DE102015207051B4

DE102015207051B4 - Method for synchronizing a synchronous machine with a power supply control device and drive device

Info

Publication number: DE102015207051B4
Application number: DE102015207051.4A
Authority: DE
Inventors: Hendrik Weiß; André Waggershauser; Edgar Braig
Original assignee: MTU Friedrichshafen GmbH
Current assignee: Rolls Royce Solutions GmbH
Priority date: 2015-04-17
Filing date: 2015-04-17
Publication date: 2022-03-03
Anticipated expiration: 2035-04-18
Also published as: DE102015207051A1

Abstract

Verfahren zum Synchronisieren einer Synchronmaschine (3) mit einem Stromnetz (7), mit folgenden Schritten:- Beschleunigen einer Antriebseinrichtung (5) zum Antrieb der Synchronmaschine (3) von einer Ausgangsdrehzahl (na) auf eine Zieldrehzahl, wobei- die Antriebseinrichtung (5) in einem ersten, niedrigeren Drehzahlbereich (17) mit einer ersten, größeren Drehbeschleunigung beschleunigt wird, wobei- die Antriebseinrichtung (5) in einem zweiten, höheren Drehzahlbereich (19) mit einer zweiten, geringeren Drehbeschleunigung beschleunigt wird, wobei- die Antriebseinrichtung (5) in dem zweiten, höheren Drehzahlbereich (19) auf die Zieldrehzahl beschleunigt wird, wobei- die Zieldrehzahl als Warte- oder Bereitschaftsdrehzahl gewählt wird, wobei- die Antriebseinrichtung (5) in eine Wartestellung bei der Zieldrehzahl gebracht wird, wobei- auf eine externe Anforderung hin ein Synchronisierfenster von unten durchfahren wird.Method for synchronizing a synchronous machine (3) with a power grid (7), with the following steps: - Accelerating a drive device (5) for driving the synchronous machine (3) from an initial speed (na) to a target speed, wherein - the drive device (5) is accelerated in a first, lower speed range (17) with a first, greater rotational acceleration, wherein- the drive device (5) is accelerated in a second, higher speed range (19) with a second, lower rotational acceleration, wherein- the drive device (5) is accelerated to the target speed in the second, higher speed range (19), with- the target speed being selected as a waiting or stand-by speed, with- the drive device (5) being brought into a waiting position at the target speed, with- in response to an external request a synchronization window is passed from below.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Synchronisieren einer Synchronmaschine mit einem Stromnetz, eine Steuereinrichtung zur Ansteuerung einer Antriebseinrichtung zum Antrieb einer Synchronmaschine, und eine Antriebseinrichtung zum Antrieb einer Synchronmaschine.The invention relates to a method for synchronizing a synchronous machine with a power supply system, a control device for controlling a drive device for driving a synchronous machine, and a drive device for driving a synchronous machine.

Aus der deutschen Patentschrift DE 10 2004 008 261 B3 geht ein Verfahren hervor, bei welchem eine Brennkraftmaschine einer Brennkraftmaschinen-Generator-Einheit nach einem Start rampenförmig bis zu einer Nenndrehzahl beschleunigt wird, wobei die Nenndrehzahl einer Synchrondrehzahl bezogen auf eine Netzfrequenz eines Stromnetzes entspricht. Dabei ergibt sich ein Überschwingen der Ist-Drehzahl der Brennkraftmaschine über die Synchrondrehzahl, woraus ein Ende des Hochlaufs erkannt wird. Bei einer solchen Startroutine wird eine Synchronisation einer durch die Brennkraftmaschine angetriebenen Synchronmaschine von oben, also von einer Drehzahl, die größer ist als die Synchrondrehzahl, her kommend durchgeführt, was bedeutet, dass die Ist-Drehzahl der Brennkraftmaschine zunächst über die Synchrondrehzahl erhöht wird, wobei anschließend während eines Absinkens der Ist-Drehzahl eine Erfüllung von Synchronisierbedingungen mit dem Stromnetz überwacht und bei Erfüllung der Synchronisierbedingungen ein Leistungsschalter zur Ankopplung der Synchronmaschine an das Stromnetz geschlossen wird. Diese Art der Synchronisierung benötigt eine gewisse Zeit, insbesondere weil die Antriebseinrichtung, welche die Synchronmaschine antreibt, typischerweise nicht aktiv gebremst, sondern lediglich passiv verlangsamt wird. Dabei können die rotierenden Massen insbesondere nicht aktiv gebremst werden, sodass sich die Drehzahl nur langsam der Synchrondrehzahl annähert. Dabei nimmt sie insbesondere aufgrund von Reibungs-, Lüfterverlusten, Verdichterverlusten, Verlusten in Lagern und anderen, ähnlichen Verlusten ab. Insgesamt verlangsamt sich die Drehzahl nur sehr träge, was insbesondere bei zeitsensitiven Anwendungen mit schneller Anforderung der Leistung der Synchronmaschine einen Verlust an wertvoller Zeit bedeuten kann. Es kommt hinzu, dass die Synchronisierbedingungen aus einem passiven Betrieb der Antriebseinrichtung heraus erfüllt werden.From the German patent specification DE 10 2004 008 261 B3 discloses a method in which an internal combustion engine of an internal combustion engine-generator unit is ramped up to a nominal speed after a start, the nominal speed corresponding to a synchronous speed based on a mains frequency of an electricity network. This results in the actual speed of the internal combustion engine overshooting the synchronous speed, from which an end of the run-up is detected. In such a start routine, a synchronous machine driven by the internal combustion engine is synchronized from above, i.e. from a speed that is greater than the synchronous speed, which means that the actual speed of the internal combustion engine is first increased above the synchronous speed, where subsequently, while the actual speed is dropping, the fulfillment of synchronizing conditions with the power grid is monitored, and when the synchronizing conditions are met, a circuit breaker for coupling the synchronous machine to the power grid is closed. This type of synchronization requires a certain amount of time, in particular because the drive device that drives the synchronous machine is typically not actively braked, but only passively slowed down. In particular, the rotating masses cannot be actively braked, so that the speed only slowly approaches the synchronous speed. It decreases in particular due to friction, fan losses, compressor losses, losses in bearings and other similar losses. Overall, the speed slows down only very sluggishly, which can mean a loss of valuable time, especially in time-sensitive applications with rapid demand for the power of the synchronous machine. In addition, the synchronization conditions are met from passive operation of the drive device.

Aus der internationalen Patentanmeldung WO 2012/ 101 318 A1 geht ein Verfahren zur Synchronisierung eines Generatoraggregats mit einem elektrischen Netz hervor. Zunächst werden die Spannung des Generatoraggregats, die Spannung des elektrischen Netzes und die Frequenzen und Phasenwinkel der Spannungen überwacht. Danach wird eine Phasenwinkeldifferenz bei der Zielsynchrongeschwindigkeit des Generators unter Verwendung zumindest einiger Werte, die aus dem Überwachungsschritt erhalten werden, geschätzt. Anschließend wird die Beschleunigung des Generatoraggregats als Reaktion auf den Schätzschritt und unter Verwendung zumindest einiger Werte, die aus dem Überwachungsschritt erhalten wurden, derart eingestellt, dass der Generator bei der Zielsynchrondrehzahl mit dem Netz in Phase sein wird. Insbesondere wird das Generatoraggregat auf eine Zieldrehzahl beschleunigt, wobei es in einem ersten, niedrigeren Drehzahlbereich mit einer ersten, größeren Drehbeschleunigung beschleunigt wird, und wobei in einem zweiten, höheren Drehzahlbereich mit einer zweiten, geringeren Drehbeschleunigung auf die Zieldrehzahl beschleunigt wird.From the international patent application WO 2012/101 318 A1 discloses a method for synchronizing a generator set with an electrical network. First, the voltage of the generator set, the voltage of the electrical network and the frequencies and phase angles of the voltages are monitored. Thereafter, a phase angle difference at the target synchronous speed of the generator is estimated using at least some values obtained from the monitoring step. Then, in response to the estimating step and using at least some values obtained from the monitoring step, the acceleration of the genset is adjusted such that the genset will be in phase with the grid at the target synchronous speed. In particular, the generator set is accelerated to a target speed, being accelerated to the target speed in a first, lower speed range with a first, greater rotational acceleration, and being accelerated to the target speed in a second, higher speed range with a second, lower rotational acceleration.

Die deutsche Offenlegungsschrift DE 20 57 497 A offenbart eine Einrichtung zum Schnellsynchronisieren eines drehbeschleunigten Turbogenerators. Die Einrichtung weist ein Steuergerät auf, welches eingerichtet ist, um den Vorgang des Hochfahrens und des Synchronisierens als vorausberechnetes Programm im Sinne einer Leitkurve oder einer Leitbahn zu bestimmen.The German Offenlegungsschrift DE 20 57 497 A discloses an apparatus for rapidly synchronizing a spinning turbogenerator. The device has a control device which is set up to determine the process of starting up and synchronizing as a precalculated program in the sense of a trajectory or a trajectory.

Weiterhin geht aus der US-amerikanischen Patentschrift US 7 915 868 B1 ein Verfahren zum Anpassen von Generator- und Netzspannungen hervor, bevor eine Kraftwerksmaschine während eines Startvorgangs die Netzanpassungsgeschwindigkeit erreicht. Das Verfahren ist ein prädikativer Algorithmus, um die Beschleunigungsrate der Kraftwerksmaschine so zu steuern, dass eine bestimmte Phasenwinkeldifferenz zwischen der Kraftwerksmaschine und dem Netz angestrebt wird, wenn die Kraftwerksmaschine die Netzanpassungsdrehzahl erreicht. Dabei kann die Phasenwinkeldifferenz so angestrebt werden, dass ein Generatorschalter unmittelbar nach der Beschleunigung der Kraftwerksmaschine über die Netzanpassungsdrehzahl hinaus geschlossen werden kann.Furthermore, goes from the US patent specification U.S. 7,915,868 B1 discloses a method for adjusting generator and line voltages before a power plant machine reaches the line adjustment rate during a start-up process. The method is a predictive algorithm to control the acceleration rate of the power plant machine to target a specific phase angle difference between the power plant machine and the grid when the power plant machine reaches the grid match speed. In this case, the phase angle difference can be sought in such a way that a generator switch can be closed immediately after the power plant machine has been accelerated beyond the grid adaptation speed.

Die deutsche Übersetzung der europäischen Patentschrift DE 697 09 781 T2 offenbart unterbrechungsfreies elektrisches Stromversorgungssystem bestehend aus einem Verbrennungsmotor, einem oder mehreren Schwungrädern, einer elektronischen Steuerung, einer Synchronmaschine, einer Druckluftturbine und Luftansammlungs- und -ablassmitteln. Dabei besteht die Synchronmaschine aus einem Synchronmotor und einem oder mehreren Generatoren, die galvanisch unabhängige Kreisläufe versorgen. Weiterhin bestehen die Luftansammlungs- und -ablassmittel aus einer reversiblen Hydraulikölpumpe, zwei Tanks und verschiedenen Anti-Rückschlagventilen. Treten Störungen im Netz auf und nimmt die Drehzahl des Generators ab, gibt ein elektrisches Ventil Druckluft ab, um die Turbine anzutreiben, wodurch die Drehzahl des Generators stabilisiert wird. Bleibt die Störung bestehen, wird der Verbrennungsmotor gestartet und nach Erreichen der Synchrondrehzahl an den Generator angekoppelt, die Turbine gestoppt und die Luftnachladung aktiviert. Kommt es zusätzlich zu einer Überlastung, arbeitet die Turbine mit dem Verbrennungsmotor.The German translation of the European patent specification DE 697 09 781 T2 discloses an uninterruptible electrical power supply system consisting of an internal combustion engine, one or more flywheels, an electronic controller, a synchronous machine, an air turbine, and air accumulation and exhaust means. The synchronous machine consists of a synchronous motor and one or more generators that supply galvanically independent circuits. Furthermore, the air accumulation and exhaust means consist of a reversible hydraulic oil pump, two tanks and various anti-return valves. When the grid is disturbed and the generator speed decreases, an electric valve releases compressed air to drive the turbine, thereby stabilizing the generator speed. If the problem persists, the combustion engine is started and, after reaching the synchronous speed, is coupled to the generator, the turbine is stopped and the air recharging is activated. If there is also an overload, the turbine works with the combustion engine.

Darüber hinaus offenbart die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2006 042 754 A1 eine Anfahrvorrichtung für eine Synchronmaschine eines Synchronkompensators, umfassend einen statischen Frequenzumrichter zur Versorgung der Synchronmaschine mit Strom und Spannung am Stator, um diese selbst als Anwurfmotor zu betreiben, einen Umschalter, der mit einem Ausgang des statischen Frequenzumrichters verbunden ist, und der in einer ersten Schaltposition den Ausgang des statischen Frequenzumrichters direkt an einen Ausgang der Anfahrvorrichtung und in einer zweiten Schaltposition den Ausgang des statischen Frequenzumrichters an den Eingang des Transformators schaltet. Dabei ist der Transformator zwischen dem Umschalter und dem Ausgang der Anfahrvorrichtung geschaltet und derart ausgebildet, dass er eine Ausgangsspannung erzeugt, die nahezu gleich der Nennspannung der Synchronmaschine ist. Insbesondere fährt die Anfahrvorrichtung die Synchronmaschine in einer ersten Phase bis zu einer Drehzahl hoch, die niedriger ist als die Synchrondrehzahl. Weiterhin fährt die Anfahrvorrichtung die Synchronmaschine in einer zweiten Phase bis zu ihrer Synchrondrehzahl hoch. Vorzugsweise sofort nach Erreichen der Synchrondrehzahl kann über das Schließen eines Leistungsschalters ein Synchronisationsvorgang eingeleitet werden, um die Synchronmaschine an das Netz zu schalten.In addition, the German Offenlegungsschrift disclosed DE 10 2006 042 754 A1 a starting device for a synchronous machine of a synchronous compensator, comprising a static frequency converter for supplying the synchronous machine with current and voltage at the stator in order to operate it as a starting motor, a changeover switch which is connected to an output of the static frequency converter and which is in a first switching position the output of the static frequency converter directly to an output of the starting device and in a second switch position the output of the static frequency converter to the input of the transformer. In this case, the transformer is connected between the changeover switch and the output of the starting device and is designed in such a way that it generates an output voltage which is almost equal to the nominal voltage of the synchronous machine. In particular, the starting device ramps up the synchronous machine in a first phase up to a speed that is lower than the synchronous speed. Furthermore, the starting device runs the synchronous machine up to its synchronous speed in a second phase. A synchronization process can be initiated by closing a circuit breaker, preferably immediately after the synchronous speed has been reached, in order to connect the synchronous machine to the grid.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Synchronisieren einer Synchronmaschine mit einem Stromnetz, eine Steuereinrichtung zur Ansteuerung einer Antriebseinrichtung zum Antrieb einer Synchronmaschine und eine Antriebseinrichtung zum Antrieb einer Synchronmaschine zu schaffen, wobei die genannten Nachteile nicht auftreten.The invention is based on the object of creating a method for synchronizing a synchronous machine with a power supply system, a control device for controlling a drive device for driving a synchronous machine and a drive device for driving a synchronous machine, 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 solved by creating the subject matter of the independent claims. Advantageous configurations result from the dependent claims.

Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem ein Verfahren zum Synchronisieren einer Synchronmaschine mit einem Stromnetz geschaffen wird, welches folgende Schritte aufweist: Eine Antriebseinrichtung, die eingerichtet ist zum Antrieb der Synchronmaschine, wird von einer Ausgangsdrehzahl auf eine Zieldrehzahl beschleunigt, wobei die Antriebseinrichtung in einem ersten, niedrigeren Drehzahlbereich mit einer ersten, größeren Drehbeschleunigung beschleunigt wird, wobei die Antriebseinrichtung in einem zweiten, höheren Drehzahlbereich mit einer zweiten, geringeren Drehbeschleunigung beschleunigt wird. Dabei wird die Antriebseinrichtung bevorzugt in dem zweiten, höheren Drehzahlbereich auf die Zieldrehzahl beschleunigt. Dadurch, dass die Antriebseinrichtung über den gesamten Drehzahlverlauf von der Ausgangsdrehzahl bis zu der Zieldrehzahl nicht in Form einer einzigen, konstanten Rampe, sondern vielmehr in Form von wenigstens zwei voneinander verschiedenen Drehzahlbereichen, nämlich dem ersten, niedrigeren Drehzahlbereich und dem zweiten, höheren Drehzahlbereich, mit verschiedener Drehbeschleunigung, nämlich der ersten größeren Drehbeschleunigung und der zweiten, geringeren Drehbeschleunigung, beschleunigt wird, ist es möglich, die Antriebseinrichtung zunächst schnell von der Ausgangsdrehzahl über den ersten, niedrigeren Drehzahlbereich bis an eine Grenze oder einen Übergang zu dem zweiten, höheren Drehzahlbereich zu beschleunigen, wobei die Beschleunigung der Antriebseinrichtung dann verringert wird. Dies hat insbesondere zur Folge, dass die Synchronmaschine mit der zweiten, geringeren Drehbeschleunigung durch ein Synchronisierfenster zwischen einer minimalen, zulässigen Synchronisierfrequenz und einer maximalen, zulässigen Synchronisierfrequenz gefahren werden kann, sodass ausreichend Möglichkeiten bestehen, in diesem Synchronisierfenster einen Punkt zu finden, an dem alle Synchronisierbedingungen erfüllt sind, sodass die Synchronmaschine mit dem Stromnetz in zulässiger Weise synchronisiert ist und ein Leistungsschalter geschlossen werden kann. Der Leistungsschalter kann somit in dem Moment geschlossen werden, in dem erstmals die Synchronisierbedingungen erfüllt und insbesondere eine zulässige Synchronisierfrequenz und damit Synchrondrehzahl erreicht ist. Dabei ist es mit der zweiten, geringeren Drehbeschleunigung möglich, ein Überschwingen der Drehzahl über die maximal zulässige Synchrondrehzahl zu vermeiden und vielmehr die Synchronmaschine von unten, also von Drehzahlen her kommend, die niedriger als die Synchrondrehzahl sind, mit dem Stromnetz zu synchronisieren. Dies kann wesentlich schneller geschehen als eine Synchronisierung von oben, weil die Antriebseinrichtung aktiv zu der Zieldrehzahl und somit letztlich zu der Synchrondrehzahl hin beschleunigt wird, anstelle passiv gebremst zu werden. Insgesamt kann so die Synchronisierung mit dem hier vorgeschlagenen Verfahren schneller erfolgen, als wenn zunächst ein Überschwingen der Drehzahl mit einer anschließenden Synchronisierung von oben stattfindet, obwohl die Antriebseinrichtung bevorzugt die Synchrondrehzahl in dem zweiten, höheren Drehzahlbereich mit der zweiten, geringeren Drehbeschleunigung anstrebt, die insbesondere geringer gewählt sein kann als eine konstante Drehbeschleunigung bei einem durchgehend konstant rampenförmigen Hochfahren der Antriebseinrichtung gemäß dem Stand der Technik.The object is achieved in particular by creating a method for synchronizing a synchronous machine with a power grid, which has the following steps: A drive device, which is set up to drive the synchronous machine, is accelerated from an initial speed to a target speed, the drive device in a first , Lower speed range is accelerated with a first, larger rotational acceleration, wherein the drive device is accelerated in a second, higher speed range with a second, lower rotational acceleration. The drive device is preferably accelerated to the target speed in the second, higher speed range. Because the drive device is not in the form of a single, constant ramp over the entire speed curve from the initial speed to the target speed, but rather in the form of at least two different speed ranges, namely the first, lower speed range and the second, higher speed range different rotational acceleration, namely the first larger rotational acceleration and the second, lower rotational acceleration, it is possible to first accelerate the drive device quickly from the initial speed through the first, lower speed range to a limit or a transition to the second, higher speed range , in which case the acceleration of the driving device is then reduced. In particular, this means that the synchronous machine with the second, lower rotational acceleration can be driven through a synchronizing window between a minimum, permissible synchronizing frequency and a maximum, permissible synchronizing frequency, so that there are sufficient opportunities to find a point in this synchronizing window at which all Synchronizing conditions are met so that the synchronous machine is synchronized with the power grid in a permissible manner and a circuit breaker can be closed. The circuit breaker can thus be closed at the moment when the synchronizing conditions are met for the first time and, in particular, a permissible synchronizing frequency and thus synchronous speed is reached. With the second, lower rotational acceleration, it is possible to prevent the speed from overshooting the maximum permissible synchronous speed and rather to synchronize the synchronous machine with the power grid from below, i.e. coming from speeds that are lower than the synchronous speed. This can be done much more quickly than synchronization from above because the drive device is actively accelerated to the target speed and thus ultimately to the synchronous speed instead of being passively braked. Overall, the synchronization with the method proposed here can take place faster than if the speed initially overshoots with subsequent synchronization from above, although the drive device preferably strives for the synchronous speed in the second, higher speed range with the second, lower rotational acceleration, which in particular can be selected to be lower than a constant rotational acceleration in the case of a continuously constant ramp-shaped ramp-up the drive device according to the prior art.

Als weiterer Vorteil ergibt sich, dass die Synchronmaschine beim Beschleunigen der Antriebseinrichtung mit dem Stromnetz synchronisiert wird, wobei sofort im Moment des Schließens eines Leistungsschalters Reserveleistung zur Verfügung stehen kann. Diese ergibt sich zum einen aus der in der Antriebseinrichtung und dem Rotor der Synchronmaschine gespeicherten Rotationsenergie und Beschleunigungsenergie, insbesondere in Form von in höherem Maß, als es momentan zum Konstanthalten der Drehzahl erforderlich wäre, bereitgestellter Antriebsenergie, beispielsweise eine erhöhte Brennstoffzufuhr, und zum anderen daraus, dass bevorzugt spätestens nach dem Schließen des Leistungsschalters eine Momentenanforderung an der Antriebseinrichtung anliegt, um diese zu beschleunigen. Diese Momentenanforderung wird genutzt, um sofort nach dem Schließen des Leistungsschalters Leistung in das Stromnetz einzuspeisen.A further advantage is that the synchronous machine is synchronized with the power grid when the drive device is accelerated, with reserve power being available immediately at the moment when a circuit breaker is closed. This results on the one hand from the rotational energy and acceleration energy stored in the drive device and the rotor of the synchronous machine, in particular in the form of drive energy provided to a greater extent than is currently required to keep the speed constant, for example an increased fuel supply, and on the other hand from this that preferably at the latest after the closing of the circuit breaker, a torque requirement is present at the drive device in order to accelerate it. This torque requirement is used to feed power into the grid immediately after the circuit breaker is closed.

Es ist bevorzugt vorgesehen, dass die Antriebseinrichtung angesteuert wird, um eine Leistungsverbindung der Synchronmaschine mit dem Stromnetz bei einem ersten Erfüllen von bestimmten Synchronisierbedingungen, insbesondere einem ersten Erreichen einer zulässigen Synchrondrehzahl zu schließen. Dies entspricht der bereits zuvor erläuterten Synchronisation von unten, wobei bei einem ersten Erfüllen der Synchronisierbedingungen und insbesondere einer zulässigen Synchrondrehzahl oder Synchronisierfrequenz, ein Leistungsschalter geschlossen und die Synchronmaschine mit dem Stromnetz verbunden wird.Provision is preferably made for the drive device to be controlled in order to close a power connection of the synchronous machine to the power grid when certain synchronizing conditions are first met, in particular when a permissible synchronous speed is first reached. This corresponds to the synchronization from below already explained above, with a power switch being closed and the synchronous machine being connected to the power grid when the synchronization conditions and in particular a permissible synchronous speed or synchronization frequency are initially met.

Bevorzugt wird zugleich mit der Antriebseinrichtung auch die Synchronmaschine selbst angesteuert, um eine Leistungsverbindung der Synchronmaschine mit dem Stromnetz bei einem ersten Erreichen einer Synchrondrehzahl zu schließen. Dies spricht insbesondere an, dass eine Erregung der Synchronmaschine derart angesteuert, insbesondere geregelt, wird, dass bei einem ersten Durchfahren eines zulässigen Synchronisierfensters für die Ausgangsfrequenz der Synchronmaschine auch ein zulässiger Wert einer Ausgangsspannung der Synchronmaschine zur Synchronisation mit dem Stromnetz erreicht wird. Zusätzlich oder alternativ wird die Synchronmaschine auch angesteuert, insbesondere geregelt, um in dem hier relevanten Zeitfenster eine zulässige Phasenlage für die Synchronisierung zu erreichen, wobei die zulässige Phasenlage zwischen der Synchronmaschine und dem Stromnetz bevorzugt beim Durchfahren des Synchronisierfensters durch die Beschleunigung der Antriebseinrichtung zu einem Zeitpunkt innerhalb des Synchronisierfensters erreicht wird. Von dem Begriff „Ansteuern“ sind hier und im Folgenden sowohl eine Steuerung als auch eine Regelung umfasst.The synchronous machine itself is preferably also controlled at the same time as the drive device in order to close a power connection of the synchronous machine to the mains when a synchronous speed is first reached. This appeals in particular to the excitation of the synchronous machine being controlled, in particular regulated, in such a way that when a permissible synchronization window for the output frequency of the synchronous machine is passed through for the first time, a permissible value of an output voltage of the synchronous machine for synchronization with the power grid is also reached. Additionally or alternatively, the synchronous machine is also controlled, in particular regulated, in order to achieve a permissible phase position for the synchronization in the time window relevant here, the permissible phase position between the synchronous machine and the power grid preferably being achieved at a point in time when the synchronization window is driven through by the acceleration of the drive device is reached within the synchronization window. The term “activation” here and in the following includes both a control and a regulation.

Mit dem Begriff „Zieldrehzahl“ ist hier und im Folgenden eine von der Antriebseinrichtung angestrebte oder erreichte Ist-Drehzahl angesprochen. Eine zum Erreichen der Zieldrehzahl Soll-Drehzahl oder Drehzahlvorgabe für die Antriebseinrichtung kann von der Zieldrehzahl abweichen, insbesondere höher als die Zieldrehzahl gewählt werden.Here and in the following, the term “target speed” refers to an actual speed aimed for or achieved by the drive device. A setpoint speed or speed specification for the drive device to achieve the target speed can deviate from the target speed, in particular be selected higher than the target speed.

Erfindungsgemäß wird die Zieldrehzahl als Warte- oder Bereitschaftsdrehzahl unterhalb, insbesondere geringfügig unterhalb einer minimal zulässigen Synchrondrehzahl, also an einer Untergrenze des Synchronisierfensters, oder in einem unteren Bereich des Synchronisierfensters, gewählt. In diesem Fall wird die Antriebseinrichtung in eine Wartestellung bei der Zieldrehzahl gebracht, wobei eine schnelle Synchronisierung mit dem Stromnetz mittels Durchfahren des Synchronisierfensters von unten auf externe Anforderung hin - vorzugsweise von einem Netzbetreiber oder einem Dritten - durchgeführt wird. In diesem Fall ist bevorzugt vorgesehen, dass eine Leistungserzeugungseinrichtung, welche die Antriebseinrichtung und die Synchronmaschine aufweist, ein Bereitschaftssignal - beispielsweise an den Netzbetrieber oder einen Dritten - aussendet, wenn die Antriebseinrichtung die Zieldrehzahl erreicht hat. Es kann dann bevorzugt auf das Bereitschaftssignal hin die externe Anforderung zur Synchronisierung mit dem Stromnetz erfolgen. Bei einer Ausführungsform des Verfahrens ist es möglich, dass als Zieldrehzahl eine minimal zulässige Synchrondrehzahl, mithin die der Untergrenze des Synchronisierfensters zugeordnete Drehzahl, oder eine Drehzahl in einem unteren Bereich des Synchronisierfensters, gewählt wird.According to the invention, the target speed is selected as a waiting or stand-by speed below, in particular slightly below, a minimum permissible synchronous speed, ie at a lower limit of the synchronization window, or in a lower range of the synchronization window. In this case, the drive device is placed in a waiting position at the target speed, rapid synchronization with the power grid being carried out by passing through the synchronization window from below at the external request—preferably from a grid operator or a third party. In this case, it is preferably provided that a power generation device, which has the drive device and the synchronous machine, transmits a ready signal—for example to the grid operator or a third party—when the drive device has reached the target speed. The external request for synchronization with the power grid can then preferably be made in response to the ready signal. In one embodiment of the method, it is possible for a minimum permissible synchronous speed, ie the speed assigned to the lower limit of the synchronization window, or a speed in a lower range of the synchronization window, to be selected as the target speed.

Mit dem Begriff „Synchrondrehzahl“ ist hier insbesondere eine Drehzahl gemeint, die - innerhalb eines zulässigen Synchronisierfensters - einer momentanen Netzfrequenz des Stromnetzes entspricht. Beispielsweise liegt die Synchrondrehzahl einer vierpoligen Synchronmaschine mit zwei Polpaaren beim Betrieb in einem 50 Hz-Stromnetz innerhalb eines Synchronisierfensters, nämlich in einem Bereich von mindestens 1485 U/min bis höchstens 1515 U/min um die der Netzfrequenz rechnerisch zugeordnete Netzdrehzahl von 1500 U/min. The term “synchronous speed” means here in particular a speed that—within a permissible synchronization window—corresponds to an instantaneous network frequency of the electricity network. For example, the synchronous speed of a four-pole synchronous machine with two pole pairs when operating in a 50 Hz power supply system is within a synchronization window, namely in a range from at least 1485 rpm to a maximum of 1515 rpm around the mains speed of 1500 rpm that is calculated and assigned to the mains frequency .

Entsprechend liegt die Synchrondrehzahl beispielsweise bei einem Betrieb in einem 60 Hz-Stromnetz in einem Bereich von mindestens 1782 U/min bis höchstens 1818 U/min um die der Netzfrequenz rechnerisch zugeordnete Netzdrehzahl von 1800 U/min. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Antriebseinrichtung ohne Getriebe direkt mit der Synchronmaschine gekoppelt ist. Selbstverständlich ist es möglich, eine Übersetzungseinrichtung, insbesondere ein Getriebe, zwischen die Synchronmaschine und die Antriebseinrichtung zu schalten, wobei die Synchrondrehzahl dann - entsprechend der Übersetzung - von der Synchrondrehzahl der Synchronmaschine beziehungsweise sich dem rechnerisch für die Welle der Synchronmaschine ergebenen Drehzahlwert bei gegebener Netzfrequenz abweicht. Der Begriff „Netzdrehzahl“ bezeichnet hier und im Folgenden eine Drehzahl, die sich rechnerisch aus der Netzfrequenz ergibt.Accordingly, the synchronous speed is, for example, when operating in a 60 Hz power grid in a range of at least 1782 rpm to a maximum of 1818 rpm around the mains speed of 1800 rpm arithmetically assigned to the mains frequency. This applies in particular when the drive device is coupled directly to the synchronous machine without a gear. self-insurance It is of course possible to connect a transmission device, in particular a gearbox, between the synchronous machine and the drive device, with the synchronous speed then deviating - according to the transmission - from the synchronous speed of the synchronous machine or from the speed value calculated for the shaft of the synchronous machine at a given mains frequency . Here and in the following, the term "mains speed" refers to a speed that is calculated from the mains frequency.

Das Verfahren ist nicht nur anwendbar bei einem dreiphasigen Stromnetz, insbesondere einem Drehstromnetz, sondern auch bei Stromnetzen mit anderer Zahl von Phasen, insbesondere auch bei einphasigen Wechselstromnetzen, beispielsweise einem Bahnnetz. Das Verfahren ist auch anwendbar bei einem Stromnetz eines Schiffs, insbesondere einer Yacht. Auch ein Nachrüsten oder Ertüchtigen von Alt- und Bestandsanlagen mit dem Verfahren ist möglich.The method can be used not only in a three-phase power grid, in particular a three-phase power grid, but also in power grids with a different number of phases, in particular also in single-phase AC power grids, for example a railroad network. The method can also be used in the power supply system of a ship, in particular a yacht. Retrofitting or upgrading of old and existing systems is also possible with the method.

Der erste, niedrigere Drehzahlbereich erstreckt sich vorzugsweise bis zu einer Drehzahl oder einem Übergangsbereich, die oder der kleiner ist als die Zieldrehzahl und insbesondere kleiner als eine zulässige Synchrondrehzahl. Der zweite, höhere Drehzahlbereich erstreckt sich vorzugsweise bis zu der Zieldrehzahl, vorzugsweise bis zu einer zulässigen Synchrondrehzahl. Die Zieldrehzahl, vorzugsweise eine zulässige Synchrondrehzahl, liegt also insbesondere in dem zweiten, höheren Drehzahlbereich und bildet besonders bevorzugt den Endpunkt dieses Drehzahlbereichs.The first, lower speed range preferably extends to a speed or a transition range that is less than the target speed and in particular less than a permissible synchronous speed. The second, higher speed range preferably extends up to the target speed, preferably up to a permissible synchronous speed. The target speed, preferably a permissible synchronous speed, is therefore in particular in the second, higher speed range and particularly preferably forms the end point of this speed range.

Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein Verfahren zum Synchronisieren einer Synchronmaschine mit einem Stromnetz geschaffen wird, welches folgende Schritte aufweist: Eine Antriebseinrichtung, die mit einer Synchronmaschine zu deren Antrieb wirkverbunden ist, wird ausgehend von einer Ausgangsdrehzahl auf eine Zieldrehzahl, vorzugsweise auf eine Synchrondrehzahl, beschleunigt. Eine Leistungsverbindung zwischen der Synchronmaschine und dem Stromnetz wird geschlossen, wenn beim Beschleunigen der Antriebseinrichtung ausgehend von der Ausgangsdrehzahl erstmals Synchronisierbedingungen zur Synchronisierung der Synchronmaschine mit dem Stromnetz erfüllt sind. Besonders bevorzugt ist dies der Fall, wenn die Antriebseinrichtung ausgehend von der Ausgangsdrehzahl von kleineren Drehzahlen her kommend das Synchronisierfenster durchfährt, insbesondere wenn sie erstmals eine zulässige Synchrondrehzahl erreicht. Auf diese Weise wird eine Synchronisierung der Synchronmaschine mit dem Stromnetz von unten, also von niedrigeren Drehzahlwerten als einer minimal zulässigen Synchrondrehzahl her kommend, durchgeführt, und es wird insbesondere ein Überschwingen der Drehzahl der Antriebseinrichtung über eine maximal zulässige Synchrondrehzahl vermieden, wodurch die Synchronisierung schneller erfolgen kann.The object is also achieved by creating a method for synchronizing a synchronous machine with a power grid, which has the following steps: A drive device, which is operatively connected to a synchronous machine to drive it, is set to a target speed, preferably to a synchronous speed, starting from an output speed , accelerated. A power connection between the synchronous machine and the power grid is closed when, when the drive device is accelerated from the output speed, synchronization conditions for synchronizing the synchronous machine with the power grid are met for the first time. This is particularly preferably the case when the drive device, starting from the output speed and coming from lower speeds, travels through the synchronization window, in particular when it reaches a permissible synchronous speed for the first time. In this way, synchronization of the synchronous machine with the power grid is carried out from below, i.e. coming from lower speed values than a minimum permissible synchronous speed, and in particular overshooting of the speed of the drive device above a maximum permissible synchronous speed is avoided, as a result of which synchronization takes place more quickly can.

Insbesondere ermöglicht das Verfahren eine nahezu gleiche oder gleiche Zeitdauer für jede Synchronisierung derselben Synchronmaschine mit demselben Stromnetz, weil die aktive Synchronisierung von unten besser steuer- und planbar ist als eine Synchronisierung von oben. Somit sinkt die Streuung in der Zeit für die Synchronisierung erheblich, so dass hierzu verlässliche Werte mit engen Fehlergrenzen angegeben werden können. Damit steigt die Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit der Synchronmaschine beträchtlich.In particular, the method enables an almost identical or identical period of time for each synchronization of the same synchronous machine with the same power grid, because active synchronization from below can be controlled and planned better than synchronization from above. The spread in the time for the synchronization thus decreases considerably, so that reliable values with narrow error limits can be specified. This increases the availability and reliability of the synchronous machine considerably.

Die Synchronisierbedingungen umfassen insbesondere eine Übereinstimmung der Ausgangsfrequenz der Synchronmaschine mit der Netzfrequenz des Stromnetzes innerhalb des vorbestimmten Synchronisierfensters. Die Synchrondrehzahl kann also innerhalb des zulässigen Synchronisierfensters abhängig von der Erfüllung der weiteren Synchronisierbedingungen fluktuieren. Es ist aber auch möglich, dass gezielt eine vorbestimmte Sollfrequenz des Stromnetzes oder eine aktuelle Momentanfrequenz des Stromnetzes mit der Drehzahl der Antriebseinrichtung und damit zugleich der Drehzahl der Synchronmaschine angestrebt wird.The synchronization conditions include, in particular, a match between the output frequency of the synchronous machine and the grid frequency of the power grid within the predetermined synchronization window. The synchronous speed can therefore fluctuate within the permissible synchronization window depending on the fulfillment of the other synchronization conditions. However, it is also possible that a predetermined target frequency of the power grid or a current instantaneous frequency of the power grid is aimed for with the speed of the drive device and thus at the same time the speed of the synchronous machine.

Es ist im Übrigen möglich, dass die Drehzahl der Antriebseinrichtung mit der Drehzahl der Synchronmaschine übereinstimmt, insbesondere wenn diese direkt miteinander drehverbunden sind. Es ist aber auch möglich, dass zwischen der Antriebseinrichtung und der Synchronmaschine eine Übersetzungseinrichtung, insbesondere ein Getriebe, angeordnet ist, wobei in diesem Fall die Drehzahl der Antriebseinrichtung von der Drehzahl der Synchronmaschine abweicht, und wobei das Verhalten oder die Charakteristik der Übersetzungseinrichtung bei der Berechnung einer zulässigen Synchrondrehzahl oder des Synchronisierfensters für die Antriebseinrichtung aus der Netzfrequenz des Stromnetzes berücksichtigt werden muss. Weiterhin ist selbstverständlich die Polzahl der Synchronmaschine relevant für die Berechnung einer Synchrondrehzahl oder des Synchronisierfensters aus der Netzfrequenz.It is also possible for the speed of the drive device to match the speed of the synchronous machine, particularly if they are directly connected in rotation with one another. However, it is also possible for a transmission device, in particular a gearbox, to be arranged between the drive device and the synchronous machine, in which case the speed of the drive device differs from the rotational speed of the synchronous machine, and the behavior or characteristics of the transmission device are used in the calculation a permissible synchronous speed or the synchronization window for the drive device from the mains frequency of the electricity network must be taken into account. Furthermore, the number of poles of the synchronous machine is of course relevant for the calculation of a synchronous speed or the synchronization window from the mains frequency.

Das hier vorgestellte Verfahren ist vorteilhaft durchführbar, indem zum Beschleunigen der Antriebseinrichtung das zuvor beschriebene Verfahren zur Synchronisierung der Synchronmaschine mit dem Stromnetz durchgeführt wird, wobei insbesondere die Antriebseinrichtung erst den ersten, niedrigeren Drehzahlbereich und dann den zweiten, höheren Drehzahlbereich durchläuft. Aufgrund der geringeren, zweiten Drehbeschleunigung ist es ohne weiteres möglich, die Synchronisierbedingungen bereits bei einem ersten Durchfahren des Synchronisierfensters oder einer zulässigen Synchrondrehzahl zu erfüllen und die Leistungsverbindung zu schließen. In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens gemäß Anspruch 2 werden also die Schritte des Anspruchs 1 angewendet.The method presented here can advantageously be carried out by carrying out the previously described method for synchronizing the synchronous machine with the power grid to accelerate the drive device, with the drive device in particular first running through the first, lower speed range and then the second, higher speed range. Due to the lower, second rotational acceleration, it is readily possible to already meet the synchronization conditions to be met when passing through the synchronization window for the first time or a permissible synchronous speed and to close the power connection. In a preferred embodiment of the method according to claim 2, the steps of claim 1 are applied.

Es ist allerdings nicht zwingend erforderlich, die zuvor erläuterte Ausführungsform tatsächlich anzuwenden. Vielmehr ist es beispielsweise auch möglich - wenn hinreichend Zeit für eine Synchronisierung besteht - eine durchgängig konstante Drehbeschleunigung ausgehend von der Ausgangsdrehzahl bis zu der Synchrondrehzahl zu wählen. Weiter ist es möglich, dass das hier beschriebene Verfahren zur Synchronisierung der Synchronmaschine mit dem Stromnetz angewandt wird in einem Zustand, wo die Synchronmaschine bereits mit einem ersten Stromnetz gekoppelt ist, insbesondere mit einem Inselnetz, wobei sie dann mit einem zweiten, von dem ersten verschiedenen, insbesondere größeren und ganz besonders überregionalen oder landesübergreifenden Stromnetz verbunden werden soll. Weiterhin ist es möglich, das Verfahren anzuwenden, wenn die Antriebseinrichtung, beispielsweise aufgrund einer Anforderung aus dem Stromnetz wegen einem Überangebot von elektrischer Leistung oder um die Antriebseinrichtung zu schonen, in einen Abkühlbetrieb gefahren und von dem Stromnetz getrennt ist. Eine Abkühldauer ist dabei insbesondere abhängig von der Art und Größe der Antriebseinrichtung. Sie kann für eine Brennkraftmaschine, insbesondere einen Hubkolbenmotor, beispielsweise 2 bis 5 Minuten betragen. Dabei wird eine Abkühldrehzahl, bei welcher die Antriebseinrichtung zum Abkühlen vorzugsweise gehalten wird, unterhalb, aber nahe an einer minimal zulässigen Synchrondrehzahl des Synchronisierfensters oder auch bei der minimal zulässigen Synchrondrehzahl, oder in einem unteren Bereich des Synchronisierfensters gehalten, woraufhin bei einer Anforderung zur Synchronisierung der Synchronmaschine mit dem Stromnetz eine besonders rasche Synchronisierung durchgeführt werden kann. Dabei bedarf es insbesondere in diesem Fall nicht zwingend zweier voneinander verschiedener Drehzahlbereiche mit verschiedenen Drehzahlbeschleunigungen, weil der Abstand zwischen der Abkühldrehzahl und einer Synchrondrehzahl, bei welcher die Synchronisierbedingungen erstmals erfüllt sind, so gering ist, dass gleich die zweite, geringere Drehbeschleunigung gewählt werden kann. Eine analoge Vorgehensweise ist aus einem Betrieb der Brennkraftmaschine mit einer Warte- oder Bereitschaftsdrehzahl als Ausgangsdrehzahl möglich.However, it is not absolutely necessary to actually use the embodiment explained above. Rather, it is also possible, for example--if there is sufficient time for synchronization--to select a consistently constant rotary acceleration, starting from the initial speed up to the synchronous speed. It is also possible that the method described here for synchronizing the synchronous machine with the power grid is used in a state where the synchronous machine is already coupled to a first power grid, in particular to an island grid, in which case it is then connected to a second power grid that is different from the first , In particular larger and especially national or cross-border power grid is to be connected. It is also possible to use the method when the drive device, for example due to a request from the power grid due to an oversupply of electrical power or to protect the drive device, has been switched to cooling mode and disconnected from the power grid. A cooling period is particularly dependent on the type and size of the drive device. For an internal combustion engine, in particular a reciprocating piston engine, it can be 2 to 5 minutes, for example. A cooling speed, at which the drive device is preferably kept for cooling, is kept below but close to a minimum permissible synchronous speed of the synchronization window or also at the minimum permissible synchronous speed, or in a lower range of the synchronization window, whereupon when there is a request to synchronize the Synchronous machine with the power grid a particularly rapid synchronization can be performed. In this case in particular, it is not absolutely necessary to have two different speed ranges with different speed accelerations, because the distance between the cooling speed and a synchronous speed at which the synchronization conditions are met for the first time is so small that the second, lower speed can be selected immediately. An analogous procedure is possible when the internal combustion engine is operated with a waiting or stand-by speed as the starting speed.

Im Inselbetrieb oder einem Inselparallelbetrieb ist auch folgender Ablauf möglich:

Im stationären Zustand wählt man vorzugsweise eine zulässige Drehzahl zwischen der Netzdrehzahl und der minimal zulässigen Synchrondrehzahl, insbesondere im Teillastbetrieb und wenn keine Lastschwankungen erfolgen oder erwartet werden; oder man wählt eine zulässige Drehzahl zwischen der Netzdrehzahl und der maximal zulässigen Synchrondrehzahl, insbesondere im Betrieb nahe Volllast wegen der höheren Rotationsenergie, wenn keine zusätzliche Belastung erfolgt, oder im Teillastbetrieb, wenn weitere Belastungen erwartet werden, damit man sowohl schnell synchronisieren als auch die Belastungen ausregeln kann.

The following procedure is also possible in island operation or in island parallel operation:

In the stationary state, a permissible speed between the mains speed and the minimum permissible synchronous speed is preferably selected, in particular in part-load operation and when no load fluctuations occur or are expected; or one chooses a permissible speed between the mains speed and the maximum permissible synchronous speed, especially in operation near full load because of the higher rotational energy when no additional load is applied, or in partial load operation when further loads are expected, in order to synchronize both quickly and the loads can correct.

Erfindungsgemäß wird die Synchronisierung auf folgende Weise, bevorzugt in vier Phasen, durchgeführt: Es wird zunächst als Zieldrehzahl eine Warte- oder Bereitschaftsdrehzahl angefahren, in einer ersten Phase mit einer ersten, steileren Drehzahlrampe bis zu einer Grenzdrehzahl unterhalb der Zieldrehzahl, und anschließend in einer zweiten Phase mit einer zweiten, flacheren Drehzahlrampe, die bis zur Zieldrehzahl führt, wobei die zweite Drehzahlrampe flacher ist als die erste Drehzahlrampe. Dann folgt - bevorzugt als dritte Phase - eine Haltephase auf der Warte- oder Bereitschaftsdrehzahl, wobei -auf einen Synchronisierbefehl hin - das Synchronisierfenster - bevorzugt in einer vierten Phase - durchfahren wird, vorzugsweise mit einer Drehzahlrampe, die bevorzugt flach, insbesondere ähnlich oder gleich der zweiten Drehzahlrampe, ist.According to the invention, the synchronization is carried out in the following manner, preferably in four phases: First, a waiting or standby speed is approached as the target speed, in a first phase with a first, steeper speed ramp up to a limit speed below the target speed, and then in a second Phase with a second, flatter speed ramp leading to the target speed, where the second speed ramp is flatter than the first speed ramp. Then follows - preferably as a third phase - a holding phase at the waiting or stand-by speed, wherein - in response to a synchronization command - the synchronization window - preferably in a fourth phase - is passed through, preferably with a speed ramp that is preferably flat, in particular similar or equal to second speed ramp.

Es wird eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass die Antriebseinrichtung ausgehend von der Ausgangsdrehzahl bis zu einer Grenzdrehzahl mit einer ersten, konstanten Drehbeschleunigung beschleunigt wird, wobei die Antriebseinrichtung ab der Grenzdrehzahl mit einer zweiten, konstanten Drehbeschleunigung bis zu der Synchrondrehzahl beschleunigt wird. Dabei ist die zweite, konstante Drehbeschleunigung kleiner als die erste, konstante Drehbeschleunigung. Es ergeben sich in diesem Fall zwei separate, aneinander anschließende Drehzahlrampen für das Hochfahren der Antriebseinrichtung, nämlich eine erste Drehzahlrampe mit einer größeren Steigung in dem ersten, niedrigeren Drehzahlbereich, der dann von der Ausgangsdrehzahl bis zu der Grenzdrehzahl reicht, und eine zweite Drehzahlrampe mit einer kleineren Steigung in dem zweiten, höheren Drehzahlbereich, der hier von der Grenzdrehzahl bis zu der Zieldrehzahl oder Synchrondrehzahl reicht. Die Grenzdrehzahl ist dabei insbesondere kleiner als die Zieldrehzahl. Die hier vorgeschlagene Ausführungsform des Verfahrens ist besonders einfach umsetzbar, da das Hochfahren der Antriebseinrichtung von der Ausgangsdrehzahl bis zu der Zieldrehzahl aufgeteilt wird in zwei lineare Bereiche mit verschiedenen Steigungen, wobei zunächst eine rasche Drehbeschleunigung von der Ausgangsdrehzahl bis zu der Grenzdrehzahl erfolgt, und wobei dann mit einer kleineren Drehbeschleunigung von der Grenzdrehzahl ausgehend die Zieldrehzahl angefahren wird.An embodiment of the method is preferred, which is characterized in that the drive device is accelerated starting from the initial speed up to a limit speed with a first, constant rotational acceleration, the drive device accelerating from the limit speed with a second, constant rotational acceleration up to the synchronous speed will. In this case, the second, constant rotational acceleration is smaller than the first, constant rotational acceleration. In this case, there are two separate, consecutive speed ramps for starting up the drive device, namely a first speed ramp with a steeper slope in the first, lower speed range, which then extends from the output speed to the limit speed, and a second speed ramp with a smaller slope in the second, higher speed range, which ranges from the limit speed to the target speed or synchronous speed. The limit speed is in particular lower than the target speed. The embodiment of the method proposed here is particularly easy to implement, since the ramping up of the drive device from the initial speed to the target speed is divided into two linear areas with different gradients, with a rapid rotational acceleration from the initial speed first Number takes place up to the limit speed, and then starting with a smaller rotational acceleration from the limit speed, the target speed is approached.

Alternativ wird ein nicht zur Erfindung gehörendes Beispiel beschrieben, bei dem die Antriebseinrichtung ab der Grenzdrehzahl mit einer variablen Drehbeschleunigung - insbesondere mit zumindest bereichsweise gekrümmtem Drehzahlverlauf - bis zu der Zieldrehzahl beschleunigt wird, wobei die zweite, variable Drehbeschleunigung stets kleiner ist als die erste, konstante Drehbeschleunigung. Es ergeben sich in diesem Fall keine zwei linearen oder rampenförmigen Bereiche, sondern vielmehr nur ein erster, linearer und insbesondere rampenförmiger Bereich von der Ausgangsdrehzahl bis zu der Grenzdrehzahl, wobei sich an diesen ein Bereich mit einem nichtlinearen Drehzahlverlauf anschließt. Dabei ermöglicht es ein nichtlineares variables Heranfahren der Antriebseinrichtung an die Zieldrehzahl, insbesondere an eine Synchrondrehzahl, in besonders schneller und günstiger Weise die Synchronisierbedingungen zu erfüllen und den Leistungsschalter möglichst früh zu schließen, sodass insgesamt der Synchronisiervorgang noch schneller erfolgen kann.Alternatively, an example not belonging to the invention is described, in which the drive device is accelerated from the limiting speed with a variable rotational acceleration - in particular with a rotational speed profile that is curved at least in some areas - up to the target rotational speed, with the second, variable rotational acceleration always being smaller than the first, constant spin. In this case, there are no two linear or ramp-shaped ranges, but rather only a first, linear and particularly ramp-shaped range from the output speed to the limit speed, this being followed by a range with a non-linear speed curve. It enables a non-linear, variable approach of the drive device to the target speed, in particular to a synchronous speed, to meet the synchronization conditions in a particularly quick and favorable manner and to close the circuit breaker as early as possible, so that the synchronization process can take place even faster overall.

Die erste, konstante Drehbeschleunigung wird bevorzugt als maximale Drehbeschleunigung der Antriebseinrichtung gewählt. Die Antriebseinrichtung wird besonders bevorzugt mit ihrer maximalen Drehbeschleunigung von der Ausgangsdrehzahl bis zu der Grenzdrehzahl beschleunigt, sodass die Grenzdrehzahl sehr schnell angefahren werden kann. Alternativ kann auch eine in Hinblick auf ein Kriterium optimierte Drehbeschleunigung gewählt werden, wobei als Kriterium insbesondere ein Optimum in Bezug auf Wartungsintervalle, eine Belastung der Antriebseinrichtung, eine zur Verfügung stehende Zeit für die Synchronisierung, wirtschaftliche Erwägungen, beispielsweise ein zu erwartender Gewinn, infrage kommt. Ausgehend von der Grenzdrehzahl erfolgt dann das zuvor bereits beschriebene, vergleichsweise langsame Herantasten an die Ziel- oder Synchrondrehzahl, wobei die Synchronisierbedingungen bevorzugt bei einem ersten Durchfahren des Synchronisierfensters erfüllt werden, sodass die Leistungsverbindung mit dem Stromnetz geschlossen werden kann.The first, constant rotational acceleration is preferably selected as the maximum rotational acceleration of the drive device. The drive device is particularly preferably accelerated with its maximum rotational acceleration from the initial speed to the limit speed, so that the limit speed can be approached very quickly. Alternatively, a rotational acceleration optimized with regard to a criterion can also be selected, with the criterion being in particular an optimum with regard to maintenance intervals, a load on the drive device, a time available for synchronization, economic considerations, for example an expected profit . Starting from the speed limit, the previously described, comparatively slow approach to the target or synchronous speed then takes place, with the synchronization conditions preferably being met when the synchronization window is passed through for the first time, so that the power connection to the power grid can be closed.

Insbesondere die erste, konstante Drehbeschleunigung kann abhängig von einem Einsatz der Synchronmaschine und insbesondere von konkreten Bedingungen an die Synchronmaschine im Einsatz angepasst gewählt werden. Beispielsweise ist es möglich, dass die Antriebseinrichtung einer als Notstromaggregat eingesetzten Synchronmaschine in einem sicherheitsrelevanten Bereich, beispielsweise in einem Krankenhaus, schneller hochgefahren wird, als bei einem Einsatz in einem unkritischen Bereich, bei dem es nicht auf eine Verzögerung insbesondere von wenigen Sekunden ankommt.In particular, the first, constant rotational acceleration can be selected depending on the use of the synchronous machine and in particular on specific conditions of the synchronous machine in use. For example, it is possible that the drive device of a synchronous machine used as an emergency generator in a safety-relevant area, for example in a hospital, is started up faster than when used in a non-critical area where a delay of a few seconds in particular is not important.

Insbesondere kann die erste, konstante Drehbeschleunigung auch abhängig von der Art der Antriebseinrichtung gewählt werden. Beispielsweise kann typischerweise für eine als Dieselmotor ausgebildete Antriebseinrichtung eine größere, erste Drehbeschleunigung gewählt werden, als für eine als Gasmotor ausgebildete Antriebseinrichtung, weil ein Dieselmotor eine schnellere Regelung des Hochlaufs mittels einfacher Variation der eingespritzten Brennstoffmasse erlaubt. Demgegenüber ist die Regelung eines Gasmotors typischerweise träger, sodass sich hier eine langsamere erste Drehbeschleunigung ergeben kann. Ein auf maximale Effizienz und Lebensdauer ausgelegter, stationärer Gasmotor, kann gegebenenfalls mit einer noch kleineren, ersten Drehbeschleunigung beaufschlagt werden, um dessen Bauteile nicht unzulässig zu belasten und die Lebensdauer nicht unnötig zu verkürzen.In particular, the first, constant rotational acceleration can also be selected as a function of the type of drive device. For example, a larger, first rotational acceleration can typically be selected for a drive device designed as a diesel engine than for a drive device designed as a gas engine, because a diesel engine allows faster control of the run-up by simply varying the injected fuel mass. In contrast, the control of a gas engine is typically more sluggish, so that a slower first rotational acceleration can result here. A stationary gas engine designed for maximum efficiency and service life can, if necessary, be subjected to an even smaller, first rotational acceleration in order not to impermissibly load its components and not to unnecessarily shorten the service life.

Ohnehin zeigt sich, dass die maximal mögliche Drehbeschleunigung von der Art und Ausgestaltung der Antriebseinrichtung abhängt. Dabei kann sie insbesondere verschieden ausfallen, abhängig davon, ob die Antriebseinrichtung als Brennkraftmaschine, insbesondere als Hubkolbenmotor oder Turbine, insbesondere als Gasturbine, als Wasser-Turbine, als DampfTurbine, als Windrad, als Propeller eines Gezeitenkraftwerks, oder in anderer geeigneter Weise ausgebildet ist. Gleichwohl ist das hier beschriebene Verfahren für jede dieser Antriebseinrichtungen anwendbar.In any case, it has been shown that the maximum possible rotational acceleration depends on the type and design of the drive device. In particular, it can be different, depending on whether the drive device is designed as an internal combustion engine, in particular as a reciprocating engine or turbine, in particular as a gas turbine, as a water turbine, as a steam turbine, as a wind turbine, as a propeller of a tidal power plant, or in some other suitable way. Nevertheless, the method described here can be used for each of these drive devices.

Es ist auch möglich, dieselbe Leistungserzeugunseinrichtung oder dieselbe Antriebseinrichtung in verschiedener Weise zu nutzen, wobei abhängig von Anforderungen, beispielsweise an die Synchronisierzeit, an die Lebensdauer der Antriebseinrichtung, an einen Testbetrieb, in Hinblick auf Umweltaspekte, oder aus kommerziellen Gründen, verschiedene Hochlaufzeiten und Synchronisierzeiten realisiert werden können. Beispielsweise kann zu einer ersten Zeit eine Bereitstellung von Regelenergie mit einer Startzeit von 5 Minuten zur Erbringung einer vereinbarten Leistung vorgesehen sein, und zu einer zweiten Zeit eine Bereitstellung von Regelenergie mit einer Startzeit von 2 Minuten zur Erbringung einer vereinbarten Leistung.It is also possible to use the same power generation device or the same drive device in different ways, with different run-up times and synchronization times depending on requirements, for example for the synchronization time, for the service life of the drive device, for a test operation, with regard to environmental aspects, or for commercial reasons can be realized. For example, at a first time, control energy can be provided with a start time of 5 minutes to provide an agreed service, and at a second time control energy can be provided with a start time of 2 minutes to provide an agreed service.

Es ist auch möglich, dass die Antriebseinrichtung in dem ersten, niedrigeren Drehzahlbereich, insbesondere bis zu der Grenzdrehzahl, mit Unterbrechungen hochgefahren wird, wobei sich also insbesondere beim Hochlauf der Antriebseinrichtung Pausen ergeben, in denen die Drehzahl nicht zunimmt. Solche Pausen können in vorteilhafter Weise genutzt werden, um zum Beispiel eine Thermalisierung thermischer Kreisläufe bei einer Kraft-Wärme-Kopplung schon beim ersten Starten der Antriebseinrichtung zu bewirken, oder um eine Belastung der Antriebseinrichtung selbst zu verringern, insbesondere indem sich eine Schmieröltemperatur durch Thermalisierung des Schmieröls in den Pausen schneller auf einen konstanten Wert einstellt, oder indem andere thermische Effekte durch Thermalisierung sanfter und für die Antriebseinrichtung weniger anspruchsvoll abgefangen werden. Auch andere physikalische Zustände oder Effekte können auf diese Weise verbessert werden, beispielsweise ein Schmieröldruckaufbau, ein Kraftstoffdruckaufbau, Differenzdrücke, eine Aktivierung eines Kühlsystems, das Öffnen eines Abgassystems, eine Prüfung von Sicherheitsmaßnahmen, und viele mehr.It is also possible for the drive device to be ramped up intermittently in the first, lower speed range, in particular up to the limit speed, with pauses occurring during the run-up of the drive device in which the speed does not increase. Such breaks can be beneficial Way be used, for example, to bring about a thermalization of thermal circuits in a combined heat and power generation when the drive device is first started, or to reduce a load on the drive device itself, in particular by a lubricating oil temperature due to thermalization of the lubricating oil during the breaks faster to a constant value, or by thermalizing other thermal effects in a more gentle and less demanding way for the propulsion equipment. Other physical states or effects can also be improved in this way, for example lubricating oil pressure build-up, fuel pressure build-up, differential pressures, activation of a cooling system, opening of an exhaust system, checking of safety measures, and many more.

Es wird auch eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass die Antriebseinrichtung ausgehend von der Ausgangsdrehzahl mit variabler Drehbeschleunigung beschleunigt wird. Insbesondere wird dabei die Antriebseinrichtung ausgehend von der Ausgangsdrehzahl bis zu der Ziel- oder Synchrondrehzahl mit variabler Drehbeschleunigung - vorzugsweise mit zumindest bereichsweise gekrümmtem Drehzahlverlauf - beschleunigt. Dies ermöglicht einen von Beginn an gesteuerten oder geregelten Betrieb der Antriebseinrichtung, wobei deren Hochlauf insbesondere von Anfang an auf ein optimal frühes Erfüllen der Synchronisierbedingungen in dem zulässigen Synchronisierfenster abgestimmt werden kann. Besonders bevorzugt wird die Antriebseinrichtung ausgehend von der Ausgangsdrehzahl mit monoton fallender Drehbeschleunigung beschleunigt, das heißt insbesondere, dass die Drehbeschleunigung am Anfang groß, insbesondere maximal ist, wobei sie dann im Verlauf des Hochlaufens der Antriebseinrichtung monoton abnimmt. Dabei kann insbesondere die Abnahme der Drehbeschleunigung auf ein möglichst frühes Erfüllen der Synchronisierbedingungen abgestimmt werden.An embodiment of the method is also preferred, which is characterized in that the drive device is accelerated with variable rotational acceleration, starting from the initial rotational speed. In particular, the drive device is accelerated starting from the initial speed up to the target or synchronous speed with variable rotational acceleration—preferably with a speed profile that is curved at least in certain areas. This enables the drive device to be operated in a controlled or regulated manner from the start, with its run-up being able to be matched in particular from the start to optimally early fulfillment of the synchronization conditions in the permissible synchronization window. The drive device is particularly preferably accelerated starting from the output speed with a monotonically decreasing rotational acceleration, which means in particular that the rotational acceleration is high at the beginning, in particular at a maximum, and then decreases monotonically as the drive device runs up. In this case, in particular, the decrease in the rotational acceleration can be matched to the earliest possible fulfillment of the synchronization conditions.

Auch bei der hier beschriebenen Ausführungsform des Verfahrens mit variabler Drehbeschleunigung der Antriebseinrichtung ist es möglich, dass der Hochlauf mit Pausen durchgeführt wird, wobei Zeiten existieren, in denen die Drehzahl nicht zunimmt und vorzugsweise nicht verändert wird. Dies kann wiederum insbesondere für Thermalisierungseffekte und/oder andere, insbesondere eine Lebensdauer der Antriebseinrichtung verlängernde Effekte genutzt werden.In the embodiment of the method described here with variable rotational acceleration of the drive device, it is also possible for the run-up to be carried out with pauses, with times in which the rotational speed does not increase and is preferably not changed. This can in turn be used in particular for thermalization effects and/or other effects, in particular those that lengthen the service life of the drive device.

Bei der ersten, größeren Drehbeschleunigung und/oder bei der zweiten, geringeren Drehbeschleunigung handelt es sich bevorzugt um mittlere Drehbeschleunigungen, insbesondere gemittelt über die Zeit, welche die Antriebseinrichtung in den verschiedenen, den Drehbeschleunigungen zugeordneten Drehzahlbereichen zubringt.The first, larger rotational acceleration and/or the second, lower rotational acceleration are preferably average rotational accelerations, in particular averaged over the time that the drive device spends in the various speed ranges assigned to the rotational accelerations.

Es ist insbesondere bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens möglich, dass in dem zweiten, höheren Drehzahlbereich, insbesondere beim Durchfahren des Synchronisierfensters, ein Hochfahren der Drehzahl in Form voneinander getrennter Rampen durchgeführt wird, wobei die einzelnen Rampen durch Zeitintervalle konstanter oder nahezu konstanter Drehzahl voneinander getrennt sind. Dabei ist es möglich, dass die Drehbeschleunigung im Bereich einzelner Rampen sogar größer ist als in dem ersten, niedrigeren Drehzahlbereich, wobei sich aber aufgrund der Zeitintervalle zwischen den Rampen im Mittel über den zweiten, höheren Drehzahlbereich eine insgesamt geringere Drehbeschleunigung ergibt als in dem ersten, niedrigeren Drehzahlbereich. In den Zeitintervallen zwischen den Rampen wird bevorzugt geprüft, ob die Synchronisierbedindungen erfüllt sind. Ist dies der Fall, erfolgt vorzugsweise ein Schließen des Leistungsschalters. Ist dies nicht der Fall, schließt sich bevorzugt eine folgende Drehzahlrampe an. Dies wird vorzugsweise so iterativ über den Bereich des Synchronisierfensters fortgesetzt, bis die Synchronisierbedingungen erfüllt sind.In a preferred embodiment of the method in particular, it is possible for the speed to be increased in the second, higher speed range, in particular when passing through the synchronization window, in the form of separate ramps, with the individual ramps being separated from one another by time intervals of constant or almost constant speed are. It is possible that the rotational acceleration in the area of individual ramps is even greater than in the first, lower speed range, but due to the time intervals between the ramps, the overall rotational acceleration over the second, higher speed range is lower than in the first, lower speed range. In the time intervals between the ramps, it is preferably checked whether the synchronization conditions are met. If this is the case, the circuit breaker is preferably closed. If this is not the case, a subsequent speed ramp preferably follows. This preferably continues iteratively over the range of the synchronization window until the synchronization conditions are met.

Generell kann/können die zeitlichen Verläufe der ersten und/oder der zweiten Drehbeschleunigung auf verschiedene Weisen ausgestaltet sein, insbesondere als lineare Rampen, mit Pausen oder Zwischenintervallen, gekrümmt, oder in anderer geeigneter Weise.In general, the time curves of the first and/or the second rotational acceleration can be designed in different ways, in particular as linear ramps, with pauses or intermediate intervals, curved, or in another suitable way.

Die erste, größere Drehbeschleunigung wird - wie bereits ausgeführt - vorzugsweise insbesondere abhängig von der Ausgestaltung der Antriebseinrichtung gewählt. Es zeigt sich beispielsweise, dass ein Dieselmotor typischerweise schneller beschleunigt werden kann als ein Gasmotor, und insbesondere als ein auf eine möglichst lange Betriebsdauer ausgelegter, stationärer Gasmotor.As already stated, the first, larger rotational acceleration is preferably selected in particular as a function of the design of the drive device. It turns out, for example, that a diesel engine can typically be accelerated faster than a gas engine, and in particular than a stationary gas engine designed for the longest possible service life.

Bei einer ersten Ausführungsform des Verfahrens - insbesondere mit schnell zu beschleunigender Antriebseinrichtung und bei einer Netzdrehzahl von 1500 U/min - beträgt die Zeit zwischen dem Beginn der Beschleunigung ausgehend von der Ausgangsdrehzahl in dem ersten, niedrigeren Drehzahlbereich bis zu dem zweiten, größeren Drehzahlbereich vorzugsweise von mindestens 3 Sekunden bis höchsten 5 Sekunden. Dies entspricht insbesondere einer durchschnittlichen ersten, größeren Drehbeschleunigung von mindestens 260 1/s² bis höchstens 500 1/s². Auch noch schnellere Drehbeschleunigungen sind möglich, insbesondere wenn die Antriebseinrichtung durch eine rotierende Masse, insbesondere ein Schwungrad oder die zuvor von der Antriebseinrichtung entkoppelte, am Stromnetz mitlaufende Synchronmaschine nach Öffnen des Leistungsschalters und Kuppeln der Synchronmaschine mit der Antriebseinrichtung, quasi ausgehend von der Ausgangsdrehzahl hochgerissen wird. Es sind insbesondere auch erste Drehbeschleunigungen von bis zu 2000 1/s², vorzugsweise von bis zu 1500 1/s², vorzugsweise von bis zu 1000 1/s² möglich. Die erreichbaren Werte sind insbesondere abhängig von der Art und Ausgestaltung der Antriebseinrichtung.In a first embodiment of the method - in particular with a drive device that is to be accelerated quickly and at a mains speed of 1500 rpm - the time between the start of the acceleration starting from the initial speed in the first, lower speed range and up to the second, higher speed range is preferably from at least 3 seconds to a maximum of 5 seconds. This corresponds in particular to an average, first, larger rotational acceleration of at least 260 1/s ² to at most 500 1/s ² . Even faster rotational accelerations are possible, especially if the drive device by a rotating mass, in particular a flywheel or the synchronous machine that was previously decoupled from the drive device and runs along with the power supply system is pulled up, so to speak, starting from the output speed, after opening the circuit breaker and coupling the synchronous machine to the drive device. In particular, first rotary accelerations of up to 2000 1/s ² , preferably of up to 1500 1/s ² , preferably of up to 1000 1/s ² are also possible. The achievable values depend in particular on the type and design of the drive device.

Bei einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens - insbesondere mit langsamer zu beschleunigender Antriebseinrichtung - ist es möglich, dass die Zeit ausgehend von der Ausgangsdrehzahl bis zum Erreichen des zweiten, größeren Drehzahlbereichs von mindestens 9 Sekunden bis höchstens 15 Sekunden beträgt. Dies entspricht einer ersten, größeren Drehbeschleunigung von mindestens 100 1/s² bis höchstens 160 1/s².In a second embodiment of the method—particularly with a drive device to be accelerated more slowly—it is possible that the time, starting from the initial speed, until the second, larger speed range is reached is from at least 9 seconds to at most 15 seconds. This corresponds to a first, larger rotary acceleration of at least 100 1/s ² and at most 160 1/s ² .

Bei einer dritten Ausführungsform des Verfahrens - insbesondere mit einer noch langsamer zu beschleunigenden Antriebseinrichtung - wird als Zeit für das Hochlaufen von der Ausgangsdrehzahl bis zum Beginn des zweiten, größeren Drehzahlbereichs vorzugsweise eine Zeit von mindestens 15 Sekunden bis höchstens 25 Sekunden gewählt. Dies entspricht einer ersten, größeren Drehbeschleunigung von mindestens 100 1/s² bis höchstens 60 1/s². Auch weitere, langsamere Ausführungsformen sind möglich.In a third embodiment of the method—particularly with a drive device that accelerates even more slowly—a time of at least 15 seconds to a maximum of 25 seconds is preferably selected as the time for ramping up from the initial speed to the start of the second, larger speed range. This corresponds to a first, larger rotary acceleration of at least 100 1/s ² and at most 60 1/s ² . Other, slower embodiments are also possible.

Selbstverständlich sind diese Werte auch abhängig von dem Übergangsbereich zwischen dem ersten, niedrigeren Drehzahlbereich und dem zweiten, höheren Drehzahlbereich oder von der Grenzdrehzahl, die wiederum insbesondere abhängig ist von der Soll-Netzfrequenz und/oder der momentanen Netzfrequenz. Beispielsweise ist es möglich, die Drehbeschleunigung für eine in einem 60 Hz-Stromnetz betriebene Synchronmaschine größer zu wählen, um die Synchrondrehzahl in einer ähnlichen Zeit erreichen zu können, wie bei einem 50 Hz-Stromnetz. Dabei sind Begrenzungen der Antriebseinrichtung zu beachten, beispielsweise aufgrund eines maximalen Ladedrucks, Drosselklappenanschlägen, zulässigen Abgaswerten oder ähnlichen Begrenzungen.Of course, these values are also dependent on the transition range between the first, lower speed range and the second, higher speed range or on the limit speed, which in turn is particularly dependent on the target grid frequency and/or the instantaneous grid frequency. For example, it is possible to choose a larger rotational acceleration for a synchronous machine operated in a 60 Hz power grid in order to be able to reach the synchronous speed in a similar time as with a 50 Hz power grid. Limitations of the drive device must be taken into account, for example due to a maximum boost pressure, throttle valve stops, permissible exhaust gas values or similar limitations.

Die zweite, kleinere Drehbeschleunigung ist vorzugsweise um einen bestimmten Faktor kleiner als die erste, größere Drehbeschleunigung. Dieser Faktor beträgt vorzugsweise von mindestens 3 bis höchstens 1000, vorzugsweise von mindestens 3 bis 20, vorzugsweise von mindestens 5 bis höchstens 15, vorzugsweise von mindestens 8 bis höchstens 12, besonders bevorzugt von 10.The second, smaller rotational acceleration is preferably smaller than the first, larger rotational acceleration by a specific factor. This factor is preferably from at least 3 to at most 1000, preferably from at least 3 to 20, preferably from at least 5 to at most 15, preferably from at least 8 to at most 12, particularly preferably 10.

Dabei ist es möglich, dass dieser Faktor abhängig von der ersten, größeren Drehbeschleunigung gewählt wird. Da die zweite, kleinere Drehbeschleunigung gewährleisten soll, dass beim Durchfahren des Synchronisierfensters für die Drehzahl der Synchronmaschine bereits beim ersten Durchlauf, also beim Beschleunigen, die Synchronisierbedingungen erfüllt werden, kann die zweite Drehbeschleunigung insbesondere so gewählt werden, dass dieses Kriterium abhängig von den konkreten Synchronisierbedingungen, der Synchronmaschine und/oder dem Stromnetz erfüllt ist. Es zeigt sich dann, dass es möglich ist, die zweite Drehbeschleunigung unabhängig oder nahezu unabhängig von der ersten Drehbeschleunigung zu wählen. Dementsprechend wird dann der Faktor zwischen der ersten Drehbeschleunigung und der zweiten Drehbeschleunigung kleiner, je kleiner die erste, geringere Drehbeschleunigung ist.It is possible that this factor is selected depending on the first, larger rotational acceleration. Since the second, smaller rotational acceleration is intended to ensure that the synchronization conditions are already met when passing through the synchronization window for the speed of the synchronous machine during the first pass, i.e. during acceleration, the second rotational acceleration can be selected in particular so that this criterion depends on the specific synchronization conditions , the synchronous machine and/or the power grid is fulfilled. It then turns out that it is possible to choose the second spin independently or almost independently of the first spin. Accordingly, the factor between the first rotational acceleration and the second rotational acceleration then becomes smaller, the smaller the first, lower rotational acceleration is.

Die Drehbeschleunigung der Antriebseinrichtung kann auf verschiedene Weise gesteuert oder geregelt werden: Es ist möglich, dass eine Solldrehzahlvorgabe in Form der zuvor beschriebenen, funktionalen Verläufe der Drehzahl vorgegeben wird, also insbesondere in Form zweier linearer Rampen, in Form von einer ersten Rampe und einem sich daran anschließenden, variablen und insbesondere gekrümmten Verlauf, oder mit einem von Beginn an bis zum Erreichen der Ziel- oder Synchrondrehzahl variablen und insbesondere gekrümmten Verlauf. Dabei liegt die Soll-Drehzahl naturgemäß meist - bis auf beispielsweise Überschwinger - oberhalb der momentanen Ist-Drehzahl der Antriebseinrichtung.The rotational acceleration of the drive device can be controlled or regulated in various ways: It is possible for a setpoint speed specification to be specified in the form of the functional speed profiles described above, i.e. in particular in the form of two linear ramps, in the form of a first ramp and a subsequent, variable and in particular curved profile, or with a variable and in particular curved profile from the start until the target or synchronous speed is reached. In this case, the setpoint speed is naturally mostly—apart from, for example, overshoots—above the instantaneous actual speed of the drive device.

Es ist auch möglich, dass die Soll-Drehzahl zu Beginn der Beschleunigung der Antriebseinrichtung auf einen ersten Sollwert gesetzt wird, der vorzugsweise größer ist als die Grenzdrehzahl, jedoch kleiner als die Zieldrehzahl. Die Grenzdrehzahl wird in diesem Fall mittels eines Drehzahlreglers angestrebt, wobei die konkrete Form des Ist-Drehzahlverlaufs der Antriebseinrichtung von der Art und Ausgestaltung des Drehzahlreglers abhängt. Dabei ist ein linearer Hochlauf mit konstanter Drehbeschleunigung möglich. Erreicht die Ist-Drehzahl die Grenzdrehzahl, wird die Soll-Drehzahl vorzugsweise auf einen Wert oberhalb der Zieldrehzahl gesetzt, wobei nun die Soll/Ist-Abweichung geringer ist, als es zuvor im Start der Fall war, als die Ist-Drehzahl bei der Ausgangsdrehzahl lag und die Soll-Drehzahl oberhalb der Grenzdrehzahl angeordnet war. Dementsprechend wird nun die Zieldrehzahl mit kleinerer Drehbeschleunigung angestrebt, wobei die konkrete Form des Ist-Drehzahlverlaufs wiederum insbesondere von der Ausgestaltung des Drehzahlreglers abhängt. Dabei ist ein linearer Verlauf möglich.It is also possible for the target speed to be set to a first target value at the beginning of the acceleration of the drive device, which is preferably greater than the limit speed but less than the target speed. In this case, the limit speed is aimed for by means of a speed controller, with the specific form of the actual speed profile of the drive device depending on the type and configuration of the speed controller. A linear run-up with constant rotational acceleration is possible. If the actual speed reaches the limit speed, the setpoint speed is preferably set to a value above the target speed, with the setpoint/actual deviation now being lower than was previously the case at the start than the actual speed at the starting speed was and the target speed was above the limit speed. Accordingly, the target speed is now striven for with a smaller rotational acceleration, with the specific form of the actual speed profile in turn depending in particular on the design of the speed controller. A linear progression is possible.

Vorzugsweise wird die Soll-Drehzahl im Rahmen des Verfahrens jedenfalls in dem zweiten, höheren Drehzahlbereich zur Ansteuerung des Drehzahlreglers größer gewählt als die Zieldrehzahl. Dies bewirkt insbesondere ein effizientes Beschleunigen der Antriebseinrichtung zu der Ziel- oder Synchrondrehzahl hin, wobei zugleich ein Momentenüberschuss - und vorzugsweise zusätzlich eine sofortige Leistungsanforderung - beim ersten Erfüllen der Synchronisierbedingungen gegeben sein kann, der dazu führt, dass die Antriebseinrichtung aufgrund der bestehenden Drehzahldifferenz mit einer endlichen Momenten- oder Lastanforderung angesteuert wird und daher unmittelbar Leistung in das Stromnetz einspeisen kann. Es ist dann auch möglich, sofort einen Lastsprung zu bewirken, indem beispielsweise die Soll-Drehzahl nach Schließen des Leistungsschalters - vorzugsweise sprunghaft - weiter über die Ziel- oder Synchrondrehzahl hinaus erhöht wird. Da sich die Synchronmaschine mit dem Stromnetz synchronisiert, verändert sich die Ist-Drehzahl dann nicht mehr. Vielmehr bewirkt aber die vergrößerte Soll/Ist-Abweichung eine erhöhte Lastanforderung an die Antriebseinrichtung und somit ein erhöhtes Ausgangsmoment und einen Lastsprung, also eine vermehrte Einspeisung von Leistung in das Stromnetz. Dies kann sehr schnell erfolgen, sodass die Synchronmaschine sofort nach der Leistungsverbindung mit dem Stromnetz Leistung in dieses einspeist.In the context of the method, the setpoint speed is preferably selected to be greater than the target speed, at least in the second, higher speed range for controlling the speed controller. In particular, this results in an efficient acceleration of the drive device towards the target or synchronous speed, whereby at the same time there can be a torque surplus - and preferably also an immediate power requirement - when the synchronization conditions are first met, which means that the drive device, due to the existing speed difference, with a finite torque or load requirement is controlled and can therefore feed power directly into the power grid. It is then also possible to bring about a sudden change in load immediately, for example by increasing the setpoint speed further—preferably abruptly—above the target or synchronous speed after the circuit breaker is closed. Since the synchronous machine is synchronized with the power grid, the actual speed then no longer changes. Rather, however, the increased target/actual deviation causes an increased load requirement on the drive device and thus an increased output torque and a sudden change in load, ie an increased feeding of power into the power grid. This can be done very quickly, so that the synchronous machine feeds power into the grid immediately after the power connection.

Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die Soll-Drehzahl zur Synchronisierung oberhalb einer maximal zulässigen Synchrondrehzahl, insbesondere also oberhalb des Synchronisierfensters, gewählt wird. Hierdurch wird gewährleistet, dass notfalls das gesamte Synchronisierfenster durchfahren werden kann, um die Synchronisierbedingungen zu erfüllen.Provision is particularly preferably made for the setpoint speed for synchronization to be selected above a maximum permissible synchronous speed, ie in particular above the synchronization window. This ensures that, if necessary, the entire synchronization window can be traversed in order to meet the synchronization conditions.

Es wird eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass eine Erregung der Synchronmaschine während der und insbesondere parallel zu der Beschleunigung der Antriebseinrichtung hochgefahren wird. Dies wird vorzugsweise so durchgeführt, dass eine Synchronspannung zugleich mit der Synchrondrehzahl oder zuvor erreicht wird. Dabei spricht der Begriff „Synchronspannung“ hier analog zu dem Begriff „Synchrondrehzahl“ insbesondere einen Spannungswert innerhalb eines zulässigen Synchronisierfensters um einen momentanen Wert der Spannung in dem Stromnetz an. Innerhalb dieses zulässigen Synchronisierfensters ist es zulässig, die Leistungsverbindung der Synchronmaschine mit dem Stromnetz zu schließen. Die Synchronmaschine weist typischerweise eine Erregereinrichtung auf, die einen Stromfluss durch Erregerwicklungen der Synchronmaschine erzeugt und auf diese Weise die Ausgangsspannung der Synchronmaschine bestimmt. Die Erregung wird vorzugsweise bei einer vorbestimmten Erreger-Startdrehzahl, die oberhalb der Ausgangsdrehzahl, jedoch unterhalb der Grenzdrehzahl und unterhalb der Ziel- oder Synchrondrehzahl liegt, gestartet und dann parallel zu der Beschleunigung der Antriebseinrichtung hochgefahren. Dabei wird die Erregung einem zur Erzeugung der Synchronspannung erforderlichen Wert von unten angenähert, und es wird bevorzugt ein Überschwingen der Ausgangsspannung der Synchronmaschine über die Synchronspannung vermieden. Dies ist wichtig für eine erfolgreiche und schnelle Synchronisation der Synchronmaschine mit dem Stromnetz von unteren Drehzahl- und Spannungswerten her kommend. Es zeigt sich nämlich, dass auch ein Überschwingen der Ausgangsspannung eine Verzögerung der Synchronisierung mit sich bringen kann, wobei dann die Spannung von oben synchronisiert werden kann, also von höheren Spannungswerten her. Daher ist es vorteilhaft, wenn die Erregung derart gesteuert oder geregelt hochgefahren wird, dass die Ausgangsspannung der Synchronmaschine nicht über die Synchronspannung überschwingt, sondern sich dieser von unten annähert. Es zeigt sich allerdings, dass die Frequenz und die Phasenlage die entscheidenderen Synchronisierparameter darstellen. Die Spannung kann dagegen sehr schnell angepasst und insbesondere geregelt werden, so dass letztlich auch ein Überschwingen der Spannung und eine Anpassung von oben insoweit kein großes Problem darstellen.An embodiment of the method is preferred which is characterized in that an excitation of the synchronous machine is ramped up during and in particular parallel to the acceleration of the drive device. This is preferably done so that a synchronous voltage is achieved at the same time as, or before, the synchronous speed. Here, the term “synchronous voltage” refers analogously to the term “synchronous speed” in particular to a voltage value within a permissible synchronization window around an instantaneous value of the voltage in the power grid. Within this allowed synchronization window it is allowed to close the power connection of the synchronous machine to the grid. The synchronous machine typically has an excitation device that generates a current flow through excitation windings of the synchronous machine and in this way determines the output voltage of the synchronous machine. The excitation is preferably started at a predetermined excitation starting speed, which is above the output speed but below the limit speed and below the target or synchronous speed, and then ramped up in parallel with the acceleration of the drive device. In this case, the excitation is approached from below to a value required for generating the synchronous voltage, and overshooting of the output voltage of the synchronous machine over the synchronous voltage is preferably avoided. This is important for a successful and fast synchronization of the synchronous machine with the power grid when coming from lower speed and voltage values. It turns out that an overshoot of the output voltage can also result in a synchronization delay, in which case the voltage can then be synchronized from above, i.e. from higher voltage values. It is therefore advantageous if the excitation is ramped up in a controlled or regulated manner in such a way that the output voltage of the synchronous machine does not overshoot the synchronous voltage, but instead approaches it from below. However, it turns out that the frequency and the phase position are the most important synchronization parameters. The voltage, on the other hand, can be adjusted and in particular regulated very quickly, so that ultimately an overshoot of the voltage and an adjustment from above do not pose a major problem in this respect.

Der Leistungsschalter beziehungsweise die Leistungsverbindung der Synchronmaschine mit dem Stromnetz kann geschlossen werden, sobald die Synchronisierbedingungen erfüllt sind, das heißt insbesondere sobald die Drehzahl der Synchronmaschine eine zulässige Synchrondrehzahl erreicht, wobei die Ausgangsspannung der Synchronmaschine die Synchronspannung erreicht, und wobei weiterhin eine Phasenlage zwischen der Synchronmaschine und dem Stromnetz innerhalb eines zulässigen Phasen-Differenzwinkels liegt. Wie bereits zuvor beschrieben, wird die Phasenlage bevorzugt in dem zweiten, höheren Drehzahlbereich beim Durchfahren des Synchronisierfensters aktiv mit den Werten des Stromnetzes synchronisiert.The circuit breaker or the power connection of the synchronous machine to the power grid can be closed as soon as the synchronization conditions are met, i.e. in particular as soon as the speed of the synchronous machine reaches a permissible synchronous speed, with the output voltage of the synchronous machine reaching the synchronous voltage, and with a phase position between the synchronous machine and the power grid is within an allowable phase difference angle. As already described above, the phase position is preferably actively synchronized with the values of the power grid in the second, higher speed range when the synchronization window is passed.

Es wird eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass die Grenzdrehzahl abhängig von einer momentanen Netzdrehzahl bestimmt wird. Die momentane Netzdrehzahl bestimmt sich wiederum - wie oben bereits erläutert - aus der momentanen Netzfrequenz und den Eigenschaften der Synchronmaschine sowie der Antriebseinrichtung, insbesondere der Polzahl der Synchronmaschine und der Kopplung der Antriebseinrichtung mit der Synchronmaschine - direkt oder über eine Übersetzungseinrichtung. Im Rahmen des Verfahrens wird vorzugsweise die momentane Netzfrequenz fortlaufend überwacht und daraus die momentane Netzdrehzahl berechnet. Die Grenzdrehzahl wird jeweils aktuell anhand der momentanen Netzdrehzahl festgelegt, vorzugsweise durch Subtrahieren einer vorbestimmten Differenzdrehzahl von der momentanen Netzdrehzahl. Dabei ist es auch möglich, dass die Differenzdrehzahl selbst von der momentanen Netzdrehzahl abhängt. Es ist insbesondere möglich, dass die Grenzdrehzahl auch während des Durchlaufens des ersten, niedrigeren Drehzahlbereichs fortlaufend neu nach der momentanen Netzdrehzahl berechnet wird, sodass diese sich noch ändern kann, während die Antriebseinrichtung bereits entlang des ersten, niedrigeren Drehzahlbereichs hochläuft.An embodiment of the method is preferred which is characterized in that the limit speed is determined as a function of an instantaneous mains speed. The instantaneous mains speed is in turn determined - as already explained above - from the instantaneous mains frequency and the properties of the synchronous machine and the drive device, in particular the number of poles of the synchronous machine and the coupling of the drive device to the synchronous machine - directly or via a transmission device. As part of the process is preferably the The current mains frequency is continuously monitored and the current mains speed is calculated from this. The speed limit is currently determined based on the current speed of the mains, preferably by subtracting a predetermined differential speed from the current speed of the mains. It is also possible that the differential speed itself depends on the instantaneous mains speed. In particular, it is possible for the speed limit to be continuously recalculated based on the instantaneous mains speed while passing through the first, lower speed range, so that it can still change while the drive device is already running up along the first, lower speed range.

Alternativ ist es möglich, dass die Grenzdrehzahl konstant vorgegeben ist. Dies ist insbesondere vorteilhaft und bringt eine wesentliche Vereinfachung des Verfahrens mit sich, wenn keine große Schwankungen in der Netzfrequenz zu erwarten sind. Dagegen ermöglicht die Anpassung der Grenzdrehzahl in Abhängigkeit von der momentanen Netzdrehzahl eine flexiblere Anpassung an die aktuell vorliegenden Gegebenheiten und damit insbesondere eine sicherere Synchronisation. Dies ist insbesondere relevant für Stromnetze, welche größere Schwankungen in der Netzfrequenz aufweisen, beispielsweise im Inselbetrieb, insbesondere beim Zu- oder Abschalten von Leistungsabnehmern oder Leistungseinspeisern, in Entwicklungsländern, oder auch zunehmend in Industrieländern aufgrund eines zunehmenden Anteils von schwer oder nicht regelbaren Leistungsquellen, beispielsweise von Photovoltaik und Windkraft. Durch die Anpassung der Grenzdrehzahl an die momentane Netzdrehzahl kann insbesondere verhindert werden, dass die Grenzdrehzahl gegebenenfalls über einer momentanen, maximal zulässigen Synchrondrehzahl liegt, wobei dann das hier vorgeschlagene Verfahren nicht funktionieren könnte. Vielmehr müsste ein solches Ereignis als Fehlerfall eingestuft werden, wobei dann eine Synchronisation von oben, also von einer höheren Drehzahl, als es der maximal zulässigen Synchrondrehzahl entspricht, durchgeführt werden müsste, was dann bevorzugt auch erfolgt.Alternatively, it is possible for the limit speed to be constant. This is particularly advantageous and entails a significant simplification of the method if large fluctuations in the mains frequency are not to be expected. On the other hand, the adjustment of the speed limit as a function of the current mains speed enables a more flexible adjustment to the current conditions and thus, in particular, a more reliable synchronization. This is particularly relevant for power grids that have larger fluctuations in the grid frequency, for example in isolated operation, especially when connecting or disconnecting power consumers or power feeders, in developing countries, or increasingly in industrialized countries due to an increasing proportion of power sources that are difficult or impossible to control, for example of photovoltaics and wind power. By adapting the speed limit to the current mains speed, it is possible in particular to prevent the speed limit from being above a current, maximum permissible synchronous speed, in which case the method proposed here could not function. Rather, such an event would have to be classified as an error, in which case synchronization would then have to be carried out from above, that is to say from a higher rotational speed than corresponds to the maximum permissible synchronous rotational speed, which is then preferably also carried out.

Es wird eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass die Netzfrequenz - vorzugsweise permanent - gemessen wird. Vorzugsweise misst eine Steuereinrichtung, die eingerichtet ist zur Ansteuerung, bevorzugt zur Regelung, der Synchronmaschine und der Antriebseinrichtung - insbesondere permanent - die Netzfrequenz und berechnet hieraus die Netzdrehzahl. Auf diese Weise kann gewährleistet werden, dass die Netzdrehzahl stets der aktuellen Netzfrequenz entspricht, wobei dann insbesondere auch die Grenzdrehzahl für einen besonders sicheren Betrieb der Synchronmaschine und eine schnelle Synchronisierung an die momentane Netzdrehzahl angepasst werden kann.An embodiment of the method is preferred which is characterized in that the mains frequency is measured—preferably permanently. A control device that is set up to control, preferably to regulate, the synchronous machine and the drive device preferably measures—in particular permanently—the grid frequency and uses this to calculate the grid speed. In this way it can be ensured that the mains speed always corresponds to the current mains frequency, in which case in particular the limit speed can also be adapted to the current mains speed for particularly reliable operation of the synchronous machine and rapid synchronization.

Alternativ wird eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnen, dass die Netzfrequenz als Sollvorgabe - vorzugsweise aus dem Stromnetz oder von einem Dritten, beispielsweise einem Stromhändler - erhalten wird. Die Steuereinrichtung berechnet aus der als Sollvorgabe empfangenen Netzfrequenz die momentane Netzdrehzahl. In diesem Fall ist es nicht nur möglich, stets die aktuell tatsächlich herrschende Netzfrequenz zu berücksichtigen, sondern es können auch Vorgaben, insbesondere von einem Betreiber des Stromnetzes oder einem Dritten, in den Betrieb der Synchronmaschine eingespeist und umgesetzt werden.Alternatively, an embodiment of the method is preferred which is characterized in that the grid frequency is obtained as a target value—preferably from the electricity grid or from a third party, for example an electricity trader. The control device calculates the instantaneous mains speed from the mains frequency received as a setpoint specification. In this case, it is not only possible to always take into account the currently actually prevailing network frequency, but specifications, in particular from an operator of the electricity network or a third party, can also be fed into the operation of the synchronous machine and implemented.

Es wird auch eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass unmittelbar nach dem Schließen der Leistungsverbindung zwischen der Synchronmaschine und dem Stromnetz Leistung durch die Synchronmaschine in das Stromnetz eingespeist wird. Dies ist bei dem hier vorgeschlagenen Verfahren in vorteilhafter Weise deswegen möglich, weil die Antriebseinrichtung zu der Synchrondrehzahl hin beschleunigt wird, sodass beim Schließen der Leistungsverbindung eine Leistungsreserve zur Verfügung steht, um unmittelbar Leistung in das Stromnetz einzuspeisen. Dabei wird besonders bevorzugt - wie bereits erwähnt - der Antriebseinrichtung während der Synchronisierung und insbesondere beim Schließen der Leistungsverbindung eine Solldrehzahl vorgegeben, die höher ist als die Ziel- oder Synchrondrehzahl, wobei die sich dann nach dem Schließen der Leistungsverbindung ergebende Drehzahldifferenz zwischen der Sollvorgabe und der Ist-Drehzahl eine Momenten- oder Lastanforderung in der Antriebseinrichtung zur Folge hat, sodass diese direkt Leistung abgibt. An embodiment of the method is also preferred, which is characterized in that immediately after the power connection between the synchronous machine and the power grid is closed, power is fed into the power grid by the synchronous machine. With the method proposed here, this is advantageously possible because the drive device is accelerated towards the synchronous speed, so that when the power connection is closed, a power reserve is available to feed power directly into the power grid. As already mentioned, it is particularly preferable for the drive device to specify a setpoint speed during synchronization and in particular when the power connection is closed, which is higher than the target or synchronous speed, with the speed difference between the setpoint specification and the speed difference then resulting after the power connection is closed Actual speed results in a torque or load requirement in the drive device, so that it delivers power directly.

Dabei ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass nach dem Schließen der Leistungsverbindung oder auch beim Schließen ein Lastsprung beziehungsweise eine Lastanforderung, die einen hohen Leistungsgradienten bewirkt, durchgeführt oder gesetzt wird. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass die Solldrehzahlvorgabe nochmals über den zum Synchronisieren innerhalb des Synchronisierfensters vorgesehenen Sollwert erhöht wird. Dies führt wegen der Synchronisation der Synchronmaschine mit dem Stromnetz nicht zu einem weiteren Drehzahlanstieg, wenn die Leistungsverbindung geschlossen ist, sondern vielmehr zu einer erhöhten Momenten- oder Lastanforderung an die Antriebseinrichtung, sodass diese den gewünschten Lastsprung durchführt oder die gewünschte Lastanforderung erfüllt, was einen hohen Leistungsgradienten bewirkt. Eine Lastannahme oder Momentenanforderung an die Antriebseinrichtung kann bei netzparallelem Betrieb nur mittels einer Rampe erfolgen. Bei kleineren, schwächeren Stromnetzen ist auch ein verzögertes Aufschalten der Last möglich.In this case, it is particularly preferably provided that after the power connection is closed or also during the closing process, a sudden change in load or a load request that causes a high power gradient is implemented or set. This can be done, for example, by increasing the target rotational speed specification again above the target value provided for synchronization within the synchronization window. Due to the synchronization of the synchronous machine with the power grid, this does not lead to a further increase in speed when the power connection is closed, but rather to an increased torque or load requirement on the drive device, so that it carries out the desired load step or meets the desired load requirement, which is a high causes performance gradients. A load assumption or momentsan When operating in parallel with the mains, the drive device can only be requested by means of a ramp. With smaller, weaker power grids, a delayed connection of the load is also possible.

Die zuvor beschriebene Leistungsreserve kann insbesondere durch positive Sollwerte - also Sollwerte, die höher sind als momentane Ist-Werte - oder positive Gradienten für die Drehzahl, eine Füllung einer Brennkraftmaschine, eine Brennstoffzugabe, eine Energiezugabe, oder beispielsweise einen Wasserdruck oder die Höhe einer anstehenden Wassersäule bereitgestellt werden.The power reserve described above can be achieved in particular by positive setpoint values - i.e. setpoint values that are higher than the current actual values - or positive gradients for the speed, a filling of an internal combustion engine, an addition of fuel, an addition of energy, or, for example, a water pressure or the height of a water column that is present to be provided.

Es wird auch eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass die Ausgangsdrehzahl als Nulldrehzahl, als Leerlaufdrehzahl, als Starterdrehzahl, als Spüldrehzahl, als Zünddrehzahl, als Abkühldrehzahl, als Drehzahl für einen Inselbetrieb oder als Drehzahl für einen Inselparallelbetrieb gewählt wird. Dabei ist entspricht eine Nulldrehzahl einem Stillstand der Antriebseinrichtung. Letztlich kann jede beliebige Drehzahl als Ausgangsdrehzahl gewählt werden. Insbesondere dann, wenn die Antriebseinrichtung als Brennkraftmaschine, insbesondere als Hubkolbenmotor, ausgebildet ist, gibt es zumindest zwei Möglichkeiten, die Ausgangsdrehzahl in naheliegender Weise zu wählen. Dabei ist es gemäß einer ersten Ausgestaltung möglich, als Ausgangsdrehzahl die Starterdrehzahl einer Starteinrichtung, insbesondere eines elektrischen Starters, für die Brennkraftmaschine zu wählen, wobei diese unmittelbar nach Beginn einer Füllung von Brennräumen mit Brennstoff ausgehend von der Starterdrehzahl bis zu der Grenzdrehzahl hochgefahren wird. Es ist auch eine zweite Ausgestaltung möglich, bei der die Brennkraftmaschine nach Beginn der Füllung von Brennräumen zunächst auf eine Leerlaufdrehzahl gefahren und dort eine bestimmte Zeit gehalten wird, bevor sie ausgehend von der als Ausgangsdrehzahl gewählten Leerlaufdrehzahl zu der Grenzdrehzahl hochgefahren wird. Dabei zeigt sich, dass die Wahl der Starterdrehzahl als Ausgangsdrehzahl ein besonders schnelles Hochlaufen und damit auch ein besonders schnelles Synchronisieren mit dem Stromnetz gewährleistet. Dagegen kann die bestimmte Zeit, in der die Brennkraftmaschine bei der Leerlaufdrehzahl gehalten wird, genutzt werden, um eine ausreichende Schmierung und/oder Thermalisierung der Brennkraftmaschine oder andere insbesondere deren Lebenszeit erhöhende Maßnahmen sicherzustellen, bevor die Brennkraftmaschine belastet und zu der Grenzdrehzahl oder der Zieldrehzahl hochgefahren wird. Selbstverständlich können solche oder ähnliche Erwägungen auch für anders ausgebildete Antriebseinrichtungen angestellt werden.An embodiment of the method is also preferred, which is characterized in that the output speed is selected as a zero speed, an idle speed, a starter speed, a scavenging speed, an ignition speed, a cooling speed, a speed for island operation or a speed for island parallel operation. A zero speed corresponds to a standstill of the drive device. Ultimately, any speed can be selected as the output speed. In particular when the drive device is designed as an internal combustion engine, in particular as a reciprocating piston engine, there are at least two obvious options for selecting the output speed. According to a first embodiment, it is possible to select the starter speed of a starting device, in particular an electric starter, for the internal combustion engine as the starting speed, with this starting from the starter speed up to the limit speed immediately after the combustion chambers have been filled with fuel. A second configuration is also possible in which the internal combustion engine is first run to an idle speed after the combustion chambers have started to be filled and is held there for a specific time before it is run up to the limit speed starting from the idle speed selected as the initial speed. This shows that the choice of the starter speed as the starting speed ensures a particularly fast run-up and thus also a particularly fast synchronization with the power grid. On the other hand, the specific time in which the internal combustion engine is kept at the idle speed can be used to ensure adequate lubrication and/or thermalization of the internal combustion engine or other measures that increase its service life in particular before the internal combustion engine is loaded and ramped up to the limit speed or the target speed will. Of course, such or similar considerations can also be made for differently designed drive devices.

Die Ausgangsdrehzahl kann auch eine Drehzahl sein, die für einen Inselbetrieb der Synchronmaschine vorgesehen ist. Insoweit zeigt sich, dass kleinere Binnen-Stromnetze, beispielsweise eine Notstromversorgung eines Krankenhauses, gegebenenfalls eine Netzfrequenz aufweisen, die von der Netzfrequenz eines regionen- oder länderübergreifenden Stromnetzes abweicht. Dies gilt auch für andere Netze wie Bahnnetze, insbesondere auch Netze mit Einphasenwechselstrom. Es wird eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, bei welcher die Synchronmaschine in einem ersten Schritt in einem Inselbetrieb betrieben wird, wobei sie anschließend aus dem Inselbetrieb heraus mit einem größeren, insbesondere regionen- oder länderübergreifenden Stromnetz, verbunden wird. Auch in diesem Fall wird das Verfahren bevorzugt angewendet, um ein möglichst schnelles Synchronisieren mit dem Stromnetz zu ermöglichen. Dabei ist es allerdings möglich, dass das Durchlaufen des ersten, niedrigeren Drehzahlbereichs entfällt, wobei dies vorzugsweise schon beim Hochfahren der Antriebseinrichtung auf die Drehzahl für den Inselbetrieb durchgeführt wurde. Die Drehzahl für den Inselbetrieb liegt typischerweise nahe bei dem Synchronisierfenster oder auch in einem unteren Bereich des Synchronisierfensters - bevorzugt unter Einhaltung einer zulässigen statischen Abweichung von Frequenz und Spannung - des größeren Stromnetzes, sodass in diesem Fall eine Beschleunigung der Antriebseinrichtung mit der zweiten, niedrigeren Drehbeschleunigung, oder auch eine variable Beschleunigung insbesondere mit zumindest bereichsweise gekrümmtem Drehzahlverlauf, zur raschen Synchronisierung von unten ausreicht.The output speed can also be a speed that is provided for isolated operation of the synchronous machine. In this respect, it has been shown that smaller domestic power grids, for example an emergency power supply for a hospital, may have a grid frequency that differs from the grid frequency of a regional or international power grid. This also applies to other networks such as railway networks, especially networks with single-phase alternating current. An embodiment of the method is preferred in which the synchronous machine is operated in an isolated mode in a first step, it then being connected from the isolated mode to a larger, in particular cross-regional or cross-border power grid. In this case, too, the method is preferably used in order to enable the fastest possible synchronization with the power grid. In this case, however, it is possible that the first, lower speed range does not have to be run through, this preferably having already been carried out when the drive device was run up to the speed for isolated operation. The speed for island operation is typically close to the synchronization window or in a lower range of the synchronization window - preferably while maintaining a permissible static deviation of frequency and voltage - of the larger power grid, so that in this case the drive device is accelerated with the second, lower rotational acceleration , or a variable acceleration, in particular with a speed profile that is curved at least in some areas, is sufficient for rapid synchronization from below.

Eine hier beschriebene Situation kann beispielsweise auftreten, wenn aufgrund eines Stromausfalls ein Notstromkreislauf aktiv wird, beispielsweise wenn in einem Krankenhaus Notstromaggregate zur Versorgung des Krankenhauses mit elektrischer Leistung anspringen. Diese werden dann zunächst in einem Inselbetrieb betrieben. Ist das größere Stromnetz wieder betriebsbereit, wird ein unterbrechungsfreier Übergang der Leistungsversorgung vorzugsweise derart bewirkt, dass die wenigstens eine Antriebseinrichtung der zur Notstromversorgung dienenden Synchronmaschine mit dem größeren Stromnetz synchronisiert und mit diesem leistungsverbunden wird. Zu einem späteren Zeitpunkt kann dann das Notstromaggregat abgeschaltet werden, und die Leistungsversorgung kann wieder vollständig durch das größere Stromnetz bereitgestellt werden. In der Zwischenzeit ist es aber möglich, die Synchronmaschine mit der Antriebseinrichtung als Leistungsquelle zu betreiben und - insbesondere instantan nach Schließen der Leistungsverbindung - Leistung in das größere Stromnetz einzuspeisen.A situation described here can occur, for example, when an emergency power circuit becomes active due to a power failure, for example when emergency power generators start up in a hospital to supply the hospital with electrical power. These are then initially operated in an island mode. If the larger power grid is operational again, an uninterrupted transition of the power supply is preferably effected in such a way that the at least one drive device of the synchronous machine used for the emergency power supply is synchronized with the larger power grid and is power-connected to it. The emergency power generator can then be switched off at a later point in time, and the power supply can again be provided completely by the larger power grid. In the meantime, however, it is possible to operate the synchronous machine with the drive device as a power source and—in particular immediately after closing the power connection—to feed power into the larger power grid.

Im Rahmen des Verfahrens ist auch eine gesteuerte oder geregelte Ab- und Ankopplung der Synchronmaschine an das Stromnetz möglich. Wird zu einem bestimmten Zeitpunkt eine zu hohe Menge an elektrischer Leistung in das Stromnetz eingespeist, oder erweist sich ein Abkoppeln der Synchronmaschine aus anderen Gründen als günstig, beispielsweise zur Entlastung der Antriebseinrichtung, wird diese bevorzugt - insbesondere auf ein von dem Stromnetz übermitteltes Signal des Netzbetreibers - von dem Stromnetz getrennt. Sie wird dann vorzugsweise nicht unmittelbar abgeschaltet, sondern für eine insbesondere von der Art und Größe der Antriebseinrichtung abhängige Abkühlzeit in einem Abkühlbetrieb weiter betrieben, um die betriebsheiße Antriebseinrichtung in definierter Weise abzukühlen. Dies führt zu einer verminderten Belastung der Bauteile der Antriebseinrichtung und einer erhöhten Lebenszeit. Dabei ist es möglich, dass die Abkühldrehzahl, bei welcher die Antriebseinrichtung zum Abkühlen gehalten wird, nahe bei dem Synchronisierfenster, besonders bevorzugt im Bereich oder genau bei einer minimal zulässigen Synchrondrehzahl gewählt wird. Sollte dann die Leistung der Synchronmaschine durch das Stromnetz wieder angefordert werden, kann diese ausgehend von der dann als Ausgangsdrehzahl gewählten Abkühldrehzahl sehr schnell und sicher in das Synchronisierfenster hinein beschleunigt werden. Auch dabei ist es möglich, dass gleich der zweite, höhere Drehzahlbereich mit der zweiten, geringeren Drehbeschleunigung - entweder konstant oder variabel gesteuert oder geregelt, insbesondere mit gekrümmtem Drehzahlverlauf - angewendet wird, weil die Ausgangsdrehzahl in diesem Fall zumindest nahe an dem Synchronisierfenster liegt. Es bedarf dabei vor allem noch einer Anpassung der Phasenlage zwischen der Synchronmaschine und dem Stromnetz durch Veränderung der Drehzahl.A controlled or regulated decoupling and coupling of the synchronous machine to the power grid is also possible as part of the method. Will too much electrical power is fed into the power grid at a certain point in time, or if decoupling the synchronous machine proves to be beneficial for other reasons, for example to relieve the load on the drive device, this is preferred - in particular in response to a signal transmitted by the power grid from the grid operator - disconnected from the mains. It is then preferably not switched off immediately, but continues to be operated in a cooling mode for a cooling time that is dependent in particular on the type and size of the drive device, in order to cool down the operationally hot drive device in a defined manner. This leads to a reduced load on the components of the drive device and an increased service life. In this case, it is possible for the cooling speed at which the drive device is kept for cooling to be selected close to the synchronization window, particularly preferably in the range of or exactly at a minimum permissible synchronous speed. If the power of the synchronous machine is then requested again by the power grid, it can be accelerated very quickly and safely into the synchronization window, starting from the cooling speed then selected as the initial speed. It is also possible that the second, higher speed range with the second, lower rotational acceleration - either constant or variably controlled or regulated, in particular with a curved speed curve - is used because the output speed in this case is at least close to the synchronization window. Above all, the phase angle between the synchronous machine and the power grid needs to be adjusted by changing the speed.

Bei fluktuierender oder variierender Netzfrequenz des Stromnetzes wird die Abkühldrehzahl allerdings bevorzugt konstant gehalten, um ein Schwingen der Antriebseinrichtung zu vermeiden.In the case of a fluctuating or varying mains frequency of the electricity network, however, the cooling speed is preferably kept constant in order to prevent the drive device from oscillating.

Es ist auch möglich, dass die Ausgangsdrehzahl zu Null oder als Nulldrehzahl gewählt wird. In diesem Fall wird die Antriebseinrichtung direkt aus dem Stand ohne vorhergehende Start- oder Anlassvorgänge beschleunigt. Dies kann insbesondere bei Antriebseinrichtungen durchgeführt werden, die als Turbine einer Wasserkraftanlage, als Dampfturbine, als Windrad, als Rotor eines Gezeitenkraftwerks, oder in anderer geeigneter Weise ausgebildet sind.It is also possible for the output speed to be chosen to be zero or zero speed. In this case, the drive device is accelerated directly from a standstill without any previous starting or cranking processes. This can be carried out in particular in the case of drive devices which are designed as a turbine in a water power plant, as a steam turbine, as a wind turbine, as a rotor in a tidal power plant, or in some other suitable manner.

Es zeigt sich noch Folgendes: Im Rahmen einer Ausführungsform des Verfahrens ist es möglich, dass die Antriebseinrichtung lastfrei auf die Zieldrehzahl beschleunigt wird. Dies ist insbesondere der Fall, wenn die Synchronmaschine nach einer bestimmten Standzeit oder erstmalig initial hochgefahren und mit dem Stromnetz synchronisiert wird. Bis zu einem Schließen der Leistungsverbindung wirkt dann keine externe Last auf die Welle der Synchronmaschine. Gemäß einer anderen Ausgestaltung ist es aber auch möglich, dass die Antriebseinrichtung unter Teillast oder sogar unter Volllast auf die Zieldrehzahl beschleunigt wird. Eine Beschleunigung unter Teillast ist dabei insbesondere möglich, wenn die Antriebseinrichtung ausgehend von einem Abkühlbetrieb mit dem Stromnetz synchronisiert wird, oder wenn sie in einem Inselbetrieb unter Teillast läuft und an das größere Stromnetz angeschlossen werden soll. Insbesondere im letzten Fall ist es auch möglich, dass die Antriebseinrichtung unter Volllast auf die Zieldrehzahl beschleunigt wird, wenn sie zu dem Zeitpunkt der Synchronisation mit dem größeren Stromnetz in dem Inselbetrieb gerade unter Volllast betrieben wird.The following is also evident: Within the scope of an embodiment of the method, it is possible for the drive device to be accelerated to the target rotational speed without a load. This is particularly the case when the synchronous machine is started up after a certain idle time or for the first time and synchronized with the power grid. No external load then acts on the shaft of the synchronous machine until the power connection is closed. According to another embodiment, however, it is also possible for the drive device to be accelerated to the target speed under partial load or even under full load. Acceleration under partial load is possible in particular if the drive device is synchronized with the power grid starting from a cooling operation, or if it runs under partial load in isolated operation and is to be connected to the larger power grid. In the last case in particular, it is also possible for the drive device to be accelerated to the target rotational speed under full load if it is being operated under full load at the time of synchronization with the larger power grid in isolated operation.

Bei kleineren Netzen ist auch folgende Vorgehensweise möglich: Die Antriebseinrichtung kann zunächst gestartet und auf eine Zieldrehzahl am unteren Rand des Synchronisierfensters hochgefahren werden. Es erfolgt dann eine Bereitschaftsmeldung an das Stromnetz oder an einen Dritten, beispielsweise einen Stromhändler. Dieses wird durch Abschalten von weniger wichtigen Verbrauchern zunächst entlastet, so dass sich seine Frequenz stabilisiert. Diese Verbraucher können zunächst separat von der durch die Antriebseinrichtung angetriebenen Synchronmaschine versorgt werden. Schließlich kann die Synchronmaschine mit dem stabilisierten Stromnetz vorzugsweise unter Teillast synchronisiert werden. Auch eine Synchronisierung unter Volllast ist möglich. Dabei wird insbesondere durch die rotierende Masse der Synchronmaschine eine höhere Netzstabilität erreicht. Desweiteren kann Blindleistung und Kurzschlußleistung geliefert werden. Es kann aber auch ein echtes „Hochschleppen“ einer Last aus dem Stillstand erfolgen, insbesondere mit Lasten, die unempfindlicher gegenüber Unterspannung und/oder Unterfrequenz sind, beispielsweise als Kapazitäten wirkende Kabel oder Leitungen, Asynchronmotoren und andere Lasten.The following procedure is also possible for smaller networks: The drive device can first be started and run up to a target speed at the lower edge of the synchronization window. A readiness message is then sent to the power grid or to a third party, for example an electricity dealer. This is initially relieved by switching off less important consumers, so that its frequency stabilizes. These consumers can initially be supplied separately by the synchronous machine driven by the drive device. Finally, the synchronous machine can be synchronized with the stabilized power grid, preferably under partial load. Synchronization under full load is also possible. A higher network stability is achieved in particular through the rotating mass of the synchronous machine. Furthermore, reactive power and short-circuit power can be supplied. However, a load can actually be “hauled up” from a standstill, in particular with loads that are less sensitive to undervoltage and/or underfrequency, for example cables or lines acting as capacitances, asynchronous motors and other loads.

Es wird auch eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass die Synchronmaschine in einem Inselparallelbetrieb betrieben wird. Dies bezeichnet insbesondere eine Betriebsart, in welcher eine Mehrzahl von Synchronmaschinen gemeinsam ein Inselnetz bilden, wobei es möglich ist, dass je nach momentaner Anforderung eine größere oder eine geringere Anzahl von Synchronmaschinen zur Bereitstellung elektrischer Leistung beitragen. Auch in diesem Fall ergibt sich die Notwendigkeit, neu hinzugeschaltete oder in einem Abkühlbetrieb befindliche Synchronmaschinen beziehungsweise Antriebseinrichtungen mit dem Inselnetz zu synchronisieren, was bevorzugt im Rahmen des Verfahrens durchgeführt wird.An embodiment of the method is also preferred, which is characterized in that the synchronous machine is operated in an isolated parallel operation. This refers in particular to an operating mode in which a plurality of synchronous machines together form an island network, it being possible for a larger or smaller number of synchronous machines to contribute to the provision of electrical power, depending on the current requirement. In this case, too, there is a need to synchronize synchronous machines or drive devices that are newly connected or are in a cooling mode with the stand-alone grid, which is preferably carried out as part of the method.

Schließlich wird eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass als Antriebseinrichtung eine Brennkraftmaschine verwendet wird. Dabei ist eine Brennkraftmaschine insbesondere geeignet für ein stationäres Kleinkraftwerk oder für die Bereitstellung von elektrischer Leistung in einem Inselbetrieb, beispielsweise für ein Notstromaggregat eines Krankenhauses, oder die Stromversorgung eines Luft-, Land- oder Wasserfahrzeugs, beispielsweise eines Schiffs. Brennkraftmaschinen können insbesondere in kleinen Gaskraftwerken oder Kraft-/Wärme-Koppelanlagen eingesetzt werden, wobei sie bevorzugt zur Bereitstellung von Regelreserve, von Kaltreserve, als Backup für volatile Erzeuger, oder auch zur Direktvermarktung verwendet werden können. Dabei zeigt sich, dass solche vergleichsweise kleinen Erzeugereinheiten schnell zu- und abgeschaltet werden können, sodass Regelreserve insbesondere schneller, gegebenenfalls kostengünstiger und einfacher - insbesondere aus dem Stillstand - bereitgestellt werden kann, als in einem großen Kraftwerk, beispielsweise einem Kohle- oder Atommeiler. Diese Möglichkeit des Einsatzes von Brennkraftmaschinen erweist sich insbesondere als vorteilhaft auf dem Hintergrund eines zunehmenden Anteils nicht oder schwer regelbarer Erzeugungsformen für elektrische Leistung, beispielsweise Photovoltaik und Windkraft, oder auch bei einem Ausfall anderer Erzeugereinheiten.Finally, an embodiment of the method is preferred which is characterized in that an internal combustion engine is used as the drive device. An internal combustion engine is particularly suitable for a stationary small power station or for providing electrical power in stand-alone operation, for example for an emergency generator in a hospital, or for supplying power to an aircraft, land vehicle or watercraft, for example a ship. Internal combustion engines can be used in particular in small gas-fired power plants or combined heat and power plants, where they can be used preferably to provide control reserve, cold reserve, as a backup for volatile generators, or for direct marketing. It has been shown that such comparatively small generator units can be switched on and off quickly, so that the control reserve can be provided more quickly, possibly more cheaply and more easily - especially from a standstill - than in a large power plant, for example a coal or nuclear reactor. This option of using internal combustion engines is proving particularly advantageous against the background of an increasing proportion of forms of generation for electrical power that cannot be controlled or are difficult to control, for example photovoltaics and wind power, or also in the event of a failure of other generating units.

Die Brennkraftmaschine ist bevorzugt als Hubkolbenmotor ausgebildet. Es ist aber auch möglich, dass die Brennkraftmaschine als Turbine, insbesondere als Gasturbine, bevorzugt als Mikroturbine, insbesondere als Mikrogasturbine, ausgebildet ist. Auch im Falle eines Hubkolbenmotors wird vorzugsweise ein Gasmotor verwendet. Es ist aber auch möglich, den Hubkolbenmotor oder die Turbine mit Benzin, Diesel, Kerosin, marinem Schweröl, einem Alkohol oder einem anderen geeigneten Brennstoff zu betreiben.The internal combustion engine is preferably designed as a reciprocating piston engine. However, it is also possible for the internal combustion engine to be designed as a turbine, in particular as a gas turbine, preferably as a microturbine, in particular as a microgas turbine. Also in the case of a reciprocating engine, a gas engine is preferably used. However, it is also possible to operate the reciprocating engine or the turbine with gasoline, diesel, kerosene, heavy marine oil, an alcohol or any other suitable fuel.

Alternativ ist es möglich, dass als Antriebseinrichtung ein Windrad, eine Wasserturbine, eine Dampfturbine, ein Rotor eines Gezeitenkraftwerks, oder eine andere geeignete Einrichtung verwendet wird.Alternatively, it is possible for a wind wheel, a water turbine, a steam turbine, a rotor of a tidal power plant, or another suitable device to be used as the drive device.

Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Steuereinrichtung für eine Antriebseinrichtung geschaffen wird, wobei die Steuereinrichtung eingerichtet ist zur Durchführung einer Ausführungsform des zuvor beschriebenen Verfahrens. Dabei verwirklichen sich in Zusammenhang mit der Steuereinrichtung insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert wurden.The object is also achieved by creating a control device for a drive device, the control device being set up to carry out an embodiment of the method described above. The advantages that have already been explained in connection with the method are realized in particular in connection with the control device.

Besonders bevorzugt ist die Steuereinrichtung auch eingerichtet, um die Synchronmaschine anzusteuern, insbesondere um eine Erregung für die Synchronmaschine zu steuern oder zu regeln. Dies ist deswegen vorteilhaft, weil in diesem Fall die Drehzahl der Antriebseinrichtung und damit auch der Synchronmaschine zugleich mit der Erregung gesteuert oder geregelt hochgefahren werden kann, um zu einem möglichst frühen Zeitpunkt zulässige Synchronisierbedingungen zu erreichen.The control device is particularly preferably also set up to activate the synchronous machine, in particular to control or regulate an excitation for the synchronous machine. This is advantageous because in this case the speed of the drive device and thus also of the synchronous machine can be increased in a controlled or regulated manner at the same time as the excitation in order to achieve permissible synchronization conditions as early as possible.

Es ist möglich, dass die Steuereinrichtung mit einem zentralen Steuergerät der Antriebseinrichtung wirkverbunden oder als zentrales Steuergerät einer Antriebseinrichtung ausgebildet ist, sodass dieses zusätzlich die Funktion des zuvor beschriebenen Verfahrens übernimmt.It is possible for the control device to be operatively connected to a central control device of the drive device or to be designed as a central control device of a drive device, so that it also takes over the function of the method described above.

Die Steuereinrichtung kann als einzelnes Steuergerät ausgebildet sein. Es ist alternativ aber auch möglich, dass die Steuereinrichtung eine Mehrzahl von Steuergeräten aufweist, die vorzugsweise miteinander wirkverbunden sind. Insbesondere ist es möglich, dass die Steuereinrichtung ein zentrales Steuergerät der Antriebseinrichtung, beispielsweise die ECU (engine control unit) einer Brennkraftmaschine, einen Spannungsregler der Synchronmaschine, der insbesondere eingerichtet ist zur Steuerung oder Regelung einer Erregung der Synchronmaschine, und ein übergeordnetes Steuergerät aufweist, das bevorzugt mit dem zentralen Steuergerät der Antriebseinrichtung und mit dem Spanungsregler der Synchronmaschine wirkverbunden ist, wobei das übergeordnete Steuergerät insbesondere eingerichtet ist, um die Antriebseinrichtung und damit die Drehzahl der Synchronmaschine und zugleich die Ausgangsspannung der Synchronmaschine koordiniert hochzufahren. Die Aufteilung der Steuereinrichtung auf verschiedene Steuergeräte ermöglicht es, die einzelnen, separaten Steuergeräte auf ihre jeweiligen Funktionen hin zu optimieren.The control device can be designed as a single control unit. Alternatively, however, it is also possible for the control device to have a plurality of control units which are preferably operatively connected to one another. In particular, it is possible for the control device to have a central control device of the drive device, for example the ECU (engine control unit) of an internal combustion engine, a voltage regulator of the synchronous machine, which is set up in particular to control or regulate an excitation of the synchronous machine, and a higher-level control device that is preferably operatively connected to the central control device of the drive device and to the voltage regulator of the synchronous machine, the higher-level control device being set up in particular to ramp up the drive device and thus the speed of the synchronous machine and at the same time the output voltage of the synchronous machine in a coordinated manner. The division of the control device into different control devices makes it possible to optimize the individual, separate control devices with regard to their respective functions.

Die Steuereinrichtung kann auch eine externe Steuereinrichtung sein, welche die Kontrolle über die Antriebseinrichtung und/oder die Synchronmaschine übernimmt. Die Steuereinrichtung kann beispielsweise einem Stromnetzbetreiber oder einem Dritten, beispielsweise einem Stromhändler, zugeordnet sein. Alternativ ist es möglich, dass die Steuereinrichtung von außerhalb ihrer selbst steuerbar, insbesondere fernbedienbar, ist, beispielsweise online über einen drahtgebundenen oder auch kabellosen Internet-Anschluss, oder in anderer geeigneter Weise. Auch so kann die Steuerung oder Regelung von einem externen Betreiber, beispielsweise einem Stromnetzbetreiber oder einem Dritten, übernommen werden.The control device can also be an external control device which takes control of the drive device and/or the synchronous machine. The control device can, for example, be assigned to an electricity network operator or to a third party, for example an electricity trader. Alternatively, it is possible for the control device to be controllable from outside itself, in particular remotely, for example online via a wired or wireless Internet connection, or in another suitable manner. In this way too, the control or regulation can be taken over by an external operator, for example a power grid operator or a third party.

Es ist möglich, dass das Verfahren fest in eine elektronische Struktur der Steuereinrichtung, insbesondere in eine Hardwarestruktur, implementiert ist. Alternativ ist es möglich, dass in die Steuereinrichtung ein Computerprogrammprodukt geladen ist, welches maschinenlesbare Anweisungen aufweist, aufgrund derer eine Ausführungsform des Verfahrens durchgeführt wird, wenn das Computerprogrammprodukt auf der Steuereinrichtung läuft.It is possible for the method to be permanently implemented in an electronic structure of the control device, in particular in a hardware structure. Alternatively, it is possible that in the tax means a computer program product is loaded, which has machine-readable instructions, based on which an embodiment of the method is performed when the computer program product runs on the control device.

Insofern gehört zu der Erfindung auch ein entsprechendes Computerprogrammprodukt, welches maschinenlesbare Anweisungen aufweist, aufgrund derer eine Ausführungsform des Verfahrens durchgeführt wird, wenn das Computerprogrammprodukt auf einer Recheneinrichtung, insbesondere auf einer Steuereinrichtung, abläuft.In this respect, the invention also includes a corresponding computer program product which has machine-readable instructions, based on which an embodiment of the method is carried out when the computer program product runs on a computing device, in particular on a control device.

Entsprechend gehört zu der Erfindung auch ein Datenträger mit einem solchen Computerprogrammprodukt.Correspondingly, the invention also includes a data carrier with such a computer program product.

Eine Ertüchtigung oder Nachrüstung von Alt- und Bestandsanlagen mit der Steuereinrichtung und/oder dem Computerprogrammprodukt ist möglich.Upgrading or retrofitting of old and existing systems with the control device and/or the computer program product is possible.

Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Antriebseinrichtung zum Antrieb einer Synchronmaschine geschaffen wird, wobei die Antriebseinrichtung eingerichtet ist zur Durchführung eines Verfahrens nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen. Bevorzugt weist die Antriebseinrichtung eine Steuereinrichtung nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele auf. In Zusammenhang mit der Antriebseinrichtung ergeben sich insbesondere die bereits zuvor erläuterten Vorteile.The object is also achieved by creating a drive device for driving a synchronous machine, the drive device being set up to carry out a method according to one of the previously described embodiments. The drive device preferably has a control device according to one of the exemplary embodiments described above. In connection with the drive device, there are in particular the advantages already explained above.

Die Antriebseinrichtung ist bevorzugt als Brennkraftmaschine, insbesondere als Turbine oder als Hubkolbenmotor, insbesondere als Gasmotor oder Dieselmotor, oder als Windrad, als Wasserturbine, als Dampfturbine, oder als Rotor eines Gezeitenkraftwerks ausgebildet ist.The drive device is preferably designed as an internal combustion engine, in particular as a turbine or as a reciprocating engine, in particular as a gas engine or diesel engine, or as a wind turbine, as a water turbine, as a steam turbine, or as a rotor of a tidal power plant.

Schließlich gehört zur Erfindung auch eine Leistungserzeugungseinrichtung, die eine mit einer Antriebseinrichtung antriebswirkverbundene Synchronmaschine aufweist, wobei die Leistungserzeugungseinrichtung eingerichtet ist zur Durchführung einer Ausführungsform des zuvor beschriebenen Verfahrens. Besonders bevorzugt weist die Leistungserzeugungseinrichtung eine Steuereinrichtung gemäß einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele auf.Finally, the invention also includes a power generation device, which has a synchronous machine that is drivingly connected to a drive device, the power generation device being set up to carry out an embodiment of the method described above. The power generation device particularly preferably has a control device according to one of the exemplary embodiments described above.

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

1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Leistungserzeugungseinrichtung;
2 schematische Darstellungen von Ausführungsformen eines Verfahrens zum Synchronisieren einer Synchronmaschine mit einem Stromnetz;
3 ein Detail einer Ausführungsform eines solchen Verfahrens, und
4 eine weitere Ausführungsform eines Verfahrens zum Synchronisieren einer Synchronmaschine mit einem Stromnetz.

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

1 a schematic representation of an embodiment of a power generation device;
2 schematic representations of embodiments of a method for synchronizing a synchronous machine with a power grid;
3 a detail of an embodiment of such a method, and
4 a further embodiment of a method for synchronizing a synchronous machine with a power grid.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Leistungserzeugungseinrichtung 1, die eingerichtet ist zur Erzeugung elektrischer Leistung. Die Leistungserzeugungseinrichtung 1 weist eine Synchronmaschine 3 auf, die mit einer Antriebseinrichtung 5 so wirkverbunden ist, dass die Synchronmaschine 3 durch die Antriebseinrichtung 5 antreibbar, insbesondere zu einer Rotationsbewegung antreibbar ist. Damit die Leistungserzeugungseinrichtung 1 elektrische Leistung in ein Stromnetz 7 einspeisen kann, muss sie mit diesem verbunden werden. Dies wiederum setzt die Erfüllung von vorbestimmten Synchronisierbedingungen voraus, um negative Auswirkungen auf das Stromnetz 7 und/oder die Leistungserzeugungseinrichtung 1 - die für letztere bis hin zur Zerstörung reichen können - zu vermeiden. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Frequenz der von der Synchronmaschine 3 erzeugten Ausgangsspannung um maximal 500 mHz nach oben oder unten von der Netzfrequenz des Stromnetzes 7 abweichen darf, wobei die Phasenlage zwischen der Ausgangsspannung der Synchronmaschine 3 und der Spannung des Stromnetzes 7 höchstens ± 10° betragen darf, und wobei eine Spannungsdifferenz höchstens ± 10 % betragen darf. Selbstverständlich sind auch andere, insbesondere von einem Betreiber des Stromnetzes 7 zu definierende Synchronisierbedingungen möglich. Insbesondere sind die hier explizit genannten Synchronisierbedingungen vergleichsweise streng und werden typischerweise in Industrienationen mit sehr stabilen Stromnetzen dieser Art vorgegeben - dabei sind sogar noch strengere Synchronisierbedingungen möglich -, wobei sie in Regionen mit variableren Stromnetzen großzügiger ausfallen könnten, was allerdings eine große Belastung aufgrund größerer Asynchronitäten für die beteiligten Komponenten darstellt. Mittels des hier vorgeschlagenen Verfahrens ist eine rasche und zielgenaue Synchronisierung möglich, sodass sich ein Aufweichen der Synchronisierbedingungen bei Anwendung des Verfahrens selbst bei variableren Stromnetzen erübrigt. 1 FIG. 1 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a power generation device 1 that is set up to generate electrical power. The power generation device 1 has a synchronous machine 3 which is operatively connected to a drive device 5 in such a way that the synchronous machine 3 can be driven by the drive device 5, in particular can be driven to perform a rotational movement. In order for the power generation device 1 to be able to feed electrical power into a power grid 7, it must be connected to it. This in turn presupposes that predetermined synchronization conditions are met, in order to avoid negative effects on the power grid 7 and/or the power generation device 1--which can go as far as destruction for the latter. For example, it can be provided that the frequency of the output voltage generated by the synchronous machine 3 may deviate by a maximum of 500 mHz above or below the mains frequency of the electricity network 7, with the phase relationship between the output voltage of the synchronous machine 3 and the voltage of the electricity network 7 being at most ± 10 ° may be, and where a voltage difference may not be more than ± 10%. Of course, other synchronization conditions, in particular those to be defined by an operator of the power grid 7, are also possible. In particular, the synchronization conditions explicitly mentioned here are comparatively strict and are typically specified in industrialized nations with very stable power grids of this type - even stricter synchronization conditions are possible - although they could be more generous in regions with more variable power grids, which, however, is a major burden due to greater asynchronicities for the components involved. By means of the method proposed here, rapid and precise synchronization is possible, so that there is no need to weaken the synchronization conditions when using the method, even in more variable power grids.

Die Antriebseinrichtung 5 kann auf verschiedene Weise ausgebildet sein. Es ist möglich, dass die Antriebseinrichtung 5 als Dampfturbine, Turbine eines Wasserkraftwerks, als Propeller eines Gezeitenkraftwerks, als Windrad, oder in anderer geeigneter Weise ausgebildet ist. Besonders bevorzugt wird eine Ausgestaltung der Antriebseinrichtung 5 als Brennkraftmaschine, insbesondere als Hubkolbenmotor oder als Turbine, insbesondere als Mikroturbine, besonders als Mikrogasturbine. Ganz besonders bevorzugt wird eine Ausgestaltung der Antriebseinrichtung 5 als Hubkolbenmotor, insbesondere als Dieselmotor oder als Gasmotor. Dabei kann es sich bei der Leistungserzeugungseinrichtung 1 insbesondere um eine Einrichtung zur lokalen Energieversorgung, beispielsweise ein kleines Gaskraftwerk, eine Anlage zur Kraft-Wärme-Kopplung, die zumindest auch eingerichtet sein kann für einen Inselbetrieb, eine Einrichtung für einen Netzparallelbetrieb, einen Spitzenlastbetrieb, ein Backup für volatile Erzeuger, oder um eine Notstromeinrichtung handeln.The drive device 5 can be designed in various ways. It is possible for the drive device 5 to be in the form of a steam turbine, a turbine in a hydroelectric power station, a propeller in a tidal power station, a wind turbine, or in some other suitable manner. An embodiment of the drive device 5 as a Internal combustion engine, in particular as a reciprocating engine or as a turbine, in particular as a microturbine, especially as a microgas turbine. An embodiment of the drive device 5 as a reciprocating piston engine, in particular as a diesel engine or as a gas engine, is very particularly preferred. The power generation device 1 can be, in particular, a device for local energy supply, for example a small gas-fired power plant, a plant for combined heat and power generation, which can at least also be set up for isolated operation, a device for parallel operation with the grid, peak load operation, a Backup for volatile generators, or an emergency power facility.

Um die Synchronmaschine 3 mit dem Stromnetz 7 zu synchronisieren ist es bisher bekannt, die Antriebseinrichtung 5 ausgehend von einer Ausgangsdrehzahl bis über eine durch die Netzfrequenz des Stromnetzes 7, die Polzahl der Synchronmaschine 3 und gegebenenfalls eine Übersetzung zwischen der Antriebseinrichtung 5 und der Synchronmaschine 3 sowie ein zulässiges Synchronisierfenster bestimmte, maximal zulässige Synchrondrehzahl hinaus zu beschleunigen, und die Drehzahl der Antriebseinrichtung 5 und damit zugleich der Synchronmaschine 3 dann passiv absinken zu lassen, um dabei die Synchronisierungsbedingungen zu überwachen und bei deren Erfüllen eine Leistungsverbindung 9 mit dem Stromnetz 7 zu schließen, indem ein Leistungsschalter 11 geschlossen wird. Teilweise wird das Synchronisierfenster auch mehrfach von oben und unten durchfahren, bis der Leistungsschalter geschlossen wird. Diese Vorgehensweise ist nachteilig, weil sie durch das passive Verzögern der Antriebseinrichtung 5 oder das mehrfache Durchfahren des Synchronisierfensters eine relativ lange Zeit in Anspruch nimmt.In order to synchronize the synchronous machine 3 with the power grid 7, it has been known to date that the drive device 5, starting from an output speed up to a speed determined by the grid frequency of the power grid 7, the number of poles of the synchronous machine 3 and, if necessary, a transmission ratio between the drive device 5 and the synchronous machine 3 as well as to accelerate a maximum permissible synchronous speed beyond a permissible synchronization window and then passively allow the speed of the drive device 5 and thus also the synchronous machine 3 to drop in order to monitor the synchronization conditions and, if they are met, to close a power connection 9 to the power grid 7, by closing a circuit breaker 11. In some cases, the synchronization window is also run through several times from above and below until the circuit breaker is closed. This procedure is disadvantageous because it takes a relatively long time due to the passive deceleration of the drive device 5 or the repeated passage through the synchronization window.

Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass die Antriebseinrichtung 5 ausgehend von einer Ausgangsdrehzahl auf eine Zieldrehzahl, vorzugsweise auf eine Synchrondrehzahl innerhalb des zulässigen Synchronisierfensters beschleunigt wird, wobei die Leistungsverbindung 9 bei einem ersten Erfüllen der Synchronisierbedingungen beim Beschleunigen der Antriebseinrichtung 5 ausgehend von der Ausgangsdrehzahl und insbesondere beim ersten Durchfahren des Synchronisierfensters von unten geschlossen wird. Dabei werden die Synchronisierbedingungen vorzugsweise bereits beim ersten Durchfahren des Synchronisierfensters durch die Antriebseinrichtung 5 erfüllt. Es wird also nicht - wie bekannt - ausgehend von einer Drehzahl oberhalb des Synchronisierfensters durch passives Absenken der Drehzahl synchronisiert, sondern vielmehr von unten beim Beschleunigen der Antriebseinrichtung 5 und insbesondere bei einem ersten Durchfahren des Synchronisierfensters von unten. Diese Vorgehensweise ermöglicht insbesondere eine unmittelbare Leistungsabgabe der Antriebseinrichtung 5 beim Schließen des Leistungsschalters 11, weil die Antriebseinrichtung 5 ohnehin gerade beschleunigt wird und somit Leistung abgibt, und insbesondere dann, wenn die Drehzahl der Synchronmaschine beim Schließen des Leistungsschalters größer als die Netzdrehzahl ist. Wird dabei eine Solldrehzahlvorgabe über eine angestrebte Synchrondrehzahl und insbesondere über die Netzdrehzahl oder über eine maximal zulässige Synchrondrehzahl hinaus gewählt, führt dies zu einer unmittelbaren Einspeisung von Leistung in das Stromnetz 7.According to the invention, it is provided that the drive unit 5 is accelerated from an initial speed to a target speed, preferably to a synchronous speed within the permissible synchronization window, with the power connection 9 being accelerated when the synchronization conditions are first met when the drive unit 5 is accelerated from the output speed and in particular when is closed from below after the first passage through the synchronization window. In this case, the synchronization conditions are preferably already met when the drive device 5 passes through the synchronization window for the first time. Synchronization is therefore not--as is known--starting from a speed above the synchronizing window by passively lowering the speed, but rather from below when accelerating the drive device 5 and in particular when the synchronizing window is first passed through from below. In particular, this procedure enables the drive device 5 to output power immediately when the circuit breaker 11 is closed, because the drive device 5 is being accelerated anyway and is therefore delivering power, and in particular when the speed of the synchronous machine is greater than the line speed when the circuit breaker is closed. If a setpoint speed specification is selected above a desired synchronous speed and in particular above the grid speed or above a maximum permissible synchronous speed, this leads to power being fed directly into the power grid 7.

Es wird weiterhin ein Verfahren zum Synchronisieren der Synchronmaschine 3 mit dem Stromnetz 7 bevorzugt, bei welchem die Antriebseinrichtung 5 von der Ausgangsdrehzahl zu der Zieldrehzahl beschleunigt wird, wobei sie in einem ersten, niedrigeren Drehzahlbereich - der unterhalb der Zieldrehzahl liegt - mit einer ersten, größeren Drehbeschleunigung beschleunigt wird, wobei die Antriebseinrichtung 5 in einem zweiten, höheren Drehzahlbereich - der vorzugsweise die Zieldrehzahl als oberen Endpunkt umfasst - mit einer zweiten, geringeren Drehbeschleunigung beschleunigt wird. Dabei wird die Antriebseinrichtung 5 in dem zweiten, höheren Drehzahlbereich mit der zweiten, geringeren Drehbeschleunigung auf die Zieldrehzahl beschleunigt. Die Veränderung der Drehbeschleunigung beim Beschleunigen der Antriebseinrichtung 5 ausgehend von der Ausgangsdrehzahl zu der Zieldrehzahl ermöglicht zum einen in einer ersten Phase in dem ersten, niedrigeren Drehzahlbereich ein schnelles Hochlaufen - vorzugsweise mit maximal möglicher Drehbeschleunigung -, und zum anderen in einer zweiten Phase in dem zweiten, höheren Drehzahlbereich quasi ein langsames Herantasten an die Zieldrehzahl, bevorzugt auch ein langsames Durchfahren des Synchronisierfensters, wodurch insbesondere eine Synchronisierung von unten ohne Überschwinger in der Drehzahl und damit der Frequenz der Ausgangsspannung der Synchronmaschine 3 möglich wird.A method for synchronizing the synchronous machine 3 with the power grid 7 is also preferred, in which the drive device 5 is accelerated from the initial speed to the target speed, with it being in a first, lower speed range - which is below the target speed - with a first, larger Rotational acceleration is accelerated, the drive device 5 in a second, higher speed range - is accelerated with a second, lower rotational acceleration - which preferably includes the target speed as the upper end point. The drive device 5 is accelerated to the target speed in the second, higher speed range with the second, lower rotational acceleration. The change in rotational acceleration when accelerating the drive device 5 from the initial rotational speed to the target rotational speed enables rapid acceleration in a first phase in the first, lower rotational speed range - preferably with the maximum possible rotational acceleration - and in a second phase in the second , higher speed range, so to speak, a slow approach to the target speed, preferably also a slow passage through the synchronization window, which in particular enables synchronization from below without overshooting the speed and thus the frequency of the output voltage of the synchronous machine 3 .

Entsprechend wird die Antriebseinrichtung 5 in einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens so angesteuert, insbesondere geregelt, dass die Leistungsverbindung 9 bei einem ersten Erfüllen der Synchronisierbedingungen, insbesondere bevorzugt bei einem ersten Durchfahren des Synchronisierfensters, geschlossen wird.Accordingly, in a preferred embodiment of the method, the drive device 5 is controlled, in particular regulated, in such a way that the power connection 9 is closed when the synchronization conditions are first met, particularly preferably when the synchronization window is passed through for the first time.

Zur Ansteuerung der Antriebseinrichtung 5 ist eine Steuereinrichtung 13 vorgesehen, welche mit der Antriebseinrichtung 5 zu deren Ansteuerung wirkverbunden ist. Bevorzugt ist die Steuereinrichtung 13 zugleich eingerichtet zur Überwachung der Synchronisierbedingungen, wobei sie einerseits mit der Leistungsverbindung 9 - von dem Leistungsschalter 11 aus gesehen - auf der Seite der Synchronmaschine 3, und andererseits mit der Leistungsverbindung 9 - von dem Leistungsschalter 11 aus gesehen - auf der Seite des Stromnetzes 7 oder direkt mit dem Stromnetz 7 verbunden ist.To control the drive device 5, a control device 13 is provided, which is operatively connected to the drive device 5 to control it. Preferably, the control device 13 is also set up to monitor the synchronization conditions, on the one hand with the power connection 9 - from the power switch 11 seen - on the side of the synchronous machine 3, and on the other hand with the power connection 9 - seen from the circuit breaker 11 - on the side of the power grid 7 or directly to the power grid 7 is connected.

Dabei wird insbesondere auch die Synchronmaschine 3 bevorzugt so angesteuert, insbesondere geregelt, dass die Leistungsverbindung 9 beim ersten Erreichen einer zulässigen Synchrondrehzahl oder beim ersten Durchfahren des Synchronisierfensters geschlossen werden kann, nämlich bevorzugt so, dass beim ersten Erreichen der Synchrondrehzahl zugleich auch die übrigen Synchronisierbedingungen erfüllt und insbesondere eine zulässige Ausgangsspannung der Synchronmaschine 3 zur Synchronisierung mit dem Stromnetz 7, nämlich eine sogenannte Synchronspannung, und eine zulässige Phasenlage erreicht sind.In particular, the synchronous machine 3 is preferably also controlled, in particular regulated, in such a way that the power connection 9 can be closed when a permissible synchronous speed is first reached or when the synchronization window is passed through for the first time, specifically preferably in such a way that the first time the synchronous speed is reached, the other synchronization conditions are also met at the same time and in particular a permissible output voltage of the synchronous machine 3 for synchronization with the power grid 7, namely a so-called synchronous voltage, and a permissible phase position have been reached.

Zur Regelung ihrer Ausgangsspannung weist die Synchronmaschine 3 bevorzugt eine Erregereinrichtung 15 auf. Die Steuereinrichtung 13 ist mit der Erregereinrichtung 15 wirkverbunden und insbesondere dazu eingerichtet, die Ausgangsspannung der Synchronmaschine 3 gleichzeitig mit und bevorzugt parallel zu der Beschleunigung der Antriebseinrichtung 5 hochzufahren, insbesondere so, dass die zulässige Synchronspannung zugleich mit der Synchrondrehzahl erreicht wird.The synchronous machine 3 preferably has an excitation device 15 to regulate its output voltage. The control device 13 is operatively connected to the exciter device 15 and is set up in particular to ramp up the output voltage of the synchronous machine 3 simultaneously with and preferably parallel to the acceleration of the drive device 5, in particular in such a way that the permissible synchronous voltage is reached at the same time as the synchronous speed.

Es ist möglich, dass die Steuereinrichtung 13 eine Mehrzahl von Steuergeräten aufweist, die vorzugsweise miteinander wirkverbunden sind. Insbesondere ist es möglich, dass die Steuereinrichtung 13 ein zentrales Steuergerät der Antriebseinrichtung 5, beispielsweise die ECU (engine control unit) einer Brennkraftmaschine, einen Spannungsregler der Synchronmaschine 3, der insbesondere eingerichtet ist zur Steuerung oder Regelung einer Erregung der Synchronmaschine 3, und ein übergeordnetes Steuergerät aufweist, das bevorzugt mit dem zentralen Steuergerät der Antriebseinrichtung 5 und mit dem Spanungsregler der Synchronmaschine 3 wirkverbunden ist, wobei das übergeordnete Steuergerät insbesondere eingerichtet ist, um die Antriebseinrichtung 5 und damit die Drehzahl der Synchronmaschine 3 und zugleich die Ausgangsspannung der Synchronmaschine 3 koordiniert hochzufahren. Die Aufteilung der Steuereinrichtung 13 auf verschiedene Steuergeräte ermöglicht es, die einzelnen, separaten Steuergeräte auf ihre jeweiligen Funktionen hin zu optimieren.It is possible for the control device 13 to have a plurality of control devices which are preferably operatively connected to one another. In particular, it is possible for the control device 13 to be a central control unit of the drive device 5, for example the ECU (engine control unit) of an internal combustion engine, a voltage regulator of the synchronous machine 3, which is set up in particular to control or regulate an excitation of the synchronous machine 3, and a higher-level Has a control unit which is preferably operatively connected to the central control unit of the drive device 5 and to the voltage regulator of the synchronous machine 3, the higher-level control unit being set up in particular to ramp up the drive device 5 and thus the speed of the synchronous machine 3 and at the same time the output voltage of the synchronous machine 3 in a coordinated manner . The division of the control device 13 into different control devices makes it possible to optimize the individual, separate control devices with regard to their respective functions.

2 zeigt in mehreren Diagrammen verschiedene Ausführungsformen des Verfahrens. 2 shows various embodiments of the method in several diagrams.

Dabei ist in 2a) schematisch die - insbesondere idealisierte - Ist-Drehzahl n, im Folgenden kurz Drehzahl, der Antriebseinrichtung 5 aufgetragen gegen die Zeit t dargestellt. Dabei ist die Zeitachse hier bei der Ausgangsdrehzahl n_a eingezeichnet, was keinesfalls bedeuten muss, dass die Ausgangsdrehzahl Null ist. Vielmehr kann es sich hierbei auch um eine Starterdrehzahl, um eine Leerlaufdrehzahl oder um eine andere geeignete Drehzahl handeln. Die Darstellung der Ausgangsdrehzahl n_a im Ursprung des Diagramms stellt demnach lediglich eine Maßnahme zur Vereinfachung der Darstellung dar. Es ist aber nicht ausgeschlossen, dass die Ausgangsdrehzahl Null sein kann. Dies könnte zum Beispiel denkbar sein, wenn die Antriebseinrichtung 5 als Dampfturbine oder als Turbine eines Wasserkraftwerks ausgebildet ist.where is in 2a) the actual speed n, hereinafter speed for short, of the drive device 5 plotted against time t is shown schematically, in particular in an idealized manner. The time axis is drawn here at the output speed n _a , which in no way has to mean that the output speed is zero. Rather, this can also be a starter speed, an idle speed or another suitable speed. The representation of the output speed n _a at the origin of the diagram is therefore merely a measure to simplify the representation. However, it cannot be ruled out that the output speed can be zero. This could be conceivable, for example, if the drive device 5 is designed as a steam turbine or as a turbine of a hydroelectric power station.

Gestrichelt eingezeichnet ist - in vereinfachter Darstellung unter Weglassung des Synchronisierfenster - eine Synchrondrehzahl n_s. Der Drehzahlverlauf der Antriebseinrichtung 5 ist durch eine durchgezogene Kurve K dargestellt. Die Synchrondrehzahl n_s kann zeitlich variieren, wenn das Stromnetz instabil ist oder sich die Leistungseinspeisung anderer Erzeuger oder die Leistungsentnahme von Verbrauchern ändert. Schwankt die Frequenz des Stromnetzes stark, wird bevorzugt eine Beruhigung der Netzfrequenz abgewartet, bevor die Synchronmaschine mit dem Stromnetz synchronisiert wird.A synchronous speed n _s is drawn in with a broken line—in a simplified representation with the omission of the synchronization window. The course of the rotational speed of the drive device 5 is represented by a solid curve K. FIG. The synchronous speed n _s can vary over time if the power grid is unstable or the power feed-in from other generators or the power consumption of consumers changes. If the frequency of the power grid fluctuates greatly, it is preferred to wait for the grid frequency to settle down before the synchronous machine is synchronized with the power grid.

Bei der in 2a) dargestellten Ausführungsform des Verfahrens wird die Antriebseinrichtung 5 nach Erhalt eines Startbefehls zu einem Startzeitpunkt ts ausgehend von der Ausgangsdrehzahl n_a bis zu einer Grenzdrehzahl n_g unterhalb der Synchrondrehzahl n_s mit einer ersten, konstanten Drehbeschleunigung beschleunigt. Dabei ist hier der Bereich zwischen der Ausgangsdrehzahl n_a und der Grenzdrehzahl n_g der erste, niedrigere Drehzahlbereich 17. Ab der Grenzdrehzahl n_g wird die Antriebseinrichtung 5 mit einer zweiten, konstanten Drehbeschleunigung bis zur Synchrondrehzahl n_s beschleunigt. Dabei ist die zweite, konstante Drehbeschleunigung kleiner als die erste, konstante Drehbeschleunigung. Dementsprechend erstreckt sich hier der zweite, höhere Drehzahlbereich 19 von der Grenzdrehzahl n_g bis zu der Synchrondrehzahl n_s.At the in 2a) In the illustrated embodiment of the method, the drive device 5 is accelerated after receiving a start command at a start time ts starting from the output speed na up to a limit speed _ng below the synchronous speed n _s with _a first, constant rotational acceleration. Here the range between the output speed _na and the limit speed n _g is the first, lower speed range 17. From the limit speed n _g the drive device 5 is accelerated with a second, constant rotational acceleration up to the synchronous speed n _s . In this case, the second, constant rotational acceleration is smaller than the first, constant rotational acceleration. Accordingly, the second, higher speed range 19 here extends from the limit speed n _g to the synchronous speed n _s .

2b) zeigt eine zweite Ausführungsform des Verfahrens in zu 2a) analoger diagrammatischer Darstellung. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen benannt, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Dabei unterscheidet sich die zweite Ausführungsform des Verfahrens von der ersten Ausführungsform insoweit, als hier die Antriebseinrichtung 5 ab der Grenzdrehzahl n_g nicht mit einer konstanten Drehbeschleunigung, sondern vielmehr mit einer variablen Drehbeschleunigung und insbesondere mit einem gekrümmten Drehzahlverlauf in dem zweiten, höheren Drehzahlbereich 19 beschleunigt wird. Dies ermöglicht eine noch feinfühligere Annäherung an die Synchrondrehzahl n_s und damit ein besonders sicheres Erfüllen der Synchronisierbedingungen beim ersten Erreichen der Synchrondrehzahl n_s. 2 B) shows a second embodiment of the method in FIG 2a) analogue diagrammatic representation. Elements that are the same and have the same function are denoted by the same reference symbols, so that reference is made to the previous description. The second embodiment of the method differs from the first embodiment in that the drive device 5 does not accelerate from the limit speed n _g with a constant rotational acceleration, but rather with a variable rotational acceleration and in particular with a curved speed profile in the second, higher speed range 19 will. This enables an even finer liger approach to the synchronous speed n _s and thus a particularly reliable fulfillment of the synchronization conditions when the synchronous speed n _s is first reached.

Besonders bevorzugt wird die erste, konstante Drehbeschleunigung in dem ersten, niedrigeren Drehzahlbereich 17 bei beiden zuvor beschriebenen Ausführungsformen des Verfahrens gemäß 2a) und 2b) als maximale Drehbeschleunigung der Antriebseinrichtung 5 gewählt, sodass die Hochlaufzeit für die Antriebseinrichtung 5 von der Ausgangsdrehzahl n_a zu der Grenzdrehzahl n_g möglichst kurz ist. Die insbesondere deutlich geringer gewählte Drehbeschleunigung in dem zweiten Drehzahlbereich 19 stellt sicher, dass bei einem ersten Durchlaufen des Synchronsierfensters auch die weiteren Synchronisierbedingungen erfüllt werden. Bekannte Reaktionszeiten zugehöriger Leistungsschalter und/oder Informationsverarbeitungszeiten der Steuereinrichtung werden bevorzugt berücksichtigt.The first, constant rotational acceleration in the first, lower rotational speed range 17 is particularly preferred in both previously described embodiments of the method according to FIG 2a) and 2 B) selected as the maximum rotational acceleration of the drive device 5, so that the run-up time for the drive device 5 from the initial speed n _a to the limit speed n _g is as short as possible. The selected significantly lower rotational acceleration in the second rotational speed range 19 ensures that the other synchronization conditions are also met when the synchronization window is passed through for the first time. Known reaction times of associated circuit breakers and/or information processing times of the control device are preferably taken into account.

Die Grenzdrehzahl n_g wird bevorzugt abhängig von der momentanen Netzdrehzahl, also insbesondere von der momentanen Netzfrequenz des Stromnetzes 7, bestimmt. Dabei ist es insbesondere möglich, dass aus der Netzfrequenz die Netzdrehzahl berechnet wird, und dass von dieser eine vorbestimmte Differenzdrehzahl abgezogen wird. Alternativ ist es aber auch möglich, dass die Grenzdrehzahl konstant gewählt ist.The limit speed n _g is preferably determined as a function of the instantaneous mains speed, that is to say in particular of the instantaneous mains frequency of the electricity network 7 . In this context, it is possible in particular for the mains speed to be calculated from the mains frequency and for a predetermined differential speed to be subtracted from this. Alternatively, however, it is also possible for the limit speed to be chosen to be constant.

Die Netzfrequenz wird vorzugsweise permanent gemessen oder aber als Sollvorgabe aus dem Stromnetz 7 erhalten.The mains frequency is preferably measured continuously or obtained from the mains 7 as a target specification.

2c) zeigt eine weitere diagrammatische Darstellung einer dritten Ausführungsform des Verfahrens. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Dabei ist bei der dritten Ausführungsform des Verfahrens vorgesehen, dass die Antriebseinrichtung 5 ausgehend von der Ausgangsdrehzahl n_a mit variabler Drehbeschleunigung und insbesondere mit zumindest bereichsweise gekrümmtem Drehzahlverlauf beschleunigt wird. Besonders bevorzugt wird die Antriebseinrichtung 5 mit monoton fallender Drehbeschleunigung beschleunigt. Die Drehbeschleunigung ist also zu dem Startzeitpunkt ts maximal und fällt dann zu der Synchrondrehzahl n_s hin monoton ab. Auch hierbei können jedoch ein erster Drehzahlbereich 17 und ein zweiter Drehzahlbereich 19 identifiziert werden, wobei diese jedoch fließend ineinander übergehen, sodass keine genau bestimmte Grenzdrehzahl n_g angegeben werden kann. 2c) Figure 12 shows a further diagrammatic representation of a third embodiment of the method. Elements that are the same and have the same function are provided with the same reference symbols, so that reference is made to the previous description. In the third embodiment of the method, it is provided that the drive device 5 is accelerated starting from the output speed n _a with a variable rotational acceleration and in particular with a speed profile that is curved at least in some areas. The drive device 5 is particularly preferably accelerated with a monotonically decreasing rotary acceleration. The rotational acceleration is therefore at its maximum at the starting point in time ts and then decreases monotonously towards the synchronous speed n _s . However, a first speed range 17 and a second speed range 19 can also be identified in this case, although these merge smoothly into one another, so that no precisely determined limit speed n _g can be specified.

3 zeigt eine diagrammatische Darstellung eines Details der zweiten Ausführungsform des Verfahrens gemäß 2b). Insbesondere ist in 3 eine mögliche Umsetzung dieses Verfahrens in der Steuereinrichtung 13 oder in einem zentralen Steuergerät der Antriebseinrichtung 5 dargestellt. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind dabei mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. In Ergänzung zu den bisherigen Darstellungen ist hier ein in Hinblick auf die Synchronisierbedingungen zulässiges Drehzahlband oder Synchronisierfenster dargestellt, nämlich durch gestrichelte Abtragungen einer zur Synchronisierung minimal zulässigen Synchrondrehzahl n_s,min und einer zur Synchronisierung maximal zulässigen Synchrondrehzahl n_s,max. Die Synchrondrehzahl n_s, bei der hier schließlich die Synchronisierbedingungen erfüllt sind, ist hier beispielhaft mittig in dem Synchronisierfenster, mithin insbesondere bei der Netzdrehzahl, welche der Netzfrequenz rechnerisch entspricht, dargestellt. 3 shows a diagrammatic representation of a detail of the second embodiment of the method according to FIG 2 B) . In particular, in 3 a possible implementation of this method in the control device 13 or in a central control unit of the drive device 5 is shown. Elements that are the same and have the same function are provided with the same reference symbols, so that reference is made to the previous description. In addition to the previous representations, a permissible speed range or synchronization window with regard to the synchronization conditions is shown here, namely by dashed markings of a minimum permissible synchronous speed n _s,min for synchronization and a maximum permissible synchronous speed n _s,max . The synchronous speed n _s , at which the synchronizing conditions are finally met here, is shown here as an example in the center of the synchronizing window, and therefore in particular at the grid speed, which corresponds to the grid frequency by calculation.

Durch Kreuze ist - in diskreten Zeitabständen - jeweils eine Sollvorgabe für die Drehzahl der Antriebseinrichtung 5 in der Steuereinrichtung 13 dargestellt, mit welcher die Antriebseinrichtung 5 angesteuert, insbesondere geregelt, wird. Dabei zeigt sich Folgendes:

In dem ersten, niedrigeren Drehzahlbereich 17 wird die Antriebseinrichtung 5 insbesondere mit einer Soll-Drehzahlvorgabe oder Sollvorgabe angesteuert, insbesondere geregelt, die unterhalb der Grenzdrehzahl n_g liegt. Dabei ist es möglich, dass die Sollvorgabe in Form einer Rampe hochgefahren wird, oder dass die Sollvorgabe konstant vorgegeben wird, wobei der Hochlauf der Antriebseinrichtung 5 dann durch die unterlagerte Regelung vorgegeben wird. Da die Drehbeschleunigung in dem ersten, niedrigeren Drehzahlbereich 17 schnell ist, schießt die Ist-Drehzahl entlang der Kurve K der Antriebseinrichtung 5 über die Sollvorgabe hinaus bis zu der Grenzdrehzahl n_g. Die Sollvorgabe wird dann auf einen Wert erhöht, der etwas unterhalb der zur Synchronisierung minimal zulässigen Synchrondrehzahl n_s,min angeordnet ist. In 3 ist dargestellt, dass die Sollvorgabe dort für eine gewisse Zeit konstant gehalten wird. der gekrümmte Verlauf der Ist-Drehzahl ergibt sich in diesem Fall durch das Verhalten der unterlagerten Regelung, wobei die Krümmung insbesondere durch die Parameter des Reglers, insbesondere eines PID-Reglers, eingestellt werden kann. Die Sollvorgabe kann hier aber auch innerhalb des Synchronisierfensters gewählt werden, vorzugsweise bei der minimal zulässigen Synchrondrehzahl n_s,min.

A target specification for the rotational speed of the drive device 5 in the control device 13 is represented by crosses—at discrete time intervals—with which the drive device 5 is controlled, in particular regulated. This shows the following:

In the first, lower speed range 17, the drive device 5 is actuated, in particular regulated, with a setpoint speed specification or setpoint specification that is below the limit speed n _g . In this case, it is possible for the target specification to be ramped up in the form of a ramp, or for the target specification to be specified as a constant, with the run-up of the drive device 5 then being specified by the subordinate control. Since the rotational acceleration is rapid in the first, lower speed range 17, the actual speed along the curve K of the drive device 5 shoots up beyond the target specification up to the limit speed n _g . The setpoint is then increased to a value that is slightly below the minimum permissible synchronous speed n _s,min for synchronization. In 3 shows that the target specification is kept constant there for a certain time. In this case, the curved course of the actual speed results from the behavior of the subordinate regulation, with the curvature being able to be set in particular by the parameters of the controller, in particular a PID controller. However, the setpoint specification can also be selected within the synchronization window, preferably at the minimum permissible synchronous speed n _s,min .

Erreicht die Ist-Drehzahl die Sollvorgabe, wird diese auf einen Wert etwas oberhalb der angestrebten Synchrondrehzahl n_s gesetzt, wodurch sich die Ist-Drehzahl nun langsam zu der Synchrondrehzahl n_s hin bewegt. Sind die Synchronisierbedingungen erfüllt, wird der Leistungsschalter 11 geschlossen, und die Synchronmaschine 3 kann nun direkt elektrische Leistung in das Stromnetz einspeisen, da die Sollvorgabe zur Ansteuerung der Antriebseinrichtung 5 oberhalb der Synchrondrehzahl n_s und somit oberhalb der Ist-Drehzahl der Antriebseinrichtung 5 liegt. Dies hat nunmehr zur Folge, dass sich - aufgrund der Synchronisierung mit dem Stromnetz 7 - nicht mehr die Drehzahl der Antriebseinrichtung 5 weiter erhöht, sondern dass diese Leistung abgibt und somit die Synchronmaschine 3 derart antreibt, dass diese Leistung in das Stromnetz 7 einspeisen kann.If the actual speed reaches the setpoint, it is set to a value slightly above the desired synchronous speed n _s , as a result of which the actual speed now slowly moves towards the synchronous speed n _s . If the synchronizing conditions are met, circuit breaker 11 is closed and synchronous machine 3 can now feed electrical power directly into the power grid, since the target specification for controlling drive device 5 is above synchronous speed n _s and thus above the actual speed of drive device 5. The consequence of this is that—because of the synchronization with the power grid 7—the speed of the drive device 5 no longer increases, but that it delivers power and thus drives the synchronous machine 3 in such a way that this power can be fed into the power grid 7.

Es ist möglich, die Sollvorgabe zur Synchronisierung oberhalb der maximal zulässigen Synchrondrehzahl n_s,max zu wählen. Dies stellt zum einen sicher, dass gegebenenfalls das vollständige Synchronisierfenster durchfahren wird, bis die Synchronisierbedingungen bei einer bestimmten Drehzahl innerhalb des Synchronisierfensters erfüllt sind, zum anderen wird so eine sofortige Leistungsabgabe der Antriebseinrichtung beim Schließen des Leistungsschalters ermöglicht.It is possible to select the setpoint specification for synchronization above the maximum permissible synchronous speed n _s,max . On the one hand, this ensures that the complete synchronizing window is passed through, if necessary, until the synchronizing conditions are met at a specific speed within the synchronizing window, and on the other hand, this enables the drive device to output power immediately when the circuit breaker is closed.

Es ist auch möglich, dass die Drehzahl der Antriebseinrichtung 5 zunächst auf eine knapp unterhalb des Synchronisierfensters oder auf die minimal zulässige Synchrondrehzahl n_s,min beschleunigt wird, wobei die Leistungserzeugungseinrichtung 1 dann ein Bereitschaftssignal an den Netzbetreiber des Stromnetzes 7 sendet. Dieser kann dann extern mittels eines Synchronisierbefehls die Antriebseinrichtung 5 in das Synchronisierfenster hinein beschleunigen, um die Synchronmaschine 3 anforderungsgerecht mit dem Stromnetz 7 zu synchronisieren. Dabei ist es möglich, dass die Steuerung oder Regelung der Antriebseinrichtung 5 an die externe Intelligenz des Stromnetzbetreibers oder eines Dritten abgegeben wird, wobei dieser insbesondere die Sollvorgabe für die Drehzahl übernimmt.It is also possible that the speed of the drive device 5 is initially accelerated to just below the synchronization window or to the minimum permissible synchronous speed n _s,min , with the power generation device 1 then sending a ready signal to the network operator of the electricity network 7 . This can then accelerate the drive device 5 into the synchronization window externally by means of a synchronization command in order to synchronize the synchronous machine 3 with the power grid 7 as required. In this case, it is possible for the control or regulation of the drive device 5 to be passed on to the external intelligence of the power grid operator or a third party, with the latter in particular taking over the setpoint specification for the rotational speed.

4 zeigt eine diagrammatische Darstellung einer vierten Ausführungsform des Verfahrens. Dabei sind auch hier - wie in 3 - das zur Synchronisierung zulässige Synchronisierfenster zwischen der minimal zulässigen Synchrondrehzahl n_s,min und der maximal zulässigen Synchrondrehzahl n_s,max sowie schematisch die Synchrondrehzahl n_s, bei der die Synchronisierbedingungen erfüllt sind, und die hier beispielhaft der Netzdrehzahl entspricht, dargestellt. Außerdem ist eine Abkühldrehzahl n_k dargestellt, bei der die Antriebseinrichtung 5 in einem Abkühlbetrieb betrieben werden kann. Beispielsweise ist es möglich, dass die Leistungserzeugungseinrichtung 1 zu einem ersten Zeitpunkt t₁ von dem Betreiber des Stromnetzes 7 den Befehl erhält, sich von dem Stromnetz 7 zu trennen, weil beispielsweise gerade ein Überangebot an elektrischer Leistung vorhanden ist. In diesem Fall wird die Antriebseinrichtung 5 vorzugsweise nicht sofort vollständig heruntergefahren, sondern zunächst in einem Abkühlbetrieb betrieben, damit ihre Komponenten und Bauteile sich bei einer niedrigeren Temperatur, als sie unter Volllast herrscht, thermalisieren können, bevor die Antriebseinrichtung 5 abgeschaltet wird. Hierzu wird die Sollvorgabe für die Drehzahl - wie wiederum durch Kreuze dargestellt - herabgesetzt. Dabei wird hier die Abkühldrehzahl n_k nahe an der zur Synchronisierung minimal zulässigen Drehzahl n_s,min gewählt. Es ist auch möglich, sie bei dieser Drehzahl oder in einem unteren Bereich des Synchronisierfensters zu wählen. 4 Figure 12 shows a diagrammatic representation of a fourth embodiment of the method. There are also here - as in 3 - The synchronization window between the minimum permissible synchronous speed n _s,min and the maximum permissible synchronous speed n _s,max for synchronization, as well as the synchronous speed n _s at which the synchronization conditions are met, and which corresponds to the mains speed as an example, are shown. A cooling speed n _k is also shown, at which the drive device 5 can be operated in a cooling mode. For example, it is possible that the power generation device 1 receives the command from the operator of the power grid 7 at a first point in time t ₁ to disconnect from the power grid 7 because, for example, there is currently an oversupply of electrical power. In this case, the drive device 5 is preferably not immediately shut down completely, but first operated in a cooling mode so that its components and components can thermalize at a lower temperature than prevails under full load before the drive device 5 is switched off. For this purpose, the setpoint specification for the speed—as again represented by crosses—is reduced. Here, the cooling speed n _k is selected close to the minimum permissible speed n _s,min for synchronization. It is also possible to select it at this speed or in a lower range of the synchronization window.

Erhält dann die Leistungserzeugungseinrichtung 1 von dem Betreiber des Stromnetzes 7 oder von einem Dritten während des Abkühlbetriebs zu einem zweiten Zeitpunkt t₂ die Aufforderung, sich wieder mit dem Stromnetz 7 zu synchronisieren, kann dies sehr schnell durch Beschleunigen der Antriebseinrichtung von der dann als Ausgangsdrehzahl dienenden Abkühldrehzahl n_k auf die Synchrondrehzahl n_s oder durch Durchfahren des Synchronisierfensters ausgehend von der Abkühldrehzahl geschehen, wobei die Leistungsverbindung 9 wiederum bereits bei einem ersten Erfüllen der Synchronisierbedingungen und vorzugsweise beim ersten Erreichen der Synchrondrehzahl n_s geschlossen werden kann. Dabei ist der Abstand zwischen der Abkühldrehzahl n_k und der zur Synchronisierung minimal zulässigen Drehzahl n_s,min bevorzugt so gewählt, dass es hierfür lediglich eines Sprungs der Sollvorgabe für die Drehzahl von der Abkühldrehzahl n_k auf einen Wert etwas oberhalb der angestrebten Synchrondrehzahl n_s oder aber oberhalb der maximal zulässigen Synchrondrehzahl n_s,max bedarf, wobei die unterlagerte Regelung aufgrund der vergleichsweise geringen Abweichung der Drehzahlen dann die Antriebseinrichtung 5 mit einer hinreichend langsamen Drehbeschleunigung auf die Synchrondrehzahl n_s beschleunigt, sodass eine schnelle Synchronisierung von unten möglich ist. Eine analoge Vorgehensweise ist selbstverständlich auch ausgehend von einer Warte- oder Bereitschaftsdrehzahl möglich.If the power generation device 1 then receives the request from the operator of the power grid 7 or from a third party at a second point in time t ₂ during the cooling operation to synchronize itself again with the power grid 7, this can be done very quickly by accelerating the drive device from the speed then serving as the output speed Cooling speed n _k to the synchronous speed n _s or by driving through the synchronization window starting from the cooling speed, the power connection 9 in turn being able to be closed when the synchronization conditions are first met and preferably when the synchronous speed n _s is first reached. The distance between the cooling speed n _k and the minimum permissible speed n _s,min for synchronization is preferably selected in such a way that there is only a jump in the target specification for the speed from the cooling speed n _k to a value slightly above the desired synchronous speed n _s or above the maximum permissible synchronous speed n _s,max , with the subordinate control then accelerating the drive device 5 to the synchronous speed n _s with a sufficiently slow rotational acceleration due to the comparatively small deviation of the speeds, so that rapid synchronization from below is possible. An analogous procedure is of course also possible starting from a waiting or stand-by speed.

Der Abkühlbetrieb kann auch derart durchgeführt werden, dass zunächst bei geschlossenem Leistungsschalter eine Entlastung der Antriebseinrichtung 5 erfolgt, wobei diese beispielsweise eine gewisse Zeit bei 10 % ihrer Nennleistung synchron zum Stromnetz betrieben werden kann.. Danach kann der Leistungsschalter geöffnet werden, wobei noch ein Nachlaufen der Antriebseinrichtung 5 bei der Abkühldrehzahl möglich ist. Im Anschluss wird die Antriebseinrichtung 5 stillgesetzt, wenn kein neuer Synchronisierbefehl erfolgt. Eine Synchronisierung nach dem hier vorgeschlagenen Verfahren kann auch aus einem Stillsetzungsbetrieb heraus erfolgen.The cooling operation can also be carried out in such a way that the drive device 5 is initially relieved when the circuit breaker is closed, whereby it can be operated synchronously with the mains supply for a certain time, for example, at 10% of its nominal power. The circuit breaker can then be opened, with an after-running the drive device 5 is possible at the cooling speed. Afterwards will the drive device 5 shut down if no new synchronization command is given. A synchronization according to the method proposed here can also take place from a standstill operation.

Der „Stillsetzungsbetrieb“ ist insbesondere das Stoppen der Antriebsmaschine, abhängig von der Anlagenkonfiguration und dem Betriebszustand der Anlage, beispielsweise das Schließen der „Wasserschieber“ bei einer Wasserturbine.The “shutdown mode” is in particular the stopping of the prime mover, depending on the system configuration and the operating status of the system, for example closing the “water slide valve” in a water turbine.

Insgesamt zeigt sich, dass mithilfe des Verfahrens eine ebenso schnelle wie sichere Synchronisierung der Synchronmaschine 3 mit dem Stromnetz 7 möglich ist.Overall, it can be seen that the method can be used to synchronize the synchronous machine 3 with the power grid 7 both quickly and reliably.

Claims

Method for synchronizing a synchronous machine (3) with an electricity network (7), with the following steps: - accelerating a drive device (5) for driving the synchronous machine (3) from an initial speed (n _a ) to a target speed, wherein - the drive device (5 ) is accelerated in a first, lower speed range (17) with a first, greater rotational acceleration, with - the drive device (5) being accelerated in a second, higher speed range (19) with a second, lower rotational acceleration, with - the drive device (5 ) is accelerated to the target speed in the second, higher speed range (19), where - the target speed is selected as a waiting or stand-by speed, where - the drive device (5) is brought into a waiting position at the target speed, where - on an external request towards a synchronization window is passed from below.

Method for synchronizing a synchronous machine (3) with an electricity network (7), with the following steps: - Accelerating a drive device (5), which is operatively connected to a synchronous machine (3) to drive it, starting from an output speed (n _a ) to a Target speed, where - a waiting or stand-by speed is approached as the target speed, where - in a first phase, a limit speed (n _g ) below the target speed is approached with a first, steeper speed ramp, with - then in a second phase with a second, flatter speed ramp, the target speed is approached, where - the second speed ramp is flatter than the first speed ramp, where - after a holding phase at the waiting or stand-by speed, a synchronization window is passed through in response to a synchronization command, and - closing a power connection of the synchronous machine (3) with the Power grid (7) in a first fulfillment of predetermined synchronism rbedingungen for synchronizing the synchronous machine (3) with the power supply (7) when accelerating the drive device (5) starting from the output speed (n _a ).

procedure after claim 2 , characterized in that the drive device (5), starting from the initial speed (n _a ) up to the limit speed (n _g ), is accelerated with a first, constant rotary acceleration, the drive device (5) starting from the limit speed (n _g ) with a second constant rotational acceleration is accelerated up to the target rotational speed, the second constant rotational acceleration being smaller than the first constant rotational acceleration.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that an excitation of the synchronous machine (3) is ramped up during the acceleration of the drive device (5), so that a synchronous voltage for the synchronous machine (3) coincides with the target speed or the synchronous speed (n _s ) or is reached before.

procedure after claim 2 or 3 , characterized in that the limit speed (n _g ) is determined as a function of an instantaneous mains speed.

procedure after claim 5 , characterized in that the instantaneous mains speed (n _s ) is determined from the mains frequency of the electricity mains (7), the mains frequency being measured or obtained as a reference value.

Procedure according to one of claims 2 until 6 , characterized in that immediately after or when the power connection (9) is closed, power is fed into the power grid (7) by the synchronous machine (3).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the output speed (n _a ) is a zero speed, a starter speed, a scavenging speed, an ignition speed, an idle speed, a cooling speed (n _k ), a speed for island operation, or a speed for a Island parallel operation of the drive device (5) is used.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the drive device (5) is an internal combustion engine, a wind turbine, a water turbine, a steam door bine, or a rotor of a tidal power plant is used.

Control device (13) for controlling a drive device (5) for driving a synchronous machine (3), characterized in that the control device (13) is set up to carry out a method according to one of Claims 1 until 9 .

Drive device (5) for driving a synchronous machine (3), characterized in that the drive device (5) is set up to carry out a method according to one of Claims 1 until 9 .

Drive device (5) after claim 11 , characterized in that the drive device (5) is designed as an internal combustion engine, as a wind turbine, as a water turbine, as a steam turbine, or as a rotor of a tidal power station.