DE102015201477B4

DE102015201477B4 - Unit for generating electricity, power grid with such a unit, motor vehicle with such a power grid or unit, and method for operating such a unit for generating electricity

Info

Publication number: DE102015201477B4
Application number: DE102015201477.0A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Filip
Original assignee: MTU Friedrichshafen GmbH
Current assignee: Rolls Royce Solutions GmbH
Priority date: 2015-01-28
Filing date: 2015-01-28
Publication date: 2021-06-24
Anticipated expiration: 2035-01-29
Also published as: DE102015201477A1

Abstract

Aggregat (3) zur Stromerzeugung, mit- einer drehzahlvariablen Brennkraftmaschine (5), die mit- einem Generator (7) zu dessen Antrieb wirkverbunden ist, mit- einem Stromrichter (11), über den der Generator (7) mit einem Verbraucherstromkreis (13) verbindbar ist, wobei- der Generator (7) als Synchronmaschine ausgebildet ist, und mit- einer Umschalteinrichtung (15), die eingerichtet ist zur Herstellung einer elektrischen Direktverbindung (17) zwischen dem Generator (7) und dem Verbraucherstromkreis (13) unter Umgehung des Stromrichters (11) in einem ersten Schaltzustand, wobei- die Umschalteinrichtung (15) eingerichtet ist zur Unterbrechung der elektrischen Direktverbindung (17) in einem zweiten Schaltzustand, dadurch gekennzeichnet, dass- der Stromrichter (11) eine Nenn- oder Maximalleistung aufweist, die kleiner ist als eine Nenn- oder Maximalleistung des Generators (7), wobei- das Aggregat (3) eingerichtet ist, um auf eine Synchrondrehzahl beschleunigt zu werden, wenn eine momentane Ausgangsleistung des Generators (7) einen vorbestimmten Schwellenwert erreicht oder überschreitet.Unit (3) for power generation, with- a variable-speed internal combustion engine (5), which is operatively connected to- a generator (7) to drive it, with- a converter (11) via which the generator (7) is connected to a consumer circuit (13 ) can be connected, the generator (7) being designed as a synchronous machine, and with a switching device (15) which is set up to produce a direct electrical connection (17) between the generator (7) and the consumer circuit (13) bypassing of the converter (11) in a first switching state, wherein- the switching device (15) is set up to interrupt the electrical direct connection (17) in a second switching state, characterized in that- the converter (11) has a nominal or maximum power which is less than a nominal or maximum power of the generator (7), the unit (3) being set up to be accelerated to a synchronous speed when a momentary Au Output power of the generator (7) reaches or exceeds a predetermined threshold value.

Description

Die Erfindung betrifft ein Aggregat zur Stromerzeugung, ein Stromnetz mit einem solchen Aggregat, ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Stromnetz oder Aggregat, und ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Aggregats zur Stromerzeugung.The invention relates to a unit for generating electricity, a power grid with such a unit, a motor vehicle with such a power grid or unit, and a method for operating such a unit for generating electricity.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2011 076 073 A1 ist ein Stromnetz bekannt, welches einen Verbraucherstromkreis aufweist, der mit einer Mehrzahl von Aggregaten zur Stromerzeugung verbunden ist. Ein solches Aggregat weist eine drehzahlvariable Brennkraftmaschine auf, die mit einem Generator zu dessen Antrieb wirkverbunden ist. Dem Aggregat ist ein Stromrichter zugeordnet, über den der Generator mit dem Verbraucherstromkreis verbunden ist. Solche drehzahlvariablen Aggregate zur Stromerzeugung werden insbesondere in Anwendungsbereichen eingesetzt, bei denen sie hauptsächlich im Teillastbereich betrieben werden, beispielsweise auf Schiffen, wenn eine Redundanz und somit eine Mehrzahl von Aggregaten gefordert ist. Durch die Drehzahlvariabilität ist es möglich, im Teillastbereich Kraftstoff einzusparen und Verschleiß zu reduzieren, was sich positiv auf die Lebenszykluskosten des Aggregats auswirkt. Es ist bekannt, solche Aggregate mit Generatoren auszustatten, die als Asynchronmaschinen ausgebildet sind. Diese müssen allerdings durch den Stromrichter magnetisiert werden, sodass dieser eine ungefähr 10% bis 20% größere Nennleistung aufweisen muss, als es der Bemessungsleistung des Aggregats entspricht. Da die Leistung eines Stromrichters durch die zulässigen Ströme seiner Leistungsbauteile definiert ist, gibt es Abstufungen in den Nennleistungen. Es ist also insbesondere für den Betrieb eines solchen Aggregats mit einer Asynchronmaschine ein vergleichsweise großer und teurer Stromrichter mit hoher Nennleistung nötig, insbesondere mit höherer Nennleistung, als es der Nennleistung des Generators entspricht.From the German Offenlegungsschrift DE 10 2011 076 073 A1 a power network is known which has a consumer circuit which is connected to a plurality of units for generating electricity. Such a unit has a variable-speed internal combustion engine which is operatively connected to a generator to drive it. A converter is assigned to the unit, via which the generator is connected to the consumer circuit. Such variable-speed units for power generation are used in particular in areas of application in which they are mainly operated in the partial load range, for example on ships, when redundancy and thus a plurality of units is required. The speed variability makes it possible to save fuel and reduce wear in the partial load range, which has a positive effect on the life cycle costs of the unit. It is known to equip such units with generators which are designed as asynchronous machines. However, these must be magnetized by the converter, so that it must have a nominal power of approximately 10% to 20% greater than the rated power of the unit. Since the power of a converter is defined by the permissible currents of its power components, there are gradations in the nominal power. In particular, a comparatively large and expensive converter with a high nominal power is necessary for the operation of such a unit with an asynchronous machine, in particular with a higher nominal power than corresponds to the nominal power of the generator.

Es ist auch bekannt, den Generator eines solchen Aggregats als Synchronmaschine auszubilden. In diesem Fall entfällt die für eine Asynchronmaschine erforderliche Magnetisierungsleistung, da die Synchronmaschine über ihre Erregermaschine magnetisiert wird. Hierdurch können zwar die Mehrkosten einer Synchronmaschine gegenüber einer Asynchronmaschine zumindest teilweise kompensiert werden, es zeigt sich jedoch, dass der Stromrichter gleichwohl eine Nennleistung aufweisen muss, die zumindest der Nenn-Ausgangsleistung der Synchronmaschine entspricht. Dadurch weist der Stromrichter noch immer einen vergleichsweise großen Bauraum auf und ist teuer. Gerade im oberen Leistungsbereich treten außerdem elektrische Verluste in dem Stromrichter auf, sodass das Aggregat bezüglich seines Wirkungsgrades und seiner Effizienz verbesserungswürdig ist. Soll der Vorteil eines drehzahlvariablen Betriebs des Aggregats auch bei Ausbildung des Generators als Synchronmaschine erhalten belieben, ist der Stromrichter zwingend erforderlich und kann nicht eingespart werden.It is also known to design the generator of such a unit as a synchronous machine. In this case, the magnetization power required for an asynchronous machine is omitted, since the synchronous machine is magnetized via its exciter. Although this can at least partially compensate for the additional costs of a synchronous machine compared to an asynchronous machine, it has been shown, however, that the converter must nevertheless have a nominal power which at least corresponds to the nominal output power of the synchronous machine. As a result, the converter still has a comparatively large installation space and is expensive. Electrical losses also occur in the converter, especially in the upper power range, so that the unit needs improvement in terms of its degree of efficiency and its efficiency. If the advantage of variable-speed operation of the unit is to be retained even when the generator is designed as a synchronous machine, the converter is absolutely necessary and cannot be saved.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 34 23 659 A1 geht ein Aggregat zur Stromerzeugung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 hervor.From the German Offenlegungsschrift DE 34 23 659 A1 shows a unit for power generation with the features of the preamble of claim 1.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 32 12 430 A1 geht ein Aggregat zur Stromerzeugung mit einer drehzahlvariablen Brennkraftmaschine hervor, wobei die Brennkraftmaschine mit einem Generator zu dessen Antrieb wirkverbunden ist. Es ist ein Stromrichter vorgesehen, über den der Generator mit einem Verbraucherstromkreis verbindbar ist.From the German Offenlegungsschrift DE 32 12 430 A1 shows a unit for generating electricity with a variable-speed internal combustion engine, the internal combustion engine being operatively connected to a generator to drive it. A converter is provided via which the generator can be connected to a consumer circuit.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2004 003 657 A1 geht eine Windkraftanlage zur Stromerzeugung hervor, wobei ein Generator der Windkraftanlage über einen Stromrichter mit einem Stromnetz verbindbar ist. Der Generator ist als Asynchronmaschine ausgebildet. Es ist eine Umschalteinrichtung vorgesehen, die eingerichtet ist zur Herstellung einer elektrischen Direktverbindung zwischen dem Generator und dem Stromnetz unter Umgehung des Stromrichters in einem ersten Schaltzustand, wobei die Umschalteinrichtung eingerichtet ist zur Unterbrechung der elektrischen Direktverbindung in einem zweiten Schaltzustand. Der Stromrichter kann eine Nenn- oder Maximalleistung aufweisen, die kleiner ist als eine Nenn- oder Maximalleistung des Generators.From the German Offenlegungsschrift DE 10 2004 003 657 A1 shows a wind power plant for generating electricity, wherein a generator of the wind power plant can be connected to a power grid via a converter. The generator is designed as an asynchronous machine. A switching device is provided which is set up to produce a direct electrical connection between the generator and the power grid, bypassing the converter in a first switching state, the switching device being set up to interrupt the electrical direct connection in a second switching state. The converter can have a nominal or maximum power that is smaller than a nominal or maximum power of the generator.

Auch aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2011 076 073 A1 geht ein Aggregat zur Stromerzeugung mit einer drehzahlvariablen Brennkraftmaschine hervor, wobei die Brennkraftmaschine mit einem Generator zu dessen Antrieb wirkverbunden ist. Es ist ein Stromrichter vorgesehen, über den der Generator mit einem Verbraucherstromkreis verbindbar ist.Also from the German Offenlegungsschrift DE 10 2011 076 073 A1 shows a unit for generating electricity with a variable-speed internal combustion engine, the internal combustion engine being operatively connected to a generator to drive it. A converter is provided via which the generator can be connected to a consumer circuit.

Aus DE 11 2006 000 930 T5 geht eine Steuerschaltung mit reduzierter Last für einen Bypass-Schalter zum Steuern der Stromversorgung von einer Stromquelle zu einem Elektromotor für ein elektrisches Handwerkzeug hervor.Out DE 11 2006 000 930 T5 discloses a control circuit with reduced load for a bypass switch for controlling the power supply from a power source to an electric motor for an electric hand tool.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Aggregat zur Stromerzeugung, ein Stromnetz mit einem solchen Aggregat, ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Stromnetz oder einem solchen Aggregat, und ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Aggregats zur Stromerzeugung zu schaffen, wobei die genannten Nachteile nicht auftreten.The object of the invention is to create a unit for power generation, a power network with such a unit, a motor vehicle with such a power network or such a unit, and a method for operating such a unit for power generation, the disadvantages mentioned not occurring.

Die Aufgabe wird gelöst, indem die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche geschaffen werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.The object is achieved in that the subjects of the independent claims are created become. Advantageous refinements result from the subclaims.

Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem ein Aggregat zur Stromerzeugung geschaffen wird, welches eine drehzahlvariable Brennkraftmaschine aufweist, die mit einem Generator zu dessen Antrieb wirkverbunden ist. Das Aggregat weist außerdem einen Stromrichter auf, über den der Generator mit einem Verbraucherstromkreis verbindbar ist. Dabei ist der Generator als Synchronmaschine ausgebildet. Das Aggregat weist außerdem eine Umschalteinrichtung auf, die eingerichtet ist zur Herstellung einer elektrischen Direktverbindung zwischen dem Generator und dem Verbraucherstromkreis unter Umgehung des Stromrichters in einem ersten Schaltzustand. Die Umschalteinrichtung ist weiterhin eingerichtet zur Unterbrechung der Direktverbindung in einem zweiten Schaltzustand. Das Aggregat zeichnet sich dadurch aus, dass der Stromrichter eine Nenn- oder Maximalleistung aufweist, die kleiner ist als eine Nenn- oder Maximalleistung des Generators, wobei das Aggregat eingerichtet ist, um auf eine Synchrondrehzahl beschleunigt zu werden, wenn eine momentane Ausgangsleistung des Generators einen vorbestimmten Schwellenwert erreicht oder überschreitet. Aufgrund der Verwendung einer Synchronmaschine bedarf es keiner Magnetisierungsleistung, sodass dies bereits zu einer Reduzierung des Bauraums und der Nennleistung des Stromrichters beiträgt. Durch die Umschalteinrichtung ist es nun möglich, in dem ersten Schaltzustand eine Direktverbindung zwischen dem Generator und dem Verbraucherstromkreis herzustellen, wobei der Stromrichter umgangen wird. In dem ersten Schaltzustand kann also die Synchronmaschine direkt - gegebenenfalls über eine Synchronisiereinrichtung - mit dem Verbraucherstromkreis verbunden werden, wobei sie in diesem Schaltzustand ohne weiteres mit Synchrondrehzahl und synchronisiert zu dem Verbraucherstromkreis betrieben werden kann. In diesem Fall wird in dem ersten Schaltzustand über den Stromrichter vorzugsweise keine elektrische Leistung mehr übertragen, sodass hier keine Verluste auftreten, wobei es möglich ist, den Stromrichter mit kleinerer Nennleistung auszubilden als bei einem herkömmlichen Aggregat, bei welchem die elektrische Leistung stets über den Stromrichter übertragen wird. Dagegen ist es in dem zweiten Schaltzustand möglich, die elektrische Leistung über den Stromrichter zu übertragen, indem die Direktverbindung zwischen dem Generator und dem Verbraucherstromkreis unterbrochen wird. Damit ist auch der an sich bekannte, drehzahlvariable Betrieb des Aggregats weiterhin möglich, wobei der Generator nicht mit Synchrondrehzahl betrieben werden muss, sondern vielmehr drehzahlvariabel betreibbar ist. Dabei ergeben sich insbesondere die bereits eingangs erwähnten Vorteile im Teillastbereich.The object is achieved in particular by creating a unit for generating electricity which has a variable-speed internal combustion engine that is operatively connected to a generator for driving it. The unit also has a converter, via which the generator can be connected to a consumer circuit. The generator is designed as a synchronous machine. The unit also has a switching device which is set up to produce a direct electrical connection between the generator and the consumer circuit, bypassing the converter in a first switching state. The switching device is also set up to interrupt the direct connection in a second switching state. The unit is characterized in that the converter has a nominal or maximum power that is less than a nominal or maximum power of the generator, the unit being set up to be accelerated to a synchronous speed when a current output power of the generator a reaches or exceeds a predetermined threshold. Due to the use of a synchronous machine, there is no need for magnetizing power, so that this already contributes to a reduction in the installation space and the rated power of the converter. The switching device now makes it possible to establish a direct connection between the generator and the consumer circuit in the first switching state, the converter being bypassed. In the first switching state, the synchronous machine can therefore be connected directly - possibly via a synchronization device - to the consumer circuit, and in this switching state it can easily be operated at synchronous speed and synchronized with the consumer circuit. In this case, in the first switching state, preferably no more electrical power is transmitted via the converter, so that no losses occur here, whereby it is possible to design the converter with a lower nominal power than with a conventional unit in which the electrical power is always via the converter is transmitted. In contrast, in the second switching state it is possible to transmit the electrical power via the converter by interrupting the direct connection between the generator and the consumer circuit. This means that the known, speed-variable operation of the unit is still possible, with the generator not having to be operated at synchronous speed, but rather being operable at variable speed. This results in particular in the advantages already mentioned at the beginning in the partial load range.

Die Verwendung einer drehzahlvariablen Brennkraftmaschine bedeutet insbesondere, dass die Brennkraftmaschine und damit zugleich auch der Generator mit variabler Drehzahl und insbesondere mit von der Synchrondrehzahl, welche durch die Netzfrequenz des Verbraucherstromkreises einerseits und die Polzahl des Generators andererseits bestimmt ist, betrieben werden kann.The use of a variable-speed internal combustion engine means in particular that the internal combustion engine and thus also the generator can be operated with variable speed and in particular with the synchronous speed, which is determined by the mains frequency of the consumer circuit on the one hand and the number of poles of the generator on the other.

Der Begriff „Verbraucherstromkreis“ bedeutet hier, dass es sich um einen relativ zu dem Aggregat externen Stromkreis handelt, der zur Versorgung wenigstens eines von dem Aggregat verschiedenen Verbrauchers mit elektrischer Leistung vorgesehen ist. Es handelt sich also insbesondere nicht um einen Stromkreis innerhalb des Aggregats, der beispielsweise zur Versorgung elektrischer oder elektronischer Komponenten oder Verbraucher des Aggregats selbst vorgesehen ist. Vielmehr ist der wenigstens eine, durch den Verbraucherstromkreis mit elektrischer Leistung versorgbare Verbraucher von dem Aggregat verschieden und nicht Teil des Aggregats. Es kann sich hierbei beispielsweise um einen Elektromotor eines Kraftfahrzeugs, eine Pumpe einer Bohrinsel oder einen anderen geeigneten Verbraucher handeln.The term “consumer circuit” means here that it is an external circuit relative to the unit, which is provided for supplying at least one consumer different from the unit with electrical power. In particular, it is not a circuit within the unit that is provided, for example, to supply electrical or electronic components or consumers of the unit itself. Rather, the at least one consumer that can be supplied with electrical power by the consumer circuit is different from the unit and not part of the unit. This can be, for example, an electric motor of a motor vehicle, a pump of an oil rig or another suitable consumer.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Aggregats ist der Stromrichter als Umrichter ausgebildet. Dabei wandelt der Umrichter eine von dem Generator erzeugte Wechselspannung zunächst in eine Gleichspannung, die dann wiederum durch den Umrichter in eine mit der Netzfrequenz des Verbraucherstromkreises synchronisierte und frequenzgleiche Wechselspannung gewandelt wird. Mithilfe eines Umrichters ist es demnach möglich, den Generator ohne Zwischenschaltung eines Gleichstrom-Verteilersystems mit dem vorzugsweise als Wechselstromkreis ausgebildeten Verbraucherstromkreis zu verbinden.In a preferred exemplary embodiment of the unit, the converter is designed as a converter. The converter first converts an alternating voltage generated by the generator into a direct voltage, which is then converted by the converter into an alternating voltage that is synchronized with the mains frequency of the consumer circuit and has the same frequency. With the aid of a converter, it is accordingly possible to connect the generator to the consumer circuit, which is preferably designed as an alternating current circuit, without the interposition of a direct current distribution system.

Besonders bevorzugt wird ein Ausführungsbeispiel des Aggregats, bei welchem der Stromrichter als Direktstromrichter oder Matrixstromrichter ausgebildet ist. Ein solcher Stromrichter ist eingerichtet, um eine erste Wechselspannung direkt, ohne Zwischenschaltung eines internen Gleichstrom-Zwischenkreises, in eine zweite Wechselspannung mit beispielsweise von der ersten Wechselspannung verschiedener Frequenz umzuwandeln.An exemplary embodiment of the unit in which the converter is designed as a direct converter or a matrix converter is particularly preferred. Such a converter is set up to convert a first alternating voltage directly, without the interposition of an internal direct current intermediate circuit, into a second alternating voltage with, for example, a different frequency from the first alternating voltage.

Bei einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel des Aggregats ist der Stromrichter als Gleichrichter ausgebildet, der eine von dem Generator erzeugte Wechselspannung gleichrichtet. In diesem Fall ist zwischen dem Gleichrichter und dem Verbraucherstromkreis noch ein Gleichstrom-Verteilersystem vorgesehen, das seinerseits über wenigstens einen Wechselrichter mit dem Verbraucherstromkreis verbunden ist. Ein solches Gleichstrom-Verteilersystem kann in vorteilhafter Weise zur Energiespeicherung mit Batterien oder Akkumulatoren verbunden sein und/oder direkt Gleichstrom-Verbraucher mit elektrischer Leistung versorgen. Außerdem ist es über das Gleichstrom-Verteilersystem in besonders einfacher Weise möglich, eine Mehrzahl von Aggregaten mit dem Verbraucherstromkreis zu verbinden.In another preferred exemplary embodiment of the unit, the converter is designed as a rectifier which rectifies an alternating voltage generated by the generator. In this case, a direct current distribution system is also provided between the rectifier and the consumer circuit, which in turn is connected to the consumer circuit via at least one inverter. Such a direct current Distribution system can advantageously be connected to batteries or accumulators for energy storage and / or supply direct current consumers with electrical power. In addition, it is possible in a particularly simple manner via the direct current distribution system to connect a plurality of units to the consumer circuit.

Unter einer Wechselspannung wird hier und im Folgenden allgemein eine einphasige oder mehrphasige Wechselspannung, insbesondere eine dreiphasige Wechselspannung, verstanden. Entsprechend wird hier und im Folgenden unter einem Wechselstromkreis ein einphasiger oder mehrphasiger Stromkreis verstanden, insbesondere ein dreiphasiger Stromkreis, mithin ein Drehstromkreis.Here and in the following, an alternating voltage is generally understood to mean a single-phase or multiphase alternating voltage, in particular a three-phase alternating voltage. Correspondingly, here and in the following, an alternating current circuit is understood to mean a single-phase or multiphase circuit, in particular a three-phase circuit, thus a three-phase circuit.

Die Synchronisiereinrichtung, welche bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Aggregats noch in der elektrischen Direktverbindung zwischen dem Generator und dem Verbraucherstromkreis vorgesehen ist, dient dagegen nicht einer Umrichtung des von dem Generator erzeugten Stroms, sondern vielmehr lediglich der Herstellung von Synchronisierbedingungen, die erfüllt sein müssen, bevor der Generator direkt mit dem Verbraucherstromkreis verbunden werden kann. Solche Synchronisierbedingungen sind insbesondere eine gleiche Höhe der Verbraucherstromkreisspannung und der von dem Generator erzeugten Spannung, eine gleiche Frequenz der Verbraucherstromkreisspannung und der Generatorspannung, einer gleichen Phasenlage des Generators mit dem Verbraucherstromkreis, und einer gleichen Phasenfolge. Die Synchronisiereinrichtung ist vorzugsweise eingerichtet, um alle diese Synchronisierbedingungen und/oder weitere Synchronisierbedingungen herzustellen, bevor die elektrische Direktverbindung zwischen dem Generator und dem Verbraucherstromkreis hergestellt wird. Es ist möglich, dass die Synchronisiereinrichtung Teil der Umschalteinrichtung ist. Die Umschalteinrichtung ist bevorzugt ausgebildet, um ein Schalten in den ersten Schaltzustand erst dann zu bewirken, wenn alle genannten Synchronisierbedingungen und/oder weitere Synchronisierbedingungen erfüllt sind.The synchronization device, which in a preferred embodiment of the unit is still provided in the electrical direct connection between the generator and the consumer circuit, on the other hand, does not serve to convert the electricity generated by the generator, but rather only to establish synchronization conditions that must be met before the generator can be connected directly to the consumer circuit. Such synchronization conditions are in particular the same level of the consumer circuit voltage and the voltage generated by the generator, the same frequency of the consumer circuit voltage and the generator voltage, the same phase position of the generator with the consumer circuit, and the same phase sequence. The synchronization device is preferably set up to produce all of these synchronization conditions and / or further synchronization conditions before the direct electrical connection between the generator and the consumer circuit is established. It is possible that the synchronizing device is part of the switching device. The switchover device is preferably designed to bring about a switching into the first switching state only when all of the mentioned synchronization conditions and / or further synchronization conditions are met.

Die Synchronisiereinrichtung ist bevorzugt auch ausgebildet, um den Stromrichter wieder einerseits mit dem Generator und andererseits mit dem Verbraucherstromkreis zu synchronisieren, bevor ein Schalten in den zweiten Schaltzustand bewirkt wird. Es ist aber auch möglich, dass der Stromrichter selbst eingerichtet ist, um sich vor einem Umschalten in den zweiten Schaltzustand mit beiden Seiten zu synchronisieren.The synchronization device is preferably also designed to synchronize the converter again on the one hand with the generator and on the other hand with the consumer circuit before switching into the second switching state is effected. However, it is also possible for the converter itself to be set up to synchronize with both sides before switching to the second switching state.

Die Umschalteinrichtung ist bevorzugt eingerichtet, um eine Verbindung zwischen dem Stromrichter und dem Verbraucherstromkreis in dem ersten Schaltzustand zu unterbrechen. In diesem Fall besteht in dem ersten Schaltzustand nur noch ausschließlich die Direktverbindung zwischen dem Generator und dem Verbraucherstromkreis, wobei die elektrische Verbindung über den Stromrichter unterbrochen ist. Dies ist allerdings nicht zwingend erforderlich, vielmehr kann der Stromrichter auch stromlos sein, ohne dass die elektrische Verbindung mit dem Verbraucherstromkreis tatsächlich unterbrochen wird.The switching device is preferably set up to interrupt a connection between the converter and the consumer circuit in the first switching state. In this case, in the first switching state, there is only the direct connection between the generator and the consumer circuit, with the electrical connection via the converter being interrupted. However, this is not absolutely necessary; rather, the converter can also be de-energized without the electrical connection to the consumer circuit actually being interrupted.

Die Umschalteinrichtung ist bevorzugt ausgebildet zur Herstellung einer Verbindung zwischen dem Stromrichter und dem Verbraucherstromkreis in dem zweiten Schaltzustand. Dies spricht an, dass eine gegebenenfalls unterbrochene Verbindung zwischen dem Stromrichter und dem Verbraucherstromkreis wieder hergestellt werden kann, wenn die Umschalteinrichtung in den zweiten Schaltzustand geschaltet wird, also die Direktverbindung unterbrochen wird.The switching device is preferably designed to produce a connection between the converter and the consumer circuit in the second switching state. This indicates that a possibly interrupted connection between the converter and the load circuit can be re-established if the switching device is switched to the second switching state, that is, the direct connection is interrupted.

Vorzugsweise ist die Umschalteinrichtung parameterabhängig schaltbar, insbesondere von dem zweiten Schaltzustand in den ersten Schaltzustand und zurück. Sie ist dann insbesondere flexibel abhängig von den Betriebsbedingungen des Aggregats schaltbar. Als Parameter zum Schalten der Umschalteinrichtung wird vorzugsweise eine Ausgangsleistung des Generators und/oder eine Leistung des Aggregats verwendet.The switching device can preferably be switched as a function of parameters, in particular from the second switching state to the first switching state and back. It can then be switched in a particularly flexible manner depending on the operating conditions of the unit. An output power of the generator and / or a power of the unit is preferably used as a parameter for switching the switching device.

Es wird auch ein Ausführungsbeispiel des Aggregats bevorzugt, das sich durch eine Steuereinrichtung auszeichnet, die eingerichtet ist zum Schalten der Umschalteinrichtung in den ersten Schaltzustand in einem höheren Leistungsbereich des Aggregats, insbesondere in einem höheren Ausgangsleistungsbereich des Generators, und zum Schalten der Umschalteinrichtung in den zweiten Schaltzustand in einem niedrigeren Leistungsbereich des Aggregats, insbesondere in einem niedrigeren Ausgangsleistungsbereich des Generators. Dabei weist der höhere Leistungsbereich höhere Leistungswerte auf als der niedrigere Leistungsbereich. Auf diese Weise ist es möglich, das Aggregat in dem höheren Leistungsbereich unter Umgehung des Stromrichters direkt mit dem Verbraucherstromkreis zu verbinden, sodass der Stromrichter nicht eingerichtet sein muss, höhere Leistungen und insbesondere die volle Nenn- oder Maximalleistung des Generators zu übertragen. Dagegen kann das Aggregat in dem niedrigeren Leistungsbereich über den Stromrichter mit dem Verbraucherstromkreis verbunden werden, sodass es hier - mit den bereits eingangs erwähnten Vorteilen für den Teillastbereich - drehzahlvariabel betrieben werden kann.An exemplary embodiment of the unit is also preferred which is characterized by a control device which is set up to switch the switchover device to the first switching state in a higher power range of the unit, in particular in a higher output power range of the generator, and to switch the switchover device to the second Switching state in a lower power range of the unit, in particular in a lower output power range of the generator. The higher performance range has higher performance values than the lower performance range. In this way, it is possible to connect the unit directly to the consumer circuit in the higher power range, bypassing the converter, so that the converter does not have to be set up to transmit higher powers and in particular the full nominal or maximum power of the generator. In contrast, the unit can be connected to the consumer circuit in the lower power range via the converter, so that it can be operated at variable speed here - with the advantages for the partial load range already mentioned at the beginning.

Die Steuereinrichtung ist bevorzugt eingerichtet, um das Aggregat - und insbesondere den Generator - auf Synchrondrehzahl zu beschleunigen, bevor die Umschalteinrichtung in den ersten Schaltzustand geschaltet wird. Bei Verwirklichung der elektrischen Direktverbindung unter Umgehung des Stromrichters muss nämlich der Generator mit Synchrondrehzahl betrieben werden. Die Steuereinrichtung ist außerdem bevorzugt eingerichtet, um den Generator mit dem Verbraucherstromkreis zu synchronisieren, insbesondere alle zuvor genannten Synchronisierbedingungen, zu erfüllen. Insofern ist die Steuereinrichtung bevorzugt als Synchronisiereinrichtung ausgebildet, oder die Synchronisiereinrichtung ist Teil der Steuereinrichtung. Die Steuereinrichtung ist bevorzugt ausgebildet, um die Drehzahl des Aggregats, insbesondere des Generators, während des Betriebs in dem ersten Schaltzustand auf Synchrondrehzahl zu halten, und insbesondere eine dauerhafte Synchronisation des Aggregats mit dem Verbraucherstromkreis zu gewährleisten.The control device is preferably set up to bring the unit - and in particular the generator - to synchronous speed accelerate before the switching device is switched to the first switching state. When realizing the electrical direct connection while bypassing the converter, the generator must namely be operated at synchronous speed. The control device is also preferably set up to synchronize the generator with the consumer circuit, in particular to meet all of the aforementioned synchronization conditions. In this respect, the control device is preferably designed as a synchronization device, or the synchronization device is part of the control device. The control device is preferably designed to keep the speed of the unit, in particular the generator, at synchronous speed during operation in the first switching state, and in particular to ensure permanent synchronization of the unit with the consumer circuit.

Die Steuereinrichtung ist vorzugsweise ausgebildet, um in dem zweiten Schaltzustand einen drehzahlvariablen Betrieb des Aggregats, insbesondere der Brennkraftmaschine und damit zugleich des Generators, zu verwirklichen. Dabei folgt die Drehzahlvorgabe für das Aggregat bevorzugt einer vorgegebenen Generatorkennlinie, oder die Drehzahl wird abhängig von einem aktuellen Zustand der Brennkraftmaschine und/oder zu erwartenden Lastsprüngen und/oder Lastrampen vorgegeben. Ein hierzu geeignetes Verfahren, zu dessen Durchführung die Steuereinrichtung bevorzugt eingerichtet ist, ist in der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2011 076 073 A1 offenbart, auf welche insoweit verwiesen wird. Zur Steuerung des hier vorgeschlagenen Aggregats muss diese Drehzahl-Vorgabe lediglich derart abgeändert werden, dass in dem höheren Leistungsbereich die Synchrondrehzahl angesteuert wird.The control device is preferably designed to implement variable-speed operation of the unit, in particular of the internal combustion engine and thus at the same time of the generator, in the second switching state. The speed specification for the unit preferably follows a specified generator characteristic curve, or the speed is specified as a function of a current state of the internal combustion engine and / or expected load jumps and / or load ramps. A method suitable for this, for the implementation of which the control device is preferably set up, is described in the German Offenlegungsschrift DE 10 2011 076 073 A1 disclosed to which reference is made in this regard. To control the unit proposed here, this speed specification only has to be changed in such a way that the synchronous speed is controlled in the higher power range.

Es ist möglich, dass für die verschiedenen, hier definierten Aufgaben verschiedene Steuergeräte verwendet werden. Beispielsweise kann/können die Funktionalität der Steuereinrichtung, der Umschalteinrichtung und/oder der Synchronisiereinrichtung durch verschiedene speziell hierfür eingerichtete Steuergeräte übernommen werden. Es ist aber auch möglich, dass die verschiedenen Aufgaben durch ein gemeinsames Steuergerät übernommen werden, beispielsweise durch ein Generator-Steuergerät, oder aber durch das zentrale Motorsteuergerät der drehzahlvariablen Brennkraftmaschine des Aggregats (z.B. Engine Control Unit). Insbesondere ist es aber auch möglich, dass die hier beschriebene Steuereinrichtung nicht als Einzelsteuergerät ausgebildet ist, sondern eine Mehrzahl von Steuergeräten umfasst.It is possible that different control devices are used for the different tasks defined here. For example, the functionality of the control device, the switching device and / or the synchronizing device can be taken over by various control devices specially set up for this purpose. However, it is also possible that the various tasks are taken over by a common control device, for example by a generator control device, or by the central engine control device of the variable-speed internal combustion engine of the unit (e.g. engine control unit). In particular, however, it is also possible that the control device described here is not designed as an individual control device, but rather comprises a plurality of control devices.

Schließlich ist es auch möglich, dass die Synchronisiereinrichtung eingerichtet ist, um die Funktionalität der Umschalteinrichtung zu übernehmen, also insbesondere von dem ersten Schaltzustand in den zweiten Schaltzustand und zurück zu schalten. Dabei kann in besonders einfacher Weise sichergestellt werden, dass beim Schalten von dem zweiten Schaltzustand in den ersten Schaltzustand die nötigen Synchronisierbedingungen erfüllt sind.Finally, it is also possible that the synchronization device is set up to take over the functionality of the switching device, that is to say in particular to switch from the first switching state to the second switching state and back. It can be ensured in a particularly simple manner that the necessary synchronization conditions are met when switching from the second switching state to the first switching state.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Stromrichter eine Nennleistung oder eine Maximalleistung aufweist, die kleiner - insbesondere signifikant kleiner - ist als die Nennleistung oder Maximalleistung des Generators, insbesondere kleiner als die maximale Ausgangsleistung des Generators. Bei dem hier vorgeschlagenen Aggregat ist es möglich, einen Stromrichter mit entsprechender verringerter Nenn- oder Maximalleistung zu verwenden, weil der Generator in dem ersten Schaltzustand direkt unter Umgehung des Stromrichters mit dem Verbraucherstromkreis verbunden werden kann. Der Stromrichter muss daher nicht die Nenn- oder Maximalleistung des Generators übertragen können. Hierdurch kann der Stromrichter kleiner, also insbesondere bauraumsparend, und kostengünstiger ausgestaltet sein als bei bekannten Aggregaten. Besonders bevorzugt beträgt die Nenn- oder Maximalleistung des Stromrichters von mindestens 30 % bis höchstens 70 %, vorzugsweise von mindestens 40 % bis höchstens 60 %, vorzugsweise 50 % der Nenn- oder Maximalleistung des Generators. Dies entspricht einer deutlichen und signifikanten Verkleinerung des Stromrichters sowohl bezüglich des Bauraums als auch bezüglich der Leistung. Somit sinken auch die mit dem Stromrichter verbundenen Kosten signifikant.According to the invention it is provided that the converter has a nominal power or a maximum power that is smaller - in particular significantly smaller - than the nominal power or maximum power of the generator, in particular smaller than the maximum output power of the generator. In the case of the unit proposed here, it is possible to use a converter with a correspondingly reduced nominal or maximum power, because the generator in the first switching state can be connected to the consumer circuit directly, bypassing the converter. The converter therefore does not have to be able to transmit the nominal or maximum power of the generator. As a result, the converter can be designed to be smaller, that is to say in particular to save space, and to be more cost-effective than in known units. The rated or maximum power of the converter is particularly preferably from at least 30% to at most 70%, preferably from at least 40% to at most 60%, preferably 50% of the nominal or maximum power of the generator. This corresponds to a clear and significant reduction in the size of the converter, both in terms of installation space and in terms of power. This also significantly reduces the costs associated with the converter.

Bevorzugt ist die Steuereinrichtung eingerichtet zum Schalten der Umschalteinrichtung in den ersten Schaltzustand, wenn eine momentane Ausgangsleistung des Generators einen vorbestimmten ersten Schwellenwert erreicht oder überschreitet. Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung eingerichtet zum Schalten der Umschalteinrichtung in den zweiten Schaltzustand, wenn die momentane Ausgangsleistung des Generators einen vorbestimmten zweiten Schwellenwert erreicht oder unterschreitet. Dabei ist es möglich, dass der erste Schwellenwert und der zweite Schwellenwert identisch gewählt werden. Es ist aber auch möglich, den zweiten Schwellenwert von dem ersten Schwellenwert verschieden zu wählen und so quasi eine Hysterese im Schaltverhalten der Umschalteinrichtung zu verwirklichen. Insbesondere der erste Schwellenwert, bevorzugt aber auch der zweite Schwellenwert, entspricht ungefähr oder genau der Nenn- oder Maximalleistung des Stromrichters. Wird also ein Stromrichter mit einer bestimmten Nenn- oder Maximalleistung verwendet, die kleiner ist als die Nenn- oder Maximalleistung des Generators, wird das Aggregat in dem zweiten Schaltzustand betrieben, solange die momentane Ausgangsleistung des Generators kleiner ist als die Nenn- oder Maximalleistung des Stromrichters, wobei die von dem Generator erzeugte elektrische Leistung über den Stromrichter in den Verbraucherstromkreis eingespeist wird. Erreicht oder übersteigt die momentane Ausgangsleistung des Generators die Nenn- oder Maximalleistung des Stromrichters, wird der Betrieb des Aggregats von dem zweiten Schaltzustand in den ersten Schaltzustand umgeschaltet, und der Generator wird direkt unter Umgehung des Stromrichters mit dem Verbraucherstromkreis verbunden, sodass die elektrische Leistung, welche der Generator erzeugt, über die elektrische Direktverbindung in den Verbraucherstromkreis eingespeist wird. Aus Sicherheitsgründen wird der erste vorbestimmte Schwellenwert bevorzugt unter Berücksichtigung einer Sicherheitsmarge kleiner gewählt als die Nenn- oder Maximalleistung des Stromrichters, sodass die Umschaltung von dem zweiten auf den ersten Schaltzustand spätestens dann abgeschlossen ist, wenn die momentane Ausgangsleistung des Generators die Nenn- oder Maximalleistung des Stromrichters erreicht, sodass dieser jedenfalls vor einer zu hohen elektrischen Leistung geschützt wird.The control device is preferably set up to switch the switchover device to the first switching state when an instantaneous output power of the generator reaches or exceeds a predetermined first threshold value. The control device is preferably set up to switch the switchover device to the second switching state when the instantaneous output power of the generator reaches or falls below a predetermined second threshold value. It is possible here for the first threshold value and the second threshold value to be chosen to be identical. However, it is also possible to select the second threshold value to be different from the first threshold value and thus to implement, as it were, a hysteresis in the switching behavior of the switching device. In particular, the first threshold value, but preferably also the second threshold value, corresponds approximately or precisely to the rated or maximum power of the converter. If a converter is used with a certain nominal or maximum power that is smaller than the nominal or maximum power of the generator, the unit is operated in the second switching state as long as the current output power of the generator is less than the nominal or maximum power of the converter , with those of The electrical power generated by the generator is fed into the consumer circuit via the converter. If the current output power of the generator reaches or exceeds the nominal or maximum power of the converter, the operation of the unit is switched from the second switching state to the first switching state, and the generator is connected directly to the consumer circuit, bypassing the converter, so that the electrical power, generated by the generator, is fed into the consumer circuit via the direct electrical connection. For safety reasons, the first predetermined threshold value is preferably selected to be smaller than the nominal or maximum power of the converter, taking into account a safety margin, so that the switchover from the second to the first switching state is completed at the latest when the current output power of the generator exceeds the nominal or maximum power of the Reached converter, so that this is in any case protected from excessive electrical power.

Erreicht die momentane Ausgangsleistung des Generators den vorherbestimmten ersten Schwellenwert, wird das Aggregat auf Synchrondrehzahl beschleunigt, vorzugsweise über die Synchronisiereinrichtung mit dem Verbraucherstromkreis synchronisiert, und schließlich durch Umschalten in den ersten Schaltzustand unter Umgehung des Stromrichters über die elektrische Direktverbindung direkt mit dem Verbraucherstromkreis verbunden. Es ist dann möglich, dass der Stromrichter von dem Verbraucherstromkreis getrennt wird, dies ist aber nicht zwingend erforderlich. Reduziert sich die momentane Ausgangsleistung des Generators wieder und sinkt insbesondere unter den vorbestimmten, zweiten Schwellenwert, wird der Stromrichter mit beiden Seiten, also dem Generator einerseits und dem Verbraucherstromkreis andererseits, synchronisiert und übernimmt die Stromleitung, bis die elektrische Direktverbindung - zumindest nahezu - stromlos ist. Anschließend erfolgt die Umschaltung von dem ersten Schaltzustand in den zweiten Schaltzustand, wobei die elektrische Direktverbindung unterbrochen wird. Sobald dies der Fall ist, wird der drehzahlvariable Betrieb des Aggregats aufgenommen, mithin kann die Synchrondrehzahl verlassen werden, um einen effizienten Teillastbetrieb durchzuführen.If the current output power of the generator reaches the predetermined first threshold value, the unit is accelerated to synchronous speed, preferably synchronized with the consumer circuit via the synchronization device, and finally connected directly to the consumer circuit by switching to the first switching state, bypassing the converter, via the direct electrical connection. It is then possible for the converter to be separated from the consumer circuit, but this is not absolutely necessary. If the current output power of the generator is reduced again and particularly falls below the predetermined, second threshold value, the converter is synchronized with both sides, i.e. the generator on the one hand and the consumer circuit on the other, and takes over the power line until the direct electrical connection is - at least almost - de-energized . The switchover from the first switching state to the second switching state then takes place, with the direct electrical connection being interrupted. As soon as this is the case, the variable-speed operation of the unit is started, so the synchronous speed can be left in order to carry out an efficient part-load operation.

Es wird auch ein Ausführungsbeispiel des Aggregats bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass die Umschalteinrichtung einen Bypass-Schalter zum Herstellen und Unterbrechen der Direktverbindung zwischen dem Generator und dem Verbraucherstromkreis aufweist. Mit dem Bypass-Schalter wird eine zugleich einfache, kostengünstige und zuverlässige Lösung bereitgestellt, um die elektrische Direktverbindung herzustellen und zu unterbrechen.An exemplary embodiment of the unit is also preferred which is characterized in that the switching device has a bypass switch for establishing and interrupting the direct connection between the generator and the consumer circuit. The bypass switch provides a simple, inexpensive and reliable solution for establishing and interrupting the direct electrical connection.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Aggregats ist vorgesehen, dass die Umschalteinrichtung einen Stromrichterschalter zum Herstellen und Unterbrechen einer elektrischen Verbindung zwischen dem Stromrichter und dem Verbraucherstromkreis aufweist. In diesem Fall ist es möglich, in dem ersten Schaltzustand die Verbindung zwischen dem Stromrichter und dem Verbraucherstromkreis zu trennen, sodass diese vollständig elektrisch entkoppelt sind. Besonders bevorzugt weist die Umschalteinrichtung sowohl einen Bypassschalter als auch einen Stromrichterschalter auf.In a preferred exemplary embodiment of the unit, it is provided that the switching device has a converter switch for establishing and interrupting an electrical connection between the converter and the consumer circuit. In this case, it is possible in the first switching state to separate the connection between the converter and the consumer circuit so that they are completely electrically decoupled. The switching device particularly preferably has both a bypass switch and a converter switch.

Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise als Hubkolbenmotor ausgebildet. Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise als Dieselmotor, als Benzinmotor, als Gasmotor zum Betrieb mit Erdgas, Biogas, Sondergas oder einem anderen geeigneten Gas, ausgebildet. Insbesondere wenn die Brennkraftmaschine als Gasmotor ausgebildet ist, ist sie auch für den Einsatz in einem Blockheizkraftwerk zur stationären Energieerzeugung geeignet.The internal combustion engine is preferably designed as a reciprocating piston engine. The internal combustion engine is preferably designed as a diesel engine, as a gasoline engine, as a gas engine for operation with natural gas, biogas, special gas or another suitable gas. In particular, if the internal combustion engine is designed as a gas engine, it is also suitable for use in a block-type thermal power station for stationary energy generation.

Alternativ ist es bevorzugt möglich, dass die Brennkraftmaschine als Turbine, insbesondere als Gasturbine, ausgebildet ist.Alternatively, it is preferably possible for the internal combustion engine to be designed as a turbine, in particular as a gas turbine.

Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein Stromnetz geschaffen wird, welches ein Aggregat zur Stromerzeugung mit einer drehzahlvariablen Brennkraftmaschine aufweist, wobei die Brennkraftmaschine mit einem Generator zu dessen Antrieb wirkverbunden ist. Dabei ist ein Stromrichter vorgesehen, über den der Generator mit einem Verbraucherstromkreis verbindbar ist, wobei der Generator als Synchronmaschine ausgebildet ist. Das Aggregat weist eine Umschalteinrichtung auf, die eingerichtet ist zur Herstellung einer elektrischen Direktverbindung zwischen dem Generator und dem Verbraucherstromkreis unter Umgehung des Stromrichters in einem ersten Schaltzustand, wobei die Umschalteinrichtung eingerichtet ist zur Unterbrechung der Direktverbindung in einem zweiten Schaltzustand. Insbesondere weist das Stromnetz ein Aggregat nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele auf. Das Stromnetz weist außerdem einen Verbraucherstromkreis auf, wobei das wenigstens eine Aggregat mit dem Verbraucherstromkreis verbunden ist. In Zusammenhang mit dem Stromnetz verwirklichen sich die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Aggregat beschrieben wurden.The object is also achieved by creating a power network which has a unit for generating electricity with a variable-speed internal combustion engine, the internal combustion engine being operatively connected to a generator to drive it. A converter is provided via which the generator can be connected to a consumer circuit, the generator being designed as a synchronous machine. The unit has a switching device which is set up to establish an electrical direct connection between the generator and the consumer circuit, bypassing the converter in a first switching state, the switching device being set up to interrupt the direct connection in a second switching state. In particular, the power grid has a unit according to one of the exemplary embodiments described above. The power network also has a consumer circuit, the at least one unit being connected to the consumer circuit. In connection with the power grid, the advantages that have already been described in connection with the unit are realized.

Es ist möglich, dass es sich bei dem Stromnetz um ein landesweites oder länderverbindendes, insbesondere kontinentweites oder noch weiter ausgedehntes, elektrisches Versorgungsnetz handelt, wobei das Aggregat in diesem Fall insbesondere für eine Regelreserve oder als Notstromaggregat vorgesehen sein kann.It is possible that the power grid is a nationwide or country-connecting, in particular continent-wide or even more extensive, electrical supply network, in which case the unit can be provided in particular for a control reserve or as an emergency power unit.

Besonders bevorzugt wird allerdings ein Ausführungsbeispiel des Stromnetzes, bei welchem dieses als Inselnetz ausgebildet ist, wobei der Begriff „Inselnetz“ hier ein Stromnetz bezeichnet, welches in einem lokal begrenzten Bereich - insbesondere ohne elektrische Verbindung zu einem großräumigen Stromnetz - eine Anzahl von Verbrauchern mit elektrischer Leistung versorgt. Ein solches Inselnetz weist typischerweise eine einstellige Zahl von Aggregaten zur Stromerzeugung auf, insbesondere ein bis drei Aggregate. In einem solchen Inselnetz verwirklichen sich in besonderer Weise die Vorteile des Verfahrens, weil hier eine dem Aggregat abverlangte Leistung stärker variiert als in einem großräumigen Stromnetz. Dabei treten mit höherer Häufigkeit Teillast-Betriebszustände auf, bei denen sich die Vorteile der Möglichkeit eines drehzahlvariablen Betriebs des Aggregats verwirklichen. Insbesondere wenn in dem Inselnetz eine Mehrzahl von Aggregaten aus Redundanzgründen vorgesehen sind, laufen diese vielfach und über längere Zeit unter Teillast, sodass ein drehzahlvariabler Betrieb in einem niedrigen Leistungsbereich der Aggregate vorteilhaft ist.Particularly preferred, however, is an embodiment of the power network in which it is designed as an island network, the term "island network" here denoting a power network which in a locally limited area - in particular without electrical connection to a large-scale power network - a number of consumers with electrical Power supplied. Such an island network typically has a single-digit number of units for generating electricity, in particular one to three units. In such an island network, the advantages of the method are realized in a special way, because here a power demanded from the unit varies more strongly than in a large-scale power network. Partial load operating states occur with a higher frequency in which the advantages of the possibility of variable-speed operation of the unit are realized. In particular, if a plurality of units are provided in the island network for reasons of redundancy, they often run under partial load over a longer period of time, so that variable-speed operation in a low power range of the units is advantageous.

Es ist möglich, dass es sich bei dem Stromnetz um ein Bordstromnetz eines Kraftfahrzeugs handelt. Das Kraftfahrzeug kann insbesondere als Landfahrzeug oder als Wasserfahrzeug, ganz besonders als Schiff oder als Unterseeboot ausgebildet sein. Es ist aber auch möglich, dass das Stromnetz zur Versorgung eines stationären, lokal begrenzten Bereichs vorgesehen ist, beispielsweise zur Versorgung einer Bohrinsel oder zur autarken Stromversorgung einer Forschungsstation, eines Krankenhauses - beispielsweise in Wüstengebieten ohne Netzanschluss - oder einer anderen stationären Einrichtung.It is possible that the power supply system is an on-board power supply system of a motor vehicle. The motor vehicle can in particular be designed as a land vehicle or as a watercraft, especially as a ship or as a submarine. However, it is also possible that the power grid is intended to supply a stationary, locally limited area, for example for supplying an oil rig or for the self-sufficient power supply of a research station, a hospital - for example in desert areas without a grid connection - or another stationary facility.

Es wird ein Ausführungsbeispiel des Stromnetzes bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass der Verbraucherstromkreis als Wechselstromkreis ausgebildet ist, wobei der Stromrichter vorzugsweise als Umrichter ausgebildet ist. Es bedarf in diesem Fall keines Gleichstrom-Verteilersystems, sodass Komponenten für das Stromnetz eingespart werden können.An exemplary embodiment of the power network is preferred which is characterized in that the consumer circuit is designed as an alternating current circuit, the converter preferably being designed as a converter. In this case, there is no need for a direct current distribution system, so that components for the power grid can be saved.

Es ist aber auch möglich, dass das Stromnetz ein Gleichstrom-Verteilersystem aufweist, wobei in diesem Fall der Stromrichter bevorzugt als Gleichrichter ausgebildet ist, wobei er mit dem Gleichstrom-Verteilersystem verbunden ist. Das Gleichstrom-Verteilersystem ist wiederum mit einem Wechselstromkreis, welcher den eigentlichen Verbraucherstromkreis darstellt, über einen Wechselrichter verbunden. Dabei ermöglicht ein Gleichstrom-Verteilersystem in besonders einfacher Weise eine Zusammenschaltung mehrerer Aggregate, eine Zwischenspeicherung elektrischer Energie in Batterien oder Akkumulatoren, sowie den Anschluss von Gleichstrom-Verbrauchern.However, it is also possible for the power grid to have a direct current distribution system, in which case the converter is preferably designed as a rectifier and is connected to the direct current distribution system. The direct current distribution system is in turn connected to an alternating current circuit, which represents the actual consumer circuit, via an inverter. A direct current distribution system enables several units to be interconnected, intermediate storage of electrical energy in batteries or accumulators, and the connection of direct current consumers in a particularly simple manner.

Es ist möglich, dass eine Mehrzahl von Aggregaten einen gemeinsamen Stromrichter aufweist. Es ist also nicht zwingend erforderlich, dass jedem Aggregat ein separater Stromrichter zugeordnet ist.It is possible for a plurality of units to have a common converter. It is therefore not absolutely necessary for a separate converter to be assigned to each unit.

Auch in dem Fall, in welchem das Stromnetz ein Gleichstrom-Verteilersystem aufweist, ist der Generator in dem ersten Schaltzustand bevorzugt unmittelbar mit dem Wechselstromkreis über die Umschalteinrichtung verbunden. Der Generator erzeugt nämlich im Betrieb eine Wechselspannung, die - vorzugsweise über die Synchronisiereinrichtung - mit der Wechselspannung des Wechselstromkreises synchronisiert wird, wobei dann ohne Weiteres vorteilhaft eine unmittelbare Verbindung des Generators mit dem Wechselstromkreis geschaffen werden kann, wobei der Stromrichter umgangen wird.Even in the case in which the power grid has a direct current distribution system, the generator in the first switching state is preferably connected directly to the alternating current circuit via the switching device. The generator generates an alternating voltage during operation, which is synchronized with the alternating voltage of the alternating current circuit, preferably via the synchronization device, in which case a direct connection between the generator and the alternating current circuit can easily be created, with the converter being bypassed.

Der Verbraucherstromkreis ist vorzugsweise als mehrphasiger Wechselstromkreis ausgebildet, insbesondere als dreiphasiger Wechselstromkreis, also als Drehstromkreis. Alternativ ist es auch möglich, dass der Wechselstromkreis als einphasiger Stromkreis ausgebildet ist.The consumer circuit is preferably designed as a multiphase alternating current circuit, in particular as a three-phase alternating current circuit, that is to say as a three-phase circuit. Alternatively, it is also possible for the alternating current circuit to be designed as a single-phase circuit.

Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein Kraftfahrzeug geschaffen wird, welches ein Stromnetz nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele oder ein Aggregat nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele aufweist. Dabei ergeben sich die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Aggregat und dem Stromnetz erläutert wurden. Insbesondere weist das Kraftfahrzeug bevorzugt ein Aggregat zur Stromerzeugung mit einer drehzahlvariablen Brennkraftmaschine auf, die mit einem Generator zu dessen Antrieb wirkverbunden ist, wobei ein Stromrichter vorgesehen ist, über den der Generator mit einem Verbraucherstromkreis verbindbar ist, wobei der Generator als Synchronmaschine ausgebildet ist. Dabei ist eine Umschalteinrichtung vorgesehen, die eingerichtet ist zur Herstellung einer elektrischen Direktverbindung zwischen dem Generator und dem Verbraucherstromkreis unter Umgehung des Stromrichters in einem ersten Schaltzustand, wobei die Umschalteinrichtung eingerichtet ist zur Unterbrechung der Direktverbindung in einem zweiten Schaltzustand. Außerdem weist das Kraftfahrzeug bevorzugt ein Stromnetz mit einem solchen Aggregat auf, wobei das wenigstens eine Aggregat mit einem Verbraucherstromkreis des Stromnetzes verbunden ist.The object is also achieved by creating a motor vehicle which has a power network according to one of the exemplary embodiments described above or a unit according to one of the exemplary embodiments described above. This results in the advantages that have already been explained in connection with the unit and the power grid. In particular, the motor vehicle preferably has a unit for generating electricity with a variable-speed internal combustion engine that is operatively connected to a generator to drive it, a converter being provided via which the generator can be connected to a consumer circuit, the generator being designed as a synchronous machine. A switching device is provided which is set up to establish a direct electrical connection between the generator and the consumer circuit, bypassing the converter in a first switching state, the switching device being set up to interrupt the direct connection in a second switching state. In addition, the motor vehicle preferably has a power network with such a unit, the at least one unit being connected to a consumer circuit of the power network.

Es wird ein Kraftfahrzeug bevorzugt, bei welchem die Brennkraftmaschine von wenigstens einem Aggregat zusätzlich auch zum Antrieb des Kraftfahrzeugs eingerichtet ist. Die Brennkraftmaschine kann also zugleich den Generator antreiben und mechanisch oder elektrisch mit einer Antriebseinrichtung des Kraftfahrzeugs wirkverbunden sein. Alternativ ist es aber auch möglich, dass die Brennkraftmaschine ausschließlich für den Antrieb des Generators vorgesehen ist. Dies ermöglicht eine besonders einfache Ausgestaltung des Kraftfahrzeugs, weil insbesondere ein drehzahlkonstanter Betrieb bei Synchrondrehzahl jedenfalls in Zusammenhang mit einer mechanischen Wirkverbindung zwischen der Brennkraftmaschine und einer Antriebseinrichtung des Kraftfahrzeugs schwieriger zu realisieren ist.A motor vehicle is preferred in which the internal combustion engine of at least one unit is also set up to drive the motor vehicle. The internal combustion engine can thus at the same time drive the generator and be operatively connected mechanically or electrically to a drive device of the motor vehicle. Alternatively, however, it is also possible that the internal combustion engine is intended exclusively for driving the generator. This enables a particularly simple design of the motor vehicle because, in particular, constant-speed operation at synchronous speed is more difficult to implement, at least in connection with a mechanical operative connection between the internal combustion engine and a drive device of the motor vehicle.

Das Kraftfahrzeug ist vorzugsweise als Landfahrzeug oder als Wasserfahrzeug ausgebildet, insbesondere als Schiff oder als Unterseeboot. Ist das Kraftfahrzeug als Landfahrzeug ausgebildet, kann es beispielsweise als Schienenfahrzeug, insbesondere als Lokomotive, Triebwagen oder Triebkopf, oder als vollständiger Zug ausgebildet sein.The motor vehicle is preferably designed as a land vehicle or as a watercraft, in particular as a ship or as a submarine. If the motor vehicle is designed as a land vehicle, it can be designed, for example, as a rail vehicle, in particular as a locomotive, railcar or powered end car, or as a complete train.

Es ist aber auch möglich, dass das Kraftfahrzeug als Luftfahrzeug ausgebildet ist. Das Aggregat kann dann beispielsweise als Hilfsaggregat, nämlich als sogenannte auxiliary power unit (APU) ausgebildet sein und der Bordstromversorgung des Luftfahrzeugs oder Flugzeugs dienen.However, it is also possible for the motor vehicle to be designed as an aircraft. The unit can then, for example, be designed as an auxiliary unit, namely as a so-called auxiliary power unit (APU) and serve to supply the aircraft or aircraft with on-board power.

Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein Verfahren zum Betreiben eines Aggregats zur Stromerzeugung geschaffen wird. Im Rahmen des Verfahrens wird das Aggregat in einem ersten Betriebszustand bei Synchrondrehzahl betrieben, wobei elektrische Ausgangsleistung eines als Synchronmaschine ausgebildeten Generators des Aggregats über eine elektrische Direktverbindung unter Umgehung eines Stromrichters des Aggregats in einen Verbraucherstromkreis eingespeist wird, wobei das Aggregat in einem zweiten Betriebszustand bei variabler Drehzahl betrieben wird, wobei die elektrische Ausgangsleistung des Generators über den Stromrichter in den Verbraucherstromkreis eingespeist wird. Das Aggregat wird auf eine Synchrondrehzahl beschleunigt, wenn eine momentane Ausgangsleistung des Generators einen vorbestimmten Schwellenwert erreicht oder überschreitet. Erfindungsgemäß wird im Rahmen des Verfahrens ein erfindungsgemäßes Aggregat oder ein Aggregat nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele betrieben. Dabei verwirklichen sich in Zusammenhang mit dem Verfahren die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Aggregat, dem Stromnetz und dem Kraftfahrzeug erläutert wurden.The object is also achieved by creating a method for operating a unit for generating electricity. As part of the method, the unit is operated in a first operating state at synchronous speed, with the electrical output power of a generator of the unit designed as a synchronous machine being fed into a consumer circuit via a direct electrical connection, bypassing a converter of the unit, with the unit in a second operating state at variable Speed is operated, the electrical output power of the generator being fed into the consumer circuit via the converter. The unit is accelerated to a synchronous speed when an instantaneous output power of the generator reaches or exceeds a predetermined threshold value. According to the invention, an assembly according to the invention or an assembly according to one of the exemplary embodiments described above is operated within the scope of the method. In connection with the method, the advantages that have already been explained in connection with the unit, the power grid and the motor vehicle are realized.

Die Synchrondrehzahl ist insbesondere bestimmt durch die Netzfrequenz des Verbraucherstromkreises und die Polzahl des Generators. Beispielsweise beträgt die Synchrondrehzahl bei einer Netzfrequenz von 50 Hz und der Verwendung eines vierpoligen Generators - also mit zwei Polpaaren - gerade 1500 U/min.The synchronous speed is determined in particular by the network frequency of the consumer circuit and the number of poles of the generator. For example, the synchronous speed at a mains frequency of 50 Hz and the use of a four-pole generator - that is, with two pole pairs - is just 1500 rpm.

Im Rahmen des Verfahrens wird bevorzugt parametergesteuert von dem ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand umgeschaltet - und umgekehrt. Als Parameter wird vorzugsweise eine Leistung des Aggregats oder eine Ausgangsleistung des Generators, insbesondere eine momentane Ausgangsleistung des Generators, herangezogen.As part of the method, a switchover is preferably made in a parameter-controlled manner from the first operating state to the second operating state - and vice versa. A power of the unit or an output power of the generator, in particular an instantaneous output power of the generator, is preferably used as a parameter.

Das Aggregat wird vorzugsweise in einem niedrigeren Leistungsbereich in dem zweiten Betriebszustand betrieben, wobei es in einem höheren Leistungsbereich in dem ersten Betriebszustand betrieben wird. Dabei weist der höhere Leistungsbereich insbesondere höhere Leistungswerte auf als der niedrigere Leistungsbereich. Somit ist es möglich, in dem ersten Betriebszustand den Stromrichter von einer Übertragung höherer elektrischer Leistung freizustellen, weil er nur in dem niedrigeren Leistungsbereich, mithin in dem zweiten Betriebszustand verwendet wird. Somit kann der Stromrichter kleiner bauen und kostengünstiger ausgebildet sein, als dies bei einem bekannten Betriebsverfahren der Fall ist.The unit is preferably operated in a lower power range in the second operating state, it being operated in a higher power range in the first operating state. The higher power range has, in particular, higher power values than the lower power range. It is thus possible in the first operating state to release the converter from transmitting higher electrical power because it is only used in the lower power range, and therefore in the second operating state. The converter can thus be made smaller and more cost-effective than is the case with a known operating method.

Das Betreiben des Aggregats bei variabler Drehzahl in dem zweiten Betriebszustand bedeutet insbesondere, dass das Aggregat auch mit variabler Frequenz der durch den Generator erzeugten Wechselspannung betrieben wird. Um diese in den Verbraucherstromkreis einzuspeisen, ist dann der Stromrichter erforderlich. Dagegen wird das Aggregat in dem ersten Betriebszustand bei Synchrondrehzahl betrieben und kann somit ohne weiteres über die elektrische Direktverbindung unmittelbar und unter Umgehung des Stromrichters mit dem Verbraucherstromkreis verbunden werden.Operating the unit at a variable speed in the second operating state means in particular that the unit is also operated at a variable frequency of the alternating voltage generated by the generator. The converter is then required to feed this into the consumer circuit. In contrast, the unit is operated in the first operating state at synchronous speed and can thus be connected to the consumer circuit directly via the direct electrical connection, bypassing the converter.

In dem drehzahlvariablen Betrieb des Aggregats in dem zweiten Betriebszustand wird die Drehzahl vorzugsweise entsprechend einer vorbestimmten Generatorkennlinie oder abhängig von einem aktuellen Betriebszustand der Brennkraftmaschine des Aggregats und/oder zu erwartenden Lastsprüngen und/oder Lastrampen vorgegeben. Eine hierzu geeignete Vorgehensweise ist aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2011 076 073 A1 bekannt, wobei insoweit auf diese Schrift verwiesen wird. Im Rahmen des Verfahrens wird die entsprechende Drehzahlvorgabe lediglich insoweit abgeändert, dass ab einer vorbestimmten Leistungsschwelle die Synchrondrehzahl angesteuert wird.In the variable-speed operation of the unit in the second operating state, the speed is preferably specified according to a predetermined generator characteristic or depending on a current operating state of the internal combustion engine of the unit and / or expected load jumps and / or load ramps. A suitable procedure for this is from the German Offenlegungsschrift DE 10 2011 076 073 A1 known, whereby reference is made to this document. In the context of the method, the corresponding speed specification is only changed to the extent that the synchronous speed is activated from a predetermined power threshold.

Es ist möglich, dass die elektrische Leistung in dem ersten Betriebszustand über eine Synchronisiereinrichtung, welche von der elektrischen Direktverbindung umfasst ist, in den Verbraucherstromkreis eingespeist wird. Dabei stellt die Synchronisiereinrichtung eine direkte Synchronisierung beziehungsweise ein Erfüllen aller notwendigen Synchronisierbedingungen insbesondere vor dem Herstellen der elektrischen Direktverbindung mit dem Verbraucherstromkreis sicher. Dabei können Schäden an dem Generator oder der Brennkraftmaschine und auch in dem Verbraucherstromkreis vermieden werden, die sich daraus ergeben würden, dass der Generator nicht korrekt mit dem Verbraucherstromkreis synchronisiert ist. Eine fehlerhafte Synchronisierung kann dabei nicht nur zu einem unvorhergesehenen Einfluss auf die Netzfrequenz im Verbraucherstromkreis führen, sondern auch zum Auftreten sehr hoher Drehmomente in dem Generator, die gegebenenfalls zu einer Zerstörung desselben führen können.It is possible for the electrical power in the first operating state to be fed into the consumer circuit via a synchronization device which is included in the electrical direct connection. In this case, the synchronization device ensures direct synchronization or the fulfillment of all necessary synchronization conditions, in particular before the electrical direct connection to the consumer circuit is established. This can damage the generator or the internal combustion engine and can also be avoided in the consumer circuit, which would result from the generator not being correctly synchronized with the consumer circuit. A faulty synchronization can not only lead to an unforeseen influence on the network frequency in the consumer circuit, but also to the occurrence of very high torques in the generator, which can possibly lead to its destruction.

Im Rahmen des Verfahrens wird besonders ein Stromrichter verwendet, der eine Nenn- oder Maximalleistung aufweist, die kleiner ist als die Nenn- oder Maximalleistung des Generators, wobei die Nenn- oder Maximalleistung des Stromrichters vorzugsweise von mindestens 30 % bis höchstens 70 %, vorzugsweise von mindestens 40 % bis höchstens 60 %, vorzugsweise 50 %, der Nenn- oder Maximalleistung des Generators beträgt. Somit wird im Rahmen des Verfahrens vorteilhaft ein kleinbauender und kostengünstiger Stromrichter verwendet, was möglich ist, da keine hohen elektrischen Leistungen über den Stromrichter in den Verbraucherstromkreis eingespeist werden, weil diese vielmehr direkt über die elektrische Direktverbindung eingespeist werden können.In the context of the method, a converter is used in particular which has a nominal or maximum power that is smaller than the nominal or maximum power of the generator, the nominal or maximum power of the converter preferably from at least 30% to at most 70%, preferably from at least 40% to at most 60%, preferably 50%, of the nominal or maximum power of the generator. Thus, in the context of the method, a compact and inexpensive converter is advantageously used, which is possible because no high electrical powers are fed into the consumer circuit via the converter, because they can rather be fed directly via the electrical direct connection.

Es wird eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass der Betrieb des Aggregats von dem zweiten in den ersten Betriebszustand umgeschaltet wird, wenn ein vorbestimmter Schwellenwert einer Ausgangsleistung des Generators erreicht oder überschritten wird. In diesem Fall wird als Parameter zur Steuerung der Umschaltung zwischen den Betriebszuständen des Aggregats die Ausgangsleistung des Generators herangezogen. Dabei wird bevorzugt von dem ersten in den zweiten Betriebszustand zurückgeschaltet, wenn ein zweiter vorbestimmter Schwellenwert der Ausgangsleistung des Generators erreicht oder unterschritten wird. Es ist möglich, dass der erste Schwellenwert und der zweite Schwellenwert identisch gewählt werden. Es ist auch möglich, dass der zweite Schwellenwert von dem ersten Schwellenwert verschieden gewählt wird, insbesondere um eine Hysterese im Schaltverhalten des Aggregats zu verwirklichen.An embodiment of the method is preferred which is characterized in that the operation of the unit is switched from the second to the first operating state when a predetermined threshold value of an output power of the generator is reached or exceeded. In this case, the output power of the generator is used as a parameter for controlling the switchover between the operating states of the unit. In this case, it is preferred to switch back from the first to the second operating state when a second predetermined threshold value for the output power of the generator is reached or undershot. It is possible for the first threshold value and the second threshold value to be chosen to be identical. It is also possible that the second threshold value is selected to be different from the first threshold value, in particular in order to implement a hysteresis in the switching behavior of the unit.

Als vorbestimmter erster Schwellenwert und/oder als vorbestimmter zweiter Schwellenwert wird bevorzugt - gegebenenfalls unter Einhaltung einer Sicherheitsmarge - die Nenn- oder Maximalleistung des Stromrichters verwendet, welche kleiner ist als die Nenn- oder Maximalleistung des Generators.The nominal or maximum power of the converter, which is smaller than the nominal or maximum power of the generator, is preferably used as the predetermined first threshold value and / or as the predetermined second threshold value - possibly while maintaining a safety margin.

Im Rahmen des Verfahrens ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Brennkraftmaschine und der Generator in einem unteren Leistungsbereich des Aggregats mit variabler Frequenz betrieben werden, wobei die erzeugte elektrische Leistung über den Stromrichter über den Verbraucherstromkreis eingespeist wird. Dabei ist die Bemessungsleistung des Stromrichters signifikant kleiner gewählt als die des Aggregats. Erreicht nun die Ausgangsleistung des Generators die Maximalleistung des Stromrichters, so wird das Aggregat auf Synchrondrehzahl beschleunigt und vorzugsweise über eine Synchronisiereinrichtung im Bypass zum Stromrichter direkt über die elektrische Direktverbindung mit dem Verbraucherstromkreis verbunden. Es ist möglich, dass der Stromrichter in diesem Fall von dem Verbraucherstromkreis getrennt wird. Dies ist aber nicht zwingend erforderlich.In the context of the method, it is preferably provided that the internal combustion engine and the generator are operated in a lower power range of the unit with a variable frequency, the electrical power generated being fed in via the converter via the consumer circuit. The rated power of the converter is selected to be significantly smaller than that of the unit. If the output power of the generator now reaches the maximum power of the converter, the unit is accelerated to synchronous speed and is preferably connected to the consumer circuit via a synchronization device in the bypass to the converter via the direct electrical connection. It is possible that the converter is disconnected from the consumer circuit in this case. However, this is not absolutely necessary.

Verringert sich die Ausgangsleistung des Aggregats wieder, synchronisiert sich der Stromrichter mit beiden Seiten und übernimmt den Strom, bis ein Bypass-Schalter der Umschalteinrichtung des Aggregats - insbesondere nahezu - stromlos ist. Dann wird der Bypass-Schalter geöffnet, und der drehzahlvariable Betrieb kann wieder begonnen werden.If the output power of the aggregate decreases again, the converter synchronizes with both sides and takes over the current until a bypass switch of the switching device of the aggregate - in particular almost - is de-energized. The bypass switch is then opened and variable-speed operation can be started again.

Die Synchronisierung des Generators mit dem Verbraucherstromkreis wird vorzugsweise durch eine Synchronisiereinrichtung durchgeführt, wobei diese zugleich auch die Umschalteinrichtung ansteuern oder als Umschalteinrichtung wirken kann. Es sind dann keine weiteren Hardwarekomponenten für die Steuerung notwendig.The synchronization of the generator with the consumer circuit is preferably carried out by a synchronization device, which at the same time can also control the switchover device or act as a switchover device. No further hardware components are then required for the control.

Die Beschreibung des Aggregats, des Stromnetzes, des Kraftfahrzeugs und des Verfahrens sind komplementär zueinander zu verstehen. Merkmale des Aggregats, des Stromnetzes und/oder des Kraftfahrzeugs, die explizit oder implizit in Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben wurden, sind bevorzugt einzeln oder miteinander kombiniert Merkmale eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des Aggregats, des Stromnetzes und/oder des Kraftfahrzeugs. Verfahrensschritte des Verfahrens, die explizit oder implizit in Zusammenhang mit dem Aggregat, dem Stromnetz und/oder dem Kraftfahrzeug beschrieben wurden, sind bevorzugt einzeln oder miteinander kombiniert Schritte einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens. Dieses zeichnet sich bevorzugt durch wenigstens einen Verfahrensschritt aus, welcher durch wenigstens ein Merkmal des Aggregats, des Stromnetzes oder des Kraftfahrzeugs bedingt ist. Das Aggregat, das Stromnetz und/oder das Kraftfahrzeug zeichnet/zeichnen sich bevorzugt durch wenigstens ein Merkmal aus, welches durch wenigstens einen Verfahrensschritt einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens bedingt ist.The description of the unit, the power grid, the motor vehicle and the method are to be understood as complementary to one another. Features of the unit, the power grid and / or the motor vehicle that were explicitly or implicitly described in connection with the method are preferably individually or combined features of a preferred exemplary embodiment of the unit, the power grid and / or the motor vehicle. Method steps of the method that have been explicitly or implicitly described in connection with the unit, the power grid and / or the motor vehicle are preferably steps of a preferred embodiment of the method, individually or combined with one another. This is preferably characterized by at least one method step, which is conditioned by at least one feature of the unit, the power network or the motor vehicle. The unit, the power grid and / or the motor vehicle is / are preferably characterized by at least one feature which is caused by at least one method step of a preferred embodiment of the method.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Stromnetzes;
2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels des Stromnetzes; und
3 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Verfahrens in Form eines Flussdiagramms.

The invention is explained in more detail below with reference to the drawing. Show:

1 a schematic representation of a first embodiment of a power grid;
2 a schematic representation of a second embodiment of the power grid; and
3 a schematic representation of an embodiment of the method in the form of a flow chart.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Stromnetzes 1, das ein Aggregat 3 zur Stromerzeugung aufweist. 1 shows a schematic representation of a first embodiment of a power grid 1 that is an aggregate 3 to generate electricity.

Das Aggregat 3 weist eine drehzahlvariable Brennkraftmaschine 5 auf, die mit einem als Synchronmaschine ausgebildeten Generator 7 zu dessen Antrieb - hier über eine Welle 9 - wirkverbunden ist. Das Aggregat weist außerdem einen Stromrichter 11 auf, über den der Generator mit einem Verbraucherstromkreis 13 verbindbar ist.The aggregate 3 has a variable-speed internal combustion engine 5 on that with a generator designed as a synchronous machine 7th to drive it - here via a shaft 9 - is effectively connected. The unit also has a converter 11 via which the generator is connected to a consumer circuit 13th is connectable.

Die Vorteile eines solchen drehzahlvariablen Aggregats 3 verwirklichen sich insbesondere im Teillastbetrieb, da hier Kraftstoff durch Reduzierung der Drehzahl - insbesondere im Vergleich zu einer Synchrondrehzahl, die durch die Netzfrequenz des Verbraucherstromkreises 13 einerseits und die Polzahl des Generators 7 andererseits bestimmt ist - eingespart werden kann. Es zeigt sich aber, dass der Stromrichter 11 einen großen Bauraum benötigt und teuer ist, wenn er die volle Ausgangsleistung des Generators 7, insbesondere dessen Nenn- oder Maximalleistung, an den Verbraucherstromkreis 13 durchleiten können soll.The advantages of such a variable-speed unit 3 are realized in particular in partial load operation, since here fuel is generated by reducing the speed - especially in comparison to a synchronous speed that is determined by the network frequency of the consumer circuit 13th on the one hand and the number of poles of the generator 7th on the other hand is determined - can be saved. It turns out, however, that the converter 11 requires a large installation space and is expensive if it has the full output power of the generator 7th , in particular its nominal or maximum power, to the consumer circuit 13th should be able to pass through.

Um eine deutliche Verkleinerung des Stromrichters 11 bezüglich des Bauraums und auch eine Reduzierung der mit dem Stromrichter verbundenen Kosten zu ermöglichen, weist das Aggregat 3 hier eine Umschalteinrichtung 15 auf, die eingerichtet ist zur Herstellung einer elektrischen Direktverbindung 17 des Generators 7 mit dem Verbraucherstromkreis 13 unter Umgehung des Stromrichters 11 - also insbesondere im Bypass zu dem Stromrichter 11 - in einem ersten Schaltzustand, wobei die Umschalteinrichtung 15 außerdem eingerichtet ist zur Unterbrechung der Direktverbindung 17 in einem zweiten Schaltzustand.A significant reduction in the size of the converter 11 To enable the installation space and also a reduction of the costs associated with the converter, the unit 3 here a switching device 15th which is set up to produce a direct electrical connection 17th of the generator 7th with the consumer circuit 13th bypassing the converter 11 - So in particular in the bypass to the converter 11 - In a first switching state, the switching device 15th is also set up to interrupt the direct connection 17th in a second switching state.

Um die Direktverbindung 17 herstellen und unterbrechen zu können, weist die Umschalteinrichtung 15 vorzugsweise einen Bypass-Schalter 19 auf, der in der elektrischen Direktverbindung 17 zu deren Herstellung und Unterbrechung angeordnet ist.To the direct connection 17th To be able to produce and interrupt, the switching device 15th preferably a bypass switch 19th on that in the direct electrical connection 17th is arranged for their production and interruption.

Bevorzugt ist die Umschalteinrichtung 15 außerdem eingerichtet zur Unterbrechung einer elektrischen Verbindung 21 zwischen dem Stromrichter 11 und dem Verbraucherstromkreis 13 in dem ersten Schaltzustand, wobei sie eingerichtet ist zur Herstellung der elektrischen Verbindung 21 zwischen dem Stromrichter 11 und dem Verbraucherstromkreis 13 in dem zweiten Schaltzustand. Hierzu weist die Umschalteinrichtung 15 optional einen StromrichterSchalter 23 auf, der in der elektrischen Verbindung 21 zu deren Herstellung und Unterbrechung angeordnet ist.The switching device is preferred 15th also set up to interrupt an electrical connection 21 between the converter 11 and the consumer circuit 13th in the first switching state, wherein it is set up to establish the electrical connection 21 between the converter 11 and the consumer circuit 13th in the second switching state. To this end, the switching device 15th optionally a converter switch 23 on that in the electrical connection 21 is arranged for their production and interruption.

Das Aggregat 3 weist außerdem eine Steuereinrichtung 25 auf, die eingerichtet ist zum parameterabhängigen Schalten der Umschalteinrichtung 15. Insbesondere ist die Steuereinrichtung bevorzugt eingerichtet zum Schalten der Umschalteinrichtung 15 in den ersten Schaltzustand in einem höheren Leistungsbereich des Aggregats 3, und zum Schalten der Umschalteinrichtung 15 in den zweiten Schaltzustand in einem niedrigeren Leistungsbereich des Aggregats 3. Dabei weist insbesondere der Stromrichter 11 eine Nenn- oder Maximalleistung auf, die kleiner ist als eine Nenn- oder Maximalleistung des Generators 7, wobei die Steuereinrichtung 25 bevorzugt eingerichtet ist zum Schalten der Umschalteinrichtung 15 in den ersten Schaltzustand, wenn eine momentane Ausgangsleistung des Generators 3 einen vorbestimmten ersten Schwellenwert, der insbesondere - vorzugsweise unter Einhaltung einer Sicherheitsmarge - der Nenn- oder Maximalleistung des Stromrichters 11 entspricht, erreicht oder überschreitet. Die Steuereinrichtung 25 ist außerdem eingerichtet zum Schalten der Umschalteinrichtung 15 in den zweiten Schaltzustand, wenn die momentane Ausgangsleitung des Generators 3 einen vorbestimmten zweiten Schwellenwert, der mit dem ersten Schwellenwert identisch oder von diesem verschieden gewählt sein kann, erreicht oder unterschreitet.The aggregate 3 also has a control device 25th which is set up for parameter-dependent switching of the switching device 15th . In particular, the control device is preferably set up to switch the switching device 15th in the first switching state in a higher power range of the unit 3 , and for switching the switching device 15th into the second switching state in a lower power range of the unit 3 . In particular, the converter 11 a nominal or maximum power that is smaller than a nominal or maximum power of the generator 7th , wherein the control device 25th is preferably set up for switching the switching device 15th in the first switching state when an instantaneous output power of the generator 3 a predetermined first threshold value, which in particular - preferably while maintaining a safety margin - the nominal or maximum power of the converter 11 equals, reaches or exceeds. The control device 25th is also set up to switch the switching device 15th in the second switching state when the current output line of the generator 3 reaches or falls below a predetermined second threshold value, which can be selected to be identical to or different from the first threshold value.

Mithilfe der Umschalteinrichtung 15 ist es also möglich, das Aggregat 3 in dem niedrigeren Leistungsbereich, insbesondere bis zu einer Nenn- oder Maximalleistung des Stromrichters 11, drehzahlvariabel zu betreiben, wobei der Generator 7 über den Stromrichter 11 mit dem Verbraucherstromkreis 13 elektrisch verbunden ist. Übersteigt die momentane Ausgangsleistung des Generators 7 die Maximalleistung des Stromrichters 11, wird das Aggregat 3 auf Synchrondrehzahl beschleunigt, und der Generator 7 wird über die elektrische Direktverbindung 17 mit dem Verbraucherstromkreis 13 verbunden. Der Stromrichter 11 wird in diesem Fall leistungsfrei, sodass er nicht ausgelegt sein muss, um die maximale Ausgangsleistung des Generators 7 auf den Verbraucherstromkreis 13 zu übertragen. Er kann daher kleiner und kostengünstiger ausgestaltet sein, als dies bei einem herkömmlichen Aggregat der Fall ist.With the help of the switching device 15th so it is possible to use the aggregate 3 in the lower power range, in particular up to a nominal or maximum power of the converter 11 to operate at variable speed, with the generator 7th via the converter 11 with the consumer circuit 13th is electrically connected. Exceeds the current output power of the generator 7th the maximum power of the converter 11 , becomes the aggregate 3 accelerated to synchronous speed, and the generator 7th is via the direct electrical connection 17th with the consumer circuit 13th connected. The converter 11 becomes power-free in this case, so that it does not have to be designed for the maximum output power of the generator 7th on the consumer circuit 13th transferred to. It can therefore be designed to be smaller and more cost-effective than is the case with a conventional unit.

Vorzugsweise weist das Aggregat 3 noch eine Synchronisiereinrichtung 27 auf, die eingerichtet ist, um den Generator 7 mit dem Verbraucherstromkreis 13 zu synchronisieren und insbesondere zu gewährleisten, dass die elektrische Direktverbindung 17 erst dann hergestellt wird, wenn alle notwendigen Synchronisierbedingungen, erfüllt sind. Dadurch können Schäden an dem Generator 7 und/oder unvorhergesehene Auswirkungen auf die Netzfrequenz in dem Verbraucherstromkreis 13 vermieden werden.The unit preferably has 3 another synchronizer 27 on that is set up to the generator 7th with the consumer circuit 13th to synchronize and in particular to ensure that the electrical direct connection 17th is only established when all necessary synchronization conditions have been met. This can damage the generator 7th and / or unforeseen effects on the network frequency in the consumer circuit 13th be avoided.

Es ist auch möglich, dass die Synchronisiereinrichtung 27 die Funktionalität der Umschalteinrichtung 15 übernimmt, wobei dann keine zusätzlichen Hardwarekomponenten notwendig sind. Es ist auch möglich, dass die Steuereinrichtung 25 die Funktionalität der Umschalteinrichtung 15 und/oder der Synchronisiereinrichtung 27 übernimmt.It is also possible that the synchronizer 27 the functionality of the switching device 15th takes over, in which case no additional hardware components are necessary. It is also possible that the control device 25th the functionality of the switching device 15th and / or the synchronizer 27 takes over.

Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Stromrichter 11 als Gleichrichter 29 ausgebildet, wobei das Stromnetz 1 ein Gleichstrom-Verteilersystem 31 aufweist, mit dem der Generator 7 über den Gleichrichter 29 verbindbar ist. Das Gleichstrom-Verteilersystem 31 ist seinerseits wiederum über einen Wechselrichter 33 mit dem als Wechselstromkreis ausgebildeten Verbraucherstromkreis 13 verbunden. In dem ersten Schaltzustand wird der Generator 7 direkt unter Umgehung des Gleichrichters 29 und des Gleichstrom-Verteilersystems 31 über die elektrische Direktverbindung 17 mit dem Verbraucherstromkreis 13 verbunden.The in 1 The illustrated embodiment is the converter 11 as a rectifier 29 formed, the power grid 1 a DC distribution system 31 with which the generator 7th via the rectifier 29 is connectable. The DC distribution system 31 is in turn via an inverter 33 with the consumer circuit designed as an alternating current circuit 13th connected. In the first switching state, the generator 7th directly bypassing the rectifier 29 and the DC distribution system 31 via the direct electrical connection 17th with the consumer circuit 13th connected.

2 zeigt eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels des Stromnetzes 1. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insoweit auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist - abweichend von dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 - der Stromrichter 11 als Umrichter 35 ausgebildet, der die von dem Generator 7 erzeugte Wechselspannung zunächst in eine Gleichspannung und dann weiter in eine mit dem Verbraucherstromkreis 13 synchronisierte Wechselspannung umwandelt. Alternativ ist es möglich, dass der Stromrichter 11 als Direktstromrichter oder als Matrixstromrichter ausgebildet ist. Bei jedem dieser Ausführungsbeispiele entfällt das Gleichstrom-Verteilersystem, wobei der Stromrichter 11, hier insbesondere der Umrichter 35, vielmehr über die elektrische Verbindung 21 direkt mit dem Verbraucherstromkreis 13, der auch hier als Wechselstromkreis ausgebildet ist, verbunden ist. 2 shows a schematic representation of a second embodiment of the power grid 1 . Identical and functionally identical elements are provided with the same reference symbols, so that reference is made to the preceding description in this respect. In this exemplary embodiment, in contrast to the exemplary embodiment according to FIG 1 - the converter 11 as a converter 35 formed by the generator 7th generated alternating voltage first into a direct voltage and then further into one with the consumer circuit 13th converts synchronized AC voltage. Alternatively, it is possible that the converter 11 is designed as a direct converter or as a matrix converter. In each of these exemplary embodiments, the direct current distribution system is omitted, with the converter 11 , here in particular the converter 35 , rather about the electrical connection 21 directly to the consumer circuit 13th , which is also designed here as an alternating current circuit, is connected.

Das Stromnetz 1 ist bevorzugt Teil eines hier nur grob schematisch angedeuteten Kraftfahrzeugs 37, das als Land-, Luft- oder Wasserfahrzeug ausgebildet sein kann. Insbesondere ist es möglich, dass das Kraftfahrzeug 37 als Schiff oder als Unterseeboot ausgebildet ist. Es ist aber auch möglich, dass das Stromnetz 1 ein großräumiges Stromnetz, oder ein stationäres, lokales Stromnetz oder Inselnetz, beispielsweise ein Stromnetz einer Bohrinsel, einer Forschungseinrichtung, eines Krankenhauses oder einer anderen geeigneten Einrichtung ist.The power grid 1 is preferably part of a motor vehicle that is only roughly schematically indicated here 37 , which can be designed as a land, air or water vehicle. In particular, it is possible that the motor vehicle 37 is designed as a ship or as a submarine. But it is also possible that the power grid 1 a large-scale power grid, or a stationary, local power grid or stand-alone grid, for example a power grid of an oil rig, a research facility, a hospital or another suitable facility.

3 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Verfahrens in Form eines Flussdiagramms. Dabei startet das Verfahren in einem Schritt S1. In einem zweiten Schritt S2 wird geprüft, ob eine momentane Ausgangsleistung des Generators 7 einen ersten Schwellenwert erreicht oder überschreitet. Ist dies der Fall, wird das Verfahren in einem dritten Schritt S3 fortgesetzt, in welchem zunächst das Aggregat 3 auf die durch die Netzfrequenz des Verbraucherstromkreises 13 einerseits und die Polzahl des Generators 7 andererseits bestimmte Synchrondrehzahl beschleunigt wird, wobei vorzugsweise weitere Synchronisierbedingungen zwischen dem Generator 7 und dem Verbraucherstromkreis 13 sichergestellt werden. Sind diese erfüllt, wird das Verfahren in einem vierten Schritt S4 fortgesetzt, in welchem die Umschalteinrichtung 15 in den ersten Schaltzustand geschaltet wird, wobei der Generator 7 über die elektrische Direktverbindung 17 mit dem Verbraucherstromkreis 13 verbunden wird. Die von dem Generator 7 erzeugte elektrische Leistung wird dann unter Umgehung des Stromrichters 11 direkt in den Verbraucherstromkreis 13 eingespeist. Es ist möglich, dass in dem vierten Schritt S4 auch eine elektrische Verbindung 21 des Stromrichters 11 zu dem Verbraucherstromkreis 13 getrennt wird. 3 shows a schematic representation of an embodiment of the method in the form of a flowchart. The process starts in one step S1 . In a second step S2 it is checked whether an instantaneous output power of the generator 7th meets or exceeds a first threshold. If this is the case, the procedure is carried out in a third step S3 continued in which first the aggregate 3 based on the network frequency of the consumer circuit 13th on the one hand and the number of poles of the generator 7th on the other hand, certain synchronous speed is accelerated, with preferably further synchronization conditions between the generator 7th and the consumer circuit 13th be ensured. If these are met, the procedure is carried out in a fourth step S4 continued in which the switching device 15th is switched to the first switching state, the generator 7th via the direct electrical connection 17th with the consumer circuit 13th is connected. The ones from the generator 7th Electric power generated is then bypassed the converter 11 directly into the consumer circuit 13th fed in. It is possible that in the fourth step S4 also an electrical connection 21 of the converter 11 to the consumer circuit 13th is separated.

In einem fünften Schritt S5 wird dann das Aggregat 3 in seinem ersten Betriebszustand bei Synchrondrehzahl betrieben.In a fifth step S5 then becomes the aggregate 3 operated in its first operating state at synchronous speed.

In einem sechsten Schritt S6 wird geprüft, ob die Ausgangsleistung des Generators 7 unter einen zweiten, vorbestimmten Schwellenwert sinkt oder diesen erreicht. Dabei ist es möglich, dass der zweite vorbestimmte Schwellenwert identisch gewählt ist zu dem ersten vorbestimmten Schwellenwert. Es ist aber auch möglich, dass diese Schwellenwerte verschieden gewählt werden, um eine Hysterese im Schaltverhalten des Aggregats zwischen den beiden Betriebszuständen zu bewirken.In a sixth step S6 it is checked whether the output power of the generator 7th falls below or reaches a second, predetermined threshold value. It is possible here for the second predetermined threshold value to be selected to be identical to the first predetermined threshold value. However, it is also possible for these threshold values to be selected differently in order to bring about a hysteresis in the switching behavior of the unit between the two operating states.

Liegt die Ausgangsleistung des Generators 7 oberhalb des zweiten vorbestimmten Schwellenwerts, wird das Verfahren weiter in dem fünften Schritt S5 fortgesetzt. Sinkt dagegen die momentane Ausgangsleistung des Generators 7 unter den zweiten vorbestimmten Schwellenwert oder erreicht sie diesen, wird das Verfahren in einen siebten Schritt S7 fortgesetzt, wobei das Verfahren auch dann in den siebten Schritt S7 gelangt, wenn in dem zweiten Schritt S2 festgestellt wird, dass die Ausgangsleistung des Verfahrens den ersten vorbestimmten Schwellenwert nicht erreicht oder überschreitet.Is the output power of the generator 7th above the second predetermined threshold, the method continues in the fifth step S5 continued. If, on the other hand, the current output power of the generator falls 7th below or reaches the second predetermined threshold value, the method moves to a seventh step S7 continued, with the procedure also then in the seventh step S7 if got in the second step S2 it is determined that the output power of the method does not reach or exceed the first predetermined threshold value.

In dem siebten Schritt S7 synchronisiert sich der Stromrichter 11 einerseits mit dem Generator 7 und andererseits mit dem Verbraucherstromkreis 13 und übernimmt den Strom, bis die elektrische Direktverbindung 17 - vorzugsweise nahezu - stromlos ist. Anschließend wird das Aggregat 3 in den zweiten Betriebszustand geschaltet, beziehungsweise die Umschalteinrichtung 15 wird in den zweiten Schaltzustand geschaltet. Optional wird der Stromrichter 11 mit dem Verbraucherstromkreis 13 verbunden, falls diese Verbindung zuvor getrennt wurde.In the seventh step S7 the converter synchronizes itself 11 one hand with the generator 7th and on the other hand with the consumer circuit 13th and takes over the electricity until the electrical direct connection 17th - preferably almost - is de-energized. Then the aggregate 3 switched to the second operating state, or the switching device 15th is switched to the second switching state. The converter is optional 11 with the consumer circuit 13th connected, if this connection was previously disconnected.

In einem achten Schritt S8 wird nun das Aggregat 3 drehzahlvariabel betrieben, wobei die Drehzahl vorzugsweise entsprechend einer vorbestimmten Generatorkennlinie oder abhängig von einem aktuellen Betriebszustand der Brennkraftmaschine 5 und/oder zu erwartenden Lastsprüngen und/oder -rampen vorgegeben wird.In an eighth step S8 now becomes the aggregate 3 operated variable speed, the speed preferably according to a predetermined generator characteristic or depending on a current operating state of the internal combustion engine 5 and / or expected load jumps and / or ramps is specified.

In einem neunten Schritt S9 wird wiederum geprüft, ob die Ausgangsleistung des Generators 7 den ersten vorbestimmten Schwellenwert erreicht oder überschreitet. Ist dies nicht der Fall, wird das Verfahren weiter in dem achten Schritt S8 fortgesetzt.In a ninth step S9 it is again checked whether the output power of the generator 7th meets or exceeds the first predetermined threshold. If this is not the case, the procedure continues in the eighth step S8 continued.

Erreicht oder überschreitet dagegen die momentane Ausgangsleistung des Generators 7 den ersten vorbestimmten Schwellenwert, wird das Verfahren nunmehr wiederum in dem dritten Schritt S3 fortgesetzt, es wird mithin das Umschalten in den ersten Betriebszustand beziehungsweise den ersten Schaltzustand vorbereitet.On the other hand, it reaches or exceeds the current output power of the generator 7th the first predetermined threshold value, the method is now again in the third step S3 continued, it is therefore prepared to switch to the first operating state or the first switching state.

Es zeigt sich, dass dieses Verfahren ad infinitum fortgesetzt wird, solange die Brennkraftmaschine 5 beziehungsweise das Aggregat 3 läuft.It turns out that this process is continued ad infinitum as long as the internal combustion engine is running 5 or the aggregate 3 running.

In 3 unten ist schematisch und insbesondere durch eine strichlierte Linie dargestellt, dass in jedem Schritt des Verfahrens bevorzugt geprüft wird, ob die Brennkraftmaschine 5 noch läuft, oder ob ein Stoppbefehl für die Brennkraftmaschine 5 ausgegeben wurde. Dies ist hier durch einen zehnten Verfahrensschritt S10 dargestellt. Ebenfalls schematisch ist durch einen strichlierten Pfeil dargestellt, dass das Verfahren fortgeführt wird, wenn kein solcher Stoppbefehl anliegt, oder wenn festgestellt wurde, dass die Brennkraftmaschine 5 noch läuft.In 3 Below is shown schematically and in particular by a dashed line that it is preferably checked in each step of the method whether the internal combustion engine 5 is still running, or whether a stop command for the internal combustion engine 5 was issued. This is here through a tenth process step S10 shown. It is also shown schematically by a dashed arrow that the method is continued if there is no such stop command or if it has been determined that the internal combustion engine is running 5 still running.

Wurde die Brennkraftmaschine 5 dagegen gestoppt oder liegt ein Stoppbefehl für das Aggregat 3 vor, wird das Verfahren in einem elften Schritt S11 beendet.Became the internal combustion engine 5 on the other hand stopped or there is a stop command for the unit 3 Before, the procedure is in an eleventh step S11 completed.

Insgesamt zeigt sich, dass mittels des Aggregats 3, des Stromnetzes 1, des Kraftfahrzeugs 37 und des Verfahrens ein für den Betrieb des drehzahlvariablen Aggregats 3 notwendiger Stromrichter 11 deutlich - beispielsweise auf die Hälfte - bezogen auf seine Nennleistung verkleinert werden kann. Dies verringert die Kosten und den Bauraum in Zusammenhang mit dem Stromrichter 11. Außerdem entfallen Verluste in dem Stromrichter 11 in einem oberen Leistungsbereich.Overall, it can be seen that by means of the unit 3 , the power grid 1 , the motor vehicle 37 and the method for operating the variable-speed unit 3 necessary power converter 11 can be reduced significantly - for example by half - based on its nominal power. This reduces the costs and the installation space in connection with the converter 11 . In addition, there are no losses in the converter 11 in an upper performance range.

Claims

Unit (3) for generating electricity, with - a variable-speed internal combustion engine (5) which is operatively connected to - a generator (7) to drive it, with - a converter (11) via which the generator (7) is connected to a consumer circuit (13 ) is connectable, wherein - the generator (7) is designed as a synchronous machine, and with - a switching device (15) which is set up to produce a direct electrical connection (17) between the generator (7) and the consumer circuit (13) bypassing of the converter (11) in a first switching state, wherein - the switching device (15) is set up to interrupt the electrical direct connection (17) in a second switching state, characterized in that - the converter (11) has a nominal or maximum power which is less than a nominal or maximum power of the generator (7), wherein - the unit (3) is set up to be accelerated to a synchronous speed when a mom entane output power of the generator (7) reaches or exceeds a predetermined threshold value.

Unit (3) after Claim 1 , characterized by a control device (25) which is set up to switch the switching device (15) to the first switching state in a higher power range of the unit (3), and to switch the switching device (15) to the second switching state in a lower power range of the Unit (3).

Unit (3) according to one of the preceding claims, characterized in that the control device (25) is set up to switch the switching device (15) to the first switching state when the instantaneous output power of the generator (7) reaches or exceeds the predetermined threshold value.

Unit (3) according to one of the preceding claims, characterized in that the switching device (15) has a bypass switch (19) for establishing and interrupting the electrical direct connection (17) between the generator (7) and the consumer circuit (13).

Power grid (1), characterized by at least one unit (3) according to one of the Claims 1 to 4th , wherein the at least one unit (3) with a Consumer circuit (13) of the power grid (1) is connected.

Power grid (1) Claim 5 , characterized in that the consumer circuit (13) is designed as an alternating current circuit, wherein the converter (11) is designed as a converter (35), or wherein the power grid (1) has a direct current distribution system (31), wherein the converter (11 ) is designed as a rectifier (29) and connected to the DC distribution system (31), the DC distribution system (31) being connected to the AC load circuit (13) via an inverter (33).

Motor vehicle (37), characterized by a power network (1) according to one of the Claims 5 and 6th , or characterized by an assembly (3) according to one of the Claims 1 to 4th .

Method for operating a unit (3) for generating electricity according to one of the Claims 1 to 4th - The unit (3) is operated in a first operating state at synchronous speed, the electrical output power of a generator (7) designed as a synchronous machine of the unit (3) via a direct electrical connection (17) bypassing a converter (11) Consumer circuit (13) is fed in, wherein - the unit (3) is operated in a second operating state at variable speed, the electrical output power of the generator (7) being fed into the consumer circuit (13) via the converter (11), and where - The unit (3) is accelerated to a synchronous speed when an instantaneous output power of the generator (7) reaches or exceeds a predetermined threshold value.

Procedure according to Claim 8 , characterized in that the operation of the unit is switched from the second operating state to the first operating state when the predetermined threshold value of the output power of the generator (7) is reached or exceeded.