der Netzspannung reduzierten Prüfspannung verwendet werden. Diese Betriebsart des Prüfkreises ist auch ohne Vorhandensein des Containers CT2 möglich.
Im Falle der Verwendung des induktiven Spannungsteilers kann durch das Verhältnis der beiden einstellbaren Teilerimpedanzen L und Lp die für die Erzeugungsanlage gewünschte Restspannung eingestellt werden. Nach dem Zuschalten des Schwingkreises oder des induktiven Spannungsteilers werden die elektrischen Eigenschaften der dezentralen Erzeugungsanlage DEA gemessen, so dass die Reaktion der Erzeugungsanlage DEA auf eine Überspannung oder einen Spannungseinbruch geprüft werden kann. Falls die Spannung nur in einer oder zwei Phasen angehoben werden soll, kann dazu die Zuschaltung des parallelen Zweiges mit Kondensator C und Widerstand R ein- oder zweiphasig erfolgen. Dabei sollte der Sternpunkt des Parallelzweiges mit dem am Transformator des Netzes identisch sein, damit die Phasenlage des Stromes im Parallelzweig etwa 90° voreilend zur entsprechen- den Leiter-Erde Spannung ist. Ist dies nicht der Fall, erfolgt die Addition des Spannungsabfalls über der Induktivität L nicht mehr phasengleich mit der Leiter-Erde Spannung und die Spannungsanhebung wird ungleichmäßig in den beiden betroffenen Phasen.
Durch den Einsatz von Kompensationsspulen zwischen Transformatorstern - punkt und Erde, isolierten Stempunkten und eventuell hohen Erdwiderständen kann nicht immer gewährleistet werden, dass die beiden Sternpunkte auf demselben Potential liegen. Um dies zu umgehen, ist es möglich, die Prüfver- suche generell dreiphasig durchzuführen und nur diejenigen beeinflussten Zweige II an die Erzeugungsanlage DEA durchzuschalten, welche benötigt werden. Dazu ist es sinnvoll, in zwei von drei Phasen jeweils zwei einpolige Trennschalter SU entsprechend der Fig. 9 einzufügen. Die Trennschalter S sind zwischen Parallelzweig und Erzeugungsanlage DEA angeordnet. Der Zweig I ist hierbei somit unbeeinflusst.
Bezugszeichen:
C kapazitiver Widerstand
DEA dezentrale Erzeugungsanlage
I unbeinflusster Zweig
II beeinflusster Zweig
L induktiver Widerstand
I_E Entladedrossel
Lp induktiver Widerstand im Parallelzweig MA Messeinrichtung (ausgangsseitig)
ME Messeinrichtung (eingansseitig)
N Netz
P Prüfschaltung
RD Dämpfungswiderstand
E Entladewiderstand
S - Sii Schalter
SP Sternpunkt
T Transformator
ÜA Überspannungsabieiter
ZN Netzimpedanz

Claims

Patentansprüche:
1. Dezentrale elektrische Erzeugungsanlage, insbesondere Windenergieanlage, die an ein Netz (N) angeschlossen ist,
g e ke n n ze i c h n e t d u rc h
eine Prüfschaltung (P) zum Prüfen der Reaktion der Erzeugungsanlage auf eine Überspannung, mit einem zwischen der Erzeugungsanlage (DEA) und das Netz (N) zuschaltbaren Schwingkreis mit einem induktiven Widerstand (L) und einem kapazitiven Widerstand (C) zur Bereitstellung einer Prüf- Überspannung.
2. Erzeugungsanlage nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der
Schwingkreis einen Serienzweig, in dem der induktive Widerstand (L) angeordnet ist, und einen Parallelzweig, in dem der kapazitive Widerstand (C) angeordnet ist, aufweist.
3. Erzeugungsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die
Spannung über dem Parallelzweig die der Energieanlage (DEA) bereitgestellte Prüf-Überspannung darstellt.
4. Erzeugungsanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Parallelzweig ein Dämpfungswiderstand (RD) angeordnet ist, der insbesondere in Reihe zum kapazitiven Widerstand (C) angeordnet ist.
5. Erzeugungsanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Parallelzweig ein, insbesondere zuschaltbarer, Entladewiderstand (RE) angeordnet ist, der insbesondere parallel zum kapazitiven Widerstand (C) angeordnet ist.
6. Erzeugungsanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zum Parallelzweig ein, insbesondere einstellbarer, zuschaltbarer induktiver Widerstand (Lp) angeordnet ist, mittels dem der Erzeugungsanlage (DEA) eine gegenüber der Netzspannung verringerte Prüf- Spannung bereitstellbar ist.
7. Erzeugungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingkreis über einen Bypassschalter (S7) überbrückbar ist.
8. Erzeugungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der induktive Widerstand (L) über einen Bypassschalter (S1) überbrückbar ist.
9. Erzeugungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der kapazitive Widerstand (C) über einen Schalter (S2) zuschaltbar ist.
10. Erzeugungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, gekennzeichnet durch einen Überspannungsabieiter (ÜA) am
Eingang und/oder am Ausgang der Prüfschaltung (P).
1 1 . Erzeugungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der kapazitive Widerstand (C) und/oder der induktive Widerstand (L) einstellbar sind.
12. Erzeugungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der kapazitive Widerstand (C) aus mehreren parallel und/oder in Reihe geschalteten Kondensatoren besteht und/oder dass der induktive Widerstand (L) aus mehreren in Reihe und/oder parallel geschalteten Spulen besteht.
13. Erzeugungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Netzspannung die Eingangsspannung der Prüfschaltung (P) ist.
14. Erzeugungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Prüfschaltung (P) in einem oder mehreren mobilen
Containern (CT1 , CT2, CT3) angeordnet ist.
15. Prüfschaltung zum Prüfen der Reaktion einer an ein Netz (N) angeschlossenen, dezentralen elektrischen Erzeugungsanlage (DEA) auf eine Überspan- nung,
gekennzeichnet durch
einen zwischen die Erzeugungsanlage (DEA) und das Netz (N) zuschaltbaren Schwingkreis mit einem induktiven Widerstand (L) und einem kapazitiven Widerstand (C) zur Bereitstellung einer Prüf-Überspannung.
16. Prüfschaltung nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch die Merkmale aus einem kennzeichnenden Teil der Ansprüche 2 bis 14.
17. Verfahren zum Prüfen der Reaktion einer an ein Netz (N) angeschlossenen, dezentralen elektrischen Erzeugungsanlage (DEA) auf eine Überspannung, dadurch gekennzeichnet,
dass mittels eines zwischen die Erzeugungsanlage (DEA) und das Netz (N) geschalteten Schwingkreises mit einem induktiven Widerstand (L) und einem kapazitiven Widerstand (C) eine Prüf-Überspannung erzeugt wird.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Zuschalten des Schwingkreises elektrische Eigenschaften der Erzeugungsanlage (DEA) gemessen werden.
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