DE102015219418A1

DE102015219418A1 - Power generation arrangement for generating electric power, power grid with such a power generation arrangement and method for operating a power generation arrangement

Info

Publication number: DE102015219418A1
Application number: DE102015219418.3A
Authority: DE
Inventors: Dr. Filip Gerhard
Original assignee: MTU Friedrichshafen GmbH
Current assignee: Rolls Royce Solutions GmbH
Priority date: 2015-10-07
Filing date: 2015-10-07
Publication date: 2017-04-13
Also published as: WO2017059951A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Leistungserzeugungs-Anordnung (3) zur Erzeugung elektrischer Leistung, mit wenigstens einer elektrischen Maschine (7) und wenigstens einer Brennkraftmaschine (9). Dabei ist vorgesehen, dass die elektrische Maschine (7) als doppelt gespeiste Asynchronmaschine ausgebildet ist, und dass die Brennkraftmaschine (9) mit der elektrischen Maschine (7) antriebswirkverbunden ist.The invention relates to a power generation arrangement (3) for generating electrical power, comprising at least one electric machine (7) and at least one internal combustion engine (9). It is provided that the electric machine (7) is designed as a double-fed asynchronous machine, and that the internal combustion engine (9) with the electric machine (7) is drive-connected.

Description

Die Erfindung betrifft eine Leistungserzeugungs-Anordnung zur Erzeugung elektrischer Leistung, ein Stromnetz mit einer solchen Leistungserzeugungs-Anordnung und ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Leistungserzeugungs-Anordnung. The invention relates to a power generation arrangement for generating electrical power, a power grid with such a power generation arrangement and a method for operating such a power generation arrangement.

Leistungserzeugungs-Anordnungen der hier angesprochenen Art zur Erzeugung elektrischer Leistung weisen wenigstens eine elektrische Maschine und wenigstens eine Brennkraftmaschine auf. Dabei ist es insbesondere möglich, dass eine solche, auch als Genset bezeichnete Leistungserzeugungs-Anordnung eine Antriebsmaschine und einen von der Antriebsmaschine angetriebenen Synchrongenerator als elektrische Maschine aufweist. Solche Anordnungen werden mit konstanter Drehzahl betrieben, beispielsweise im Falle eines 50 Hz-Stromnetzes mit 1.500 Umdrehungen pro Minute, oder im Falle eines 60 Hz-Stromnetzes mit 1.800 Umdrehungen pro Minute. Dies führt dazu, dass die Brennkraftmaschine nicht mit ihrer maximalen Leistung betrieben werden kann, da diese typischerweise erst bei höheren Drehzahlen zur Verfügung steht. Sollen die Gensets flexibel sowohl für den 50 Hz-Betrieb als auch für den 60 Hz-Betrieb einsetzbar sein, sind sie für den Betrieb bei 50 Hz überdimensioniert, wobei sie insbesondere 20% weniger Leistung liefern können als bei 60 Hz. Die Brennkraftmaschine kann bei Teillast nicht mit einem optimalen Kraftstoffverbrauch betrieben werden und ist darüber hinaus insbesondere bei längerem Teillastbetrieb einem erhöhten Verschleiß ausgesetzt. Häufig sind Leistungserzeugungs-Anordnungen für 50 Hz-Stromnetze einerseits und für 60 Hz-Stromnetze andererseits verschieden aufgebaut, typisiert und zertifiziert. Power generation arrangements of the type discussed here for generating electrical power have at least one electric machine and at least one internal combustion engine. In this case, it is possible, in particular, for such a power generation arrangement, also referred to as a gene set, to have an engine and a synchronous generator driven by the engine as an electric machine. Such arrangements are operated at a constant speed, for example in the case of a 50 Hz power network with 1,500 revolutions per minute, or in the case of a 60 Hz power network with 1,800 revolutions per minute. This means that the internal combustion engine can not be operated at its maximum power, since this is typically only available at higher speeds. If the gensets are to be used flexibly for 50 Hz operation as well as for 60 Hz operation, they are oversized for operation at 50 Hz, and in particular they can deliver 20% less power than at 60 Hz Partial load can not be operated with optimum fuel consumption and is also exposed to increased wear, especially during prolonged part-load operation. Frequently, power generation arrangements for 50 Hz power grids on the one hand and for 60 Hz power grids on the other hand are constructed, typed and certified differently.

Es ist grundsätzlich möglich, Leistungserzeugungs-Anordnungen mit variabler Drehzahl zu betreiben, wobei mittels einer Leistungselektronik, beispielsweise einem Gleich- und Wechselrichter, oder einem Umrichter, jede von einem Generator erzeugte Spannung und Frequenz in eine andere Spannung und Frequenz gewandelt werden kann. Soll die elektrische Maschine der Leistungserzeugungs-Anordnung jedoch über eine Leistungselektronik mit einem Stromnetz verbunden werden, muss diese Leistungselektronik auf die Maximalleistung ausgelegt sein, welche von der Leistungserzeugungs-Anordnung geliefert werden kann. Auch wenn als elektrische Maschine ein Asynchrongenerator eingesetzt wird, der drehzahlvariabel betrieben werden soll, muss die abgegebene elektrische Leistung komplett mittels Leistungselektronik auf die gewünschte Spannung und Frequenz umgesetzt werden, was eine Leistungselektronik erfordert, welche auf die Nennleistung der Leistungserzeugungs-Anordnung abgestimmt ist. Der Schlupf einer typischen Asynchronmaschine mit kurzgeschlossenem Läufer beträgt nur wenige Prozent, sodass sich im Übrigen für die Brennkraftmaschine in Hinblick auf die zuvor genannten Nachteile keine nennenswert anderen Bedingungen ergeben. It is in principle possible to operate variable speed power generation arrangements whereby by means of power electronics, such as a rectifier and inverter, or an inverter, each voltage and frequency generated by a generator can be converted to a different voltage and frequency. However, if the electrical machine of the power generation arrangement is to be connected via power electronics to a power grid, this power electronics must be designed for the maximum power that can be supplied by the power generation arrangement. Even if an asynchronous generator is used as the electric machine, which is to be operated variable speed, the electrical power output must be completely implemented by means of power electronics to the desired voltage and frequency, which requires power electronics, which is tuned to the rated power of the power generation arrangement. The slip of a typical asynchronous machine with a short-circuited rotor is only a few percent, so that, incidentally, for the internal combustion engine in view of the aforementioned disadvantages do not result in any other conditions.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Leistungserzeugungs-Anordnung, ein Stromnetz mit einer solchen Leistungserzeugungs-Anordnung sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Leistungserzeugungs-Anordnung zu schaffen, wobei die genannten Nachteile nicht auftreten. The invention has for its object to provide a power generation arrangement, a power grid with such a power generation arrangement and a method for operating such a power generation arrangement, said disadvantages do not occur.

Die Aufgabe wird gelöst, indem die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche geschaffen werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. The object is achieved by providing the subject matters of the independent claims. Advantageous embodiments emerge from the subclaims.

Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem eine Leistungserzeugungs-Anordnung zur Erzeugung elektrischer Leistung geschaffen wird, welche wenigstens eine elektrische Maschine und wenigstens eine Brennkraftmaschine aufweist. Dabei ist vorgesehen, dass die elektrische Maschine als doppelt gespeiste, erste Asynchronmaschine ausgebildet ist, und dass die Brennkraftmaschine direkt mit der elektrischen Maschine antriebswirkverbunden ist. Durch die Verwendung der doppelt gespeisten Asynchronmaschine als elektrische Maschine ist es möglich, diese direkt – ohne Zwischenschaltung einer Leistungselektronik – am Stromnetz zu betreiben und trotzdem – über eine Variation der Frequenz eines in einen Läufer der elektrischen Maschine eingespeisten Drehfeldes – die Brennkraftmaschine drehzahlvariabel betreiben zu können. Dabei ist es insbesondere möglich, die Brennkraftmaschine sowohl übersynchron als auch untersynchron zu betreiben, sodass sie zumindest in bestimmten Betriebszuständen bei Volllast betrieben werden kann. Darüber hinaus kann die Drehzahl der Brennkraftmaschine lastabhängig in Hinblick auf einen Kraftstoffverbrauch optimiert werden, und der Verschleiß der Brennkraftmaschine kann durch geeignete Wahl von deren Drehzahl im Teillastbereich reduziert werden. Für einen Betrieb im 50 Hz-Stromnetz und im 60 Hz-Stromnetz können gleiche Leistungserzeugungs-Anordnungen verwendet werden, sodass der Aufwand für verschiedenen Aufbau, Typisierung und Zertifizierung von Leistungserzeugungs-Anordnungen entfallen kann. Für die Einspeisung eines Drehfelds in den Läufer der doppelten gespeisten Asynchronmaschine bedarf es zwar noch einer Leistungselektronik, diese muss aber lediglich die Blindleistung für die Läufererregung sowie zusätzlich gegebenenfalls eine vom Schlupf abhängige Differenzleistung aufbringen, die deutlich kleiner ist als die Nennleistung der Leistungserzeugungs-Anordnung, wobei sie typischer Weise – insbesondere bei vernachlässigbarem Schlupf, wobei die Differenzleistung bei Synchrondrehzahl verschwindet – im Bereich von 10% dieser Nennleistung liegt. Daher kann die Leistungselektronik deutlich kleiner und kostengünstiger ausfallen. Wartungsintervalle für die Brennkraftmaschine können aufgrund des reduzierten Verschleißes verlängert werden, wobei auch ein Ölverbrauch reduziert werden kann, wenn die Brennkraftmaschine im Teillastbereich bei niedrigen Drehzahlen betrieben werden kann. The object is achieved in particular by providing a power generation arrangement for generating electrical power, which has at least one electric machine and at least one internal combustion engine. It is provided that the electric machine is designed as a doubly-fed, first asynchronous machine, and that the internal combustion engine is directly drive-connected to the electric machine. By using the double-fed asynchronous machine as an electric machine, it is possible to operate them directly - without the interposition of power electronics - on the power grid and still - to operate variable speed via a variation of the frequency of a fed into a rotor of the electric machine rotating field , It is particularly possible to operate the internal combustion engine both over-synchronous and under-synchronous, so that they can be operated at full load, at least in certain operating conditions. In addition, the speed of the internal combustion engine can be optimized depending on the load in terms of fuel consumption, and the wear of the internal combustion engine can be reduced by a suitable choice of their speed in the partial load range. For operation in the 50 Hz power grid and in the 60 Hz power grid, the same power generation arrangements can be used, so that the cost of various construction, typing and certification of power generation arrangements can be omitted. For the feeding of a rotating field in the rotor of the double-fed asynchronous machine while still requires power electronics, but this must only muster the reactive power for the rotor excitation and additionally optionally a dependent on the slip differential power, which is significantly smaller than the rated power of the power generation arrangement, typically being in the range of 10% of this rated power, especially with negligible slip, with the differential power disappearing at synchronous speed. Therefore, the Power electronics significantly smaller and cheaper. Maintenance intervals for the internal combustion engine can be extended due to the reduced wear, and also an oil consumption can be reduced if the internal combustion engine can be operated in the partial load range at low speeds.

Unter einer doppelt gespeisten Asynchronmaschine wird hier insbesondere eine Asynchronmaschine mit Läuferstromeinspeisung verstanden, wobei insbesondere in dem Läufer ein Drehfeld erregt wird. Eine doppelt gespeiste Asynchronmaschine hat demnach bevorzugt im Läufer eine Drehstromwicklung, die mit einem Drehfeld zur Erregung des Läufers gespeist wird. Diese externe Erregung ermöglicht eine Stromerzeugung im Ständer der Asynchronmaschine, deren Spannung und Frequenz in weiten Bereichen unabhängig von der mechanischen Drehzahl eingestellt werden kann. Die an einem Ständer der Asynchronmaschine abgreifbare Netzfrequenz ergibt sich dabei insbesondere als Summe aus einer Frequenz des in dem Läufer erregten Drehfelds und der Polzahl des Läufers multipliziert mit dessen mechanischer Rotationsfrequenz. Abhängig von der Erregerfrequenz des Läufers, also der Frequenz des Drehfeldes, welches in dem Läufer erregt wird, kann die Brennkraftmaschine – bei konstanter Netzfrequenz – mit variabler Drehzahl, insbesondere übersynchron oder untersynchron, betrieben werden. Dabei ermöglicht es die Kombination der doppelt gespeisten Asynchronmaschine mit der Brennkraftmaschine insbesondere, einen Drehstrom mit einer bestimmten Frequenz und einer bestimmten Spannung über den gesamten Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine zu erzeugen. Auf diese Weise ist es möglich, die Drehzahl der Brennkraftmaschine durch entsprechende Anpassung der Erregerfrequenz für den Läufer einer aktuellen Leistung oder Last anzupassen. A double-fed asynchronous machine is to be understood here in particular as an asynchronous machine with rotor current feed, wherein a rotating field is excited in particular in the rotor. A double-fed asynchronous machine therefore preferably has in the rotor a three-phase winding, which is fed with a rotating field for exciting the rotor. This external excitation allows power generation in the stator of the asynchronous machine, whose voltage and frequency can be adjusted in many areas regardless of the mechanical speed. The network frequency which can be tapped on a stator of the asynchronous machine is obtained in particular as the sum of a frequency of the rotating field excited in the rotor and the number of poles of the rotor multiplied by its mechanical rotational frequency. Depending on the excitation frequency of the rotor, so the frequency of the rotating field, which is excited in the rotor, the internal combustion engine - at a constant mains frequency - with variable speed, in particular over-synchronous or under-synchronous, operated. In this case, the combination of the double-fed asynchronous machine with the internal combustion engine makes it possible in particular to generate a three-phase current with a specific frequency and a specific voltage over the entire speed range of the internal combustion engine. In this way it is possible to adjust the speed of the internal combustion engine by adjusting the excitation frequency for the rotor of a current power or load.

Unter einem untersynchronen Betrieb der Brennkraftmaschine wird eine Betriebsweise verstanden, bei welcher die Drehzahl der Brennkraftmaschine niedriger ist, als es einer Synchrondrehzahl – unter Berücksichtigung der Polzahl des Läufers – entspricht, wobei die Synchrondrehzahl die Drehzahl ist, mit welcher die Brennkraftmaschine eine Synchronmaschine mit gleicher Polzahl antreiben müsste, um die bestimmte Netzfrequenz zu erzeugen. Unter einem übersynchronen Betrieb wird eine Betriebsweise verstanden, bei welcher die Brennkraftmaschine eine Drehzahl aufweist, die größer ist als die Synchrondrehzahl. Beide Betriebsweisen sind im generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine durch entsprechend geeignete Wahl der Erregerfrequenz möglich. An undersynchronous operation of the internal combustion engine is understood to mean an operating mode in which the rotational speed of the internal combustion engine is lower than corresponds to a synchronous rotational speed, taking into account the number of poles of the rotor, wherein the synchronous rotational speed is the rotational speed with which the internal combustion engine has a synchronous machine with the same number of poles would have to drive to generate the particular grid frequency. An over-synchronous operation is understood as an operating mode in which the internal combustion engine has a rotational speed that is greater than the synchronous rotational speed. Both modes of operation are possible in generator operation of the electric machine by appropriately selecting the exciter frequency.

Insbesondere deswegen, weil auch ein übersynchroner Betrieb der Brennkraftmaschine und damit höhere Drehzahlen möglich sind, kann die Brennkraftmaschine kleiner gewählt werden, als wenn die Synchrondrehzahl eingehalten werden muss oder zumindest eine Obergrenze für die Drehzahl der Brennkraftmaschine darstellt. Eine bestimmte maximale Leistung kann nämlich bei höherer Drehzahl auch von einer kleineren Brennkraftmaschine – insbesondere mit geringerem Hubraum und/oder geringerer Zylinderzahl – aufgebracht werden. In particular, because an over-synchronous operation of the internal combustion engine and thus higher speeds are possible, the internal combustion engine can be selected smaller than when the synchronous speed must be maintained or at least represents an upper limit for the speed of the internal combustion engine. Namely, a certain maximum power can also be applied at a higher rotational speed by a smaller internal combustion engine, in particular with a smaller displacement and / or a smaller number of cylinders.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Brennkraftmaschine als Dieselmotor ausgebildet ist. Alternativ ist bevorzugt vorgesehen, dass die Brennkraftmaschine als Gasmotor ausgebildet ist. Sowohl für Dieselmotoren als auch für Gasmotoren verwirklichen sich in besonderer Weise die bereits erwähnten Vorteile der Leistungserzeugungs-Anordnung, wobei Dieselmotoren und/oder Gasmotoren in vorteilhafter Weise zur Stromerzeugung in hier angesprochenen Leistungserzeugungs-Anordnungen eingesetzt werden können. According to one embodiment of the invention, it is provided that the internal combustion engine is designed as a diesel engine. Alternatively, it is preferably provided that the internal combustion engine is designed as a gas engine. Both for diesel engines and for gas engines, the already mentioned advantages of the power generation arrangement are realized in a particular way, whereby diesel engines and / or gas engines can be advantageously used for power generation in power generation arrangements addressed here.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die elektrische Maschine als Schleifringläufer-Asynchronmaschine ausgebildet ist. Dabei kann die Leistungselektronik zur Erregung des Läufers in günstiger und einfacher Weise außerhalb der Asynchronmaschine angeordnet sein, wobei die Läuferwicklungen über Schleifringe kontaktiert werden. Dabei wird eine Anzahl von Schleifringen bevorzugt so gewählt, dass der Strom, welcher durch die Schleifringe fließt, so bemessen ist, dass eine akzeptable Temperatur für die Schleifringe im Betrieb erreicht wird. Insbesondere kann durch eine größere Zahl von Schleifringen, auf welche der Strom aufgeteilt wird, der Strom durch einen einzelnen Schleifring reduziert werden, wodurch auch die Temperatur der Schleifringe reduziert werden kann. Hierdurch wird die Lebensdauer der Schleifringe – und insbesondere von Kohlebürsten – verlängert. According to one embodiment of the invention it is provided that the electrical machine is designed as a slip-ring rotor asynchronous machine. In this case, the power electronics for excitation of the rotor can be arranged in a cheaper and easier way outside the asynchronous machine, wherein the rotor windings are contacted via slip rings. A number of slip rings are preferably selected so that the current flowing through the slip rings is sized to achieve an acceptable temperature for the slip rings during operation. In particular, by having a larger number of slip rings to which the current is split, the current through a single slip ring can be reduced, whereby the temperature of the slip rings can also be reduced. As a result, the life of the slip rings - and in particular of carbon brushes - extended.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine zweite Asynchronmaschine auf einer Läuferwelle der elektrischen Maschine angeordnet ist, wobei die zweite Asynchronmaschine mit dem Läufer der elektrischen Maschine elektrisch verbunden ist. In diesem Fall wird die zweite Asynchronmaschine zur Erregung des Läufers der doppelt gespeisten, ersten Asynchronmaschine verwendet. Dies ermöglicht eine berührungsfreie, schleifringlose Zuführung der Erregerleistung an den Läufer der doppelt gespeisten Asynchronmaschine. Die zweite Asynchronmaschine verfügt vorzugsweise über eine eigene Ständerwicklung, wobei über die Wahl der Frequenz eines Drehfelds für die Ständerwicklung der zweiten Asynchronmaschine die Erregerfrequenz für das Drehfeld des Läufers der doppelt gespeisten Asynchronmaschine eingestellt werden kann. Hierzu wird vorzugsweise die Ständerwicklung der zweiten Asynchronmaschine mittels einer Leistungselektronik, insbesondere mit einem Gleichrichter und einem Wechselrichter, und/oder mit einem Umrichter, angesteuert. Dadurch, dass die zweite Asynchronmaschine auf der Läuferwelle der elektrischen Maschine angeordnet ist, wird sie gemeinsam mit dieser durch die Brennkraftmaschine angetrieben. Dies ermöglicht insgesamt eine besonders einfache und zugleich verschleißarme Ausgestaltung der Leistungserzeugungs-Anordnung. According to one embodiment of the invention, it is provided that a second asynchronous machine is arranged on a rotor shaft of the electric machine, wherein the second asynchronous machine is electrically connected to the rotor of the electric machine. In this case, the second asynchronous machine is used to excite the rotor of the doubly fed, first asynchronous machine. This allows a non-contact, slip-ringless supply of excitation power to the rotor of the double-fed asynchronous machine. The second asynchronous machine preferably has its own stator winding, wherein the choice of the frequency of a rotating field for the stator winding of the second asynchronous machine, the exciter frequency for the rotating field of the rotor of the double-fed asynchronous machine can be adjusted. For this purpose, preferably the stator winding of the second asynchronous machine by means of a Power electronics, in particular with a rectifier and an inverter, and / or with a converter, driven. Characterized in that the second asynchronous machine is arranged on the rotor shaft of the electric machine, it is driven together with this by the internal combustion engine. Overall, this allows a particularly simple and at the same time low-wear configuration of the power generation arrangement.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass zur Läuferstromeinspeisung der elektrischen Maschine ein Umrichter vorgesehen ist. Dies ermöglicht in besonders flexibler und einfacher Weise eine Läuferstromeinspeisung mit variabler Frequenz. Vorzugsweise ist der Umrichter als Umrichter mit Vier-Quadranten-Verhalten ausgebildet. According to one embodiment of the invention, it is provided that a converter is provided for Läuferstromeinspeisung the electric machine. This allows in a particularly flexible and easy way a rotor power supply with variable frequency. Preferably, the inverter is designed as a converter with four-quadrant behavior.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Leistungserzeugungs-Anordnung eine Steuereinrichtung aufweist, die eingerichtet ist zur Bestimmung einer – insbesondere momentanen – Erregerfrequenz für den Umrichter in Abhängigkeit von einer – insbesondere momentanen – Last der Brennkraftmaschine. Die Steuereinrichtung ist insbesondere eingerichtet, um die momentane Last der Brennkraftmaschine zu erfassen und abhängig von der erfassten momentanen Last der Brennkraftmaschine die momentane Erregerfrequenz für den Läufer der elektrischen Maschine zu bestimmen. Somit ist die Steuereinrichtung insbesondere in der Lage, durch die entsprechende Wahl der Erregerfrequenz zu gewährleisten, dass die Brennkraftmaschine bei einer lastabhängigen, insbesondere lastabhängig geeigneten Drehzahl in Hinblick auf einen minimalen Kraftstoffverbrauch und/oder einen minimalen Verschleiß, also eine maximale Lebensdauer, betrieben werden kann. According to one embodiment of the invention, it is provided that the power generation arrangement has a control device which is set up to determine a - in particular momentary - excitation frequency for the converter as a function of a - in particular momentary - load of the internal combustion engine. The control device is in particular configured to detect the instantaneous load of the internal combustion engine and, depending on the detected instantaneous load of the internal combustion engine, to determine the instantaneous exciter frequency for the rotor of the electrical machine. Thus, the control device is in particular able to ensure by the appropriate choice of the excitation frequency that the internal combustion engine at a load-dependent, in particular load-dependent suitable speed in terms of minimum fuel consumption and / or minimal wear, so a maximum life can be operated ,

Die Last der Brennkraftmaschine kann bevorzugt mittels eines Schlupfsensors an der elektrischen Maschine, und/oder mittels eines Drehzahlsensor an der elektrischen Maschine oder an der Brennkraftmaschine, und/oder anhand einer Strommessung des von der elektrischen Maschine abgegebenen Stroms bestimmt werden. Hierzu ist vorzugsweise ein Drehzahlsensor, ein Winkelsensor zur Erfassung einer Winkelposition des Läufers, und/oder ein Stromsensor oder allgemein eine Strommesseinrichtung, vorgesehen, wobei zumindest eines dieser Mess- oder Sensorelemente mit der Steuereinrichtung wirkverbunden ist. Die Steuereinrichtung ermittelt aus dem Mess- oder Sensorsignal des Mess- oder Sensorelements die Last der Brennkraftmaschine und bestimmt anhand dieser die Erregerfrequenz für den Läufer der elektrischen Maschine. The load of the internal combustion engine can preferably be determined by means of a slip sensor on the electric machine, and / or by means of a speed sensor on the electric machine or on the internal combustion engine, and / or by means of a current measurement of the current emitted by the electric machine. For this purpose, a speed sensor, an angle sensor for detecting an angular position of the rotor, and / or a current sensor or generally a current measuring device is preferably provided, wherein at least one of these measuring or sensor elements is operatively connected to the control device. The control device determines from the measurement or sensor signal of the measuring or sensor element, the load of the internal combustion engine and determines based on this, the excitation frequency for the rotor of the electric machine.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung eingerichtet ist, um für die Brennkraftmaschine bei gegebener Last eine verbrauchsoptimierte Drehzahl zu erzielen. Hierdurch ist es möglich, die Brennkraftmaschine verbrauchsoptimiert zu betreiben und so Kraftstoff einzusparen. Besonders bevorzugt ist die Steuereinrichtung eingerichtet, um bei gegebener Klemmenspannung der elektrischen Maschine und/oder bei gegebener Klemmenfrequenz am Ständer der elektrischen Maschine eine verbrauchsoptimierte Drehzahl für die Brennkraftmaschine einzustellen. According to one embodiment of the invention, it is provided that the control device is set up in order to achieve a consumption-optimized speed for the internal combustion engine for a given load. This makes it possible to operate the engine consumption optimized and so save fuel. Particularly preferably, the control device is set up to set a consumption-optimized speed for the internal combustion engine at a given terminal voltage of the electric machine and / or at a given terminal frequency on the stator of the electric machine.

Es ist möglich, dass eine verbrauchsoptimierte Drehzahl für die Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von der Last, der Klemmenspannung und/oder der Klemmenfrequenz am Ständer der elektrischen Maschine in einem Kennfeld hinterlegt ist oder aus einem momentanen Zustand der Brennkraftmaschine bestimmbar ist. It is possible that a consumption-optimized speed for the internal combustion engine depending on the load, the terminal voltage and / or the terminal frequency on the stator of the electric machine is stored in a map or can be determined from a current state of the internal combustion engine.

Unter einer verbrauchsoptimierten Drehzahl wird insbesondere eine Drehzahl verstanden, bei der – unter ansonsten festgehaltenen Bedingungen für den Betrieb der Brennkraftmaschine – ein Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine minimiert ist. Dabei wird unter „minimiert“ insbesondere verstanden, dass nicht zwingend tatsächlich das Verbrauchsminimum aufgefunden oder aufgesucht wird, wobei aber die verbrauchsoptimierte Drehzahl zumindest nahe an dem tatsächlichen Verbrauchsminimum liegt, und/oder durch ein Minimierungsverfahren, das entweder in Echtzeit – insbesondere in Abhängigkeit von einem momentanen Zustand der Brennkraftmaschine – durchgeführt oder vorab simuliert werden kann, wobei die Ergebnisse dann vorzugsweise in einem Kennfeld hinterlegt oder aber direkt zur Ansteuerung der Brennkraftmaschine verwendet werden, aufgesucht wird/wurde. Bei dem derart aufgefundenen Verbrauchsminimum kann es sich um ein globales Minimum handeln, es kann sich aber auch um ein lokales Minimum handeln. Weiterhin zeigt sich, dass als Ergebnis einer Minimierung nicht notwendig das exakte Minimum resultiert, sondern gegebenenfalls ein Wert, der einen – vorzugsweise kleinen – Abstand zu dem tatsächlichen Minimum aufweist. Under a consumption-optimized speed is in particular a speed understood in which - under otherwise recorded conditions for the operation of the internal combustion engine - a fuel consumption of the internal combustion engine is minimized. In this case, "minimized" means, in particular, that the consumption minimum is not necessarily actually found or visited, but the consumption-optimized speed is at least close to the actual consumption minimum, and / or by a minimization method, either in real time or in particular as a function of one Current state of the internal combustion engine - can be performed or simulated in advance, the results are then preferably stored in a map or used directly to control the internal combustion engine, is sought / was. The consumption minimum so found can be a global minimum, but it can also be a local minimum. Furthermore, it is found that as a result of minimization, the exact minimum does not necessarily result, but optionally a value which has a - preferably small - distance to the actual minimum.

Die Steuereinrichtung ist bevorzugt eingerichtet, um die Erregerfrequenz für den Läufer und die Drehzahl für die Brennkraftmaschine derart aufeinander abzustimmen, dass einerseits die Brennkraftmaschine bei verbrauchsoptimierter Drehzahl betrieben werden kann, wobei andererseits am Ständer der elektrischen Maschine die gegebene, vorbestimmte Netzfrequenz abgreifbar ist. The control device is preferably set up in order to match the excitation frequency for the rotor and the speed for the internal combustion engine in such a way that, on the one hand, the internal combustion engine can be operated at a consumption-optimized speed, while on the other hand, the given, predetermined mains frequency can be tapped off at the stator of the electric machine.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Drehzahlsensor an der Brennkraftmaschine oder an der Läuferwelle der elektrischen Maschine angeordnet ist. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass ein virtueller Drehzahlsensor in der elektrischen Maschine implementiert ist, um die Läuferdrehzahl der elektrischen Maschine zu erfassen. Wenigstens einer dieser Drehzahlsensoren ist bevorzugt mit der Steuereinrichtung wirkverbunden. According to one embodiment of the invention, it is provided that a speed sensor is arranged on the internal combustion engine or on the rotor shaft of the electric machine. Alternatively or additionally, it is possible for a virtual speed sensor to be implemented in the electric machine is to detect the rotor speed of the electric machine. At least one of these speed sensors is preferably operatively connected to the control device.

Zusätzlich oder alternativ ist bevorzugt ein Winkelsensor vorgesehen, mit dem die Winkelposition des Läufers der elektrischen Maschine bestimmt werden kann. Auch der Winkelsensor ist bevorzugt mit der Steuereinrichtung wirkverbunden. Additionally or alternatively, an angle sensor is preferably provided, with which the angular position of the rotor of the electrical machine can be determined. Also, the angle sensor is preferably operatively connected to the control device.

Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein Stromnetz geschaffen wird, welches eine Leistungserzeugungs-Anordnung nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele aufweist. Ein Stromkreis des Stromnetzes ist mit dem Ständer der elektrischen Maschine elektrisch verbunden. In Zusammenhang mit dem Stromnetz verwirklichen sich insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit der Leistungserzeugungs-Anordnung beschrieben wurden. Das Stromnetz weist bevorzugt eine bestimmte, insbesondere feste Frequenz auf, insbesondere 50 Hz oder 60 Hz. „Fest“ bedeutet insbesondere, dass die Frequenz bis auf Toleranzen unveränderlich ist. Es ist ohne weiteres möglich, mit variabler Drehzahl der Brennkraftmaschine an den Klemmen der elektrischen Maschine eine Spannung mit der bestimmten Frequenz des Stromnetzes zu erzeugen, da die Erregerfrequenz für den Läufer der doppelt gespeisten Asynchronmaschine zu der entsprechenden Drehzahl der Brennkraftmaschine derart passend gewählt werden kann, dass letztlich an den Klemmen der elektrischen Maschine die bestimmte Frequenz für das Stromnetz resultiert. The object is also achieved by providing a power grid having a power generation arrangement according to one of the previously described embodiments. A circuit of the power network is electrically connected to the stator of the electric machine. In particular, the advantages already described in connection with the power generation arrangement are realized in connection with the power grid. The power grid preferably has a specific, in particular fixed frequency, in particular 50 Hz or 60 Hz. "Fixed" means, in particular, that the frequency is immutable up to tolerances. It is readily possible, with variable speed of the internal combustion engine at the terminals of the electric machine to generate a voltage with the specific frequency of the power network, since the excitation frequency for the rotor of the double-fed induction machine can be chosen to match the corresponding speed of the internal combustion engine, that ultimately results in the terminals of the electrical machine, the specific frequency for the power grid.

Vorzugsweise weist das Stromnetz eine bestimmte, insbesondere feste Spannung auf, insbesondere eine Spannung von 400 V oder von 690 V. Preferably, the power grid has a certain, in particular fixed voltage, in particular a voltage of 400 V or 690 V.

Das Stromnetz ist bevorzugt als Drehstromnetz oder Drei-Phasen-Stromnetz ausgebildet. The power grid is preferably designed as a three-phase network or three-phase power grid.

Unter einem Stromkreis des Stromnetzes wird hier ein Leitungsnetz des Stromnetzes verstanden, welches an die elektrische Maschine elektrisch angeschlossen ist. Das Stromnetz schließt also begrifflich die Leistungserzeugungs-Anordnung ein, während quasi der Stromkreis des Stromnetzes dessen verbleibende Bestandteile ohne die Leistungserzeugungs-Anordnung anspricht. Under a circuit of the power network is understood here a network of the power network, which is electrically connected to the electric machine. The power grid thus conceptually includes the power generation arrangement, while virtually the circuit of the power grid responds to its remaining components without the power generation arrangement.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist das Stromnetz bevorzugt als Inselnetz ausgebildet. Dabei kann es sich insbesondere um das Bordnetz eines Fahrzeugs, insbesondere eines Schifffahrzeugs, beispielsweise einer Yacht, eines Fährschiffs, oder eines Unterseeboots handeln. According to one embodiment of the invention, the power grid is preferably designed as an island grid. This may in particular be the vehicle electrical system of a vehicle, in particular a ship, for example a yacht, a ferry, or a submarine.

Vorzugsweise sind zur Versorgung des Bordnetzes eines Schifffahrzeugs mehrere Leistungserzeugungs-Anordnungen vorgesehen, wobei jede Leistungserzeugungs-Anordnung eine Brennkraftmaschine und eine elektrische Maschine aufweist, wobei die Brennkraftmaschine mit der elektrischen Maschine antriebswirkverbunden ist. Besonders bevorzugt ist wenigstens eine dieser Leistungserzeugungs-Anordnungen nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele ausgebildet. Vorzugsweise sind alle Leistungserzeugungs-Anordnungen des Bordnetzes gemäß einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele ausgebildet. Dabei werden die Brennkraftmaschinen typischerweise im Teillastbereich betrieben, insbesondere wenn alle Brennkraftmaschinen im Betrieb sind. Hierdurch ist eine Redundanz für die Speisung des Bordnetzes gegeben. In vorteilhafter Weise können die Brennkraftmaschinen bei der erfindungsgemäßen Leistungserzeugungs-Anordnung im Teillastbereich untersynchron und insbesondere bei verbrauchsoptimierter Drehzahl betrieben werden. Fällt eine Brennkraftmaschine aus, kann vorzugsweise eine andere Brennkraftmaschine in den Volllastbetrieb gefahren werden, um den Ausfall auszugleichen. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, den Lastpunkt einiger oder aller verbleibenden Brennkraftmaschinen entsprechend der ausgefallenen Leistung anzuheben. Insbesondere im Volllastbetrieb ist es möglich, eine Brennkraftmaschine übersynchron zu betreiben, sodass aufgrund der – im Vergleich zur Synchrondrehzahl – erhöhten Drehzahl eine kleinere Brennkraftmaschine verwendet werden kann, um die gleiche Leistung abzugeben, die bei Synchrondrehzahl erst von einer größeren Brennkraftmaschine abgegeben werden könnte. Dabei bedeutet eine „kleinere Brennkraftmaschine“ im Vergleich zu einer „größeren Brennkraftmaschine“ insbesondere eine Brennkraftmaschine mit kleinerem Hubraum und/oder kleinerer Zylinderzahl. Mittels der erfindungsgemäßen Leistungserzeugungs-Anordnung ist es also möglich, kleinere Brennkraftmaschinen zu verwenden. Die insoweit dann höhere Drehzahl im Volllastbetrieb kann zumindest kurzfristig in Kauf genommen werden, ohne dass ein nennenswerter Verschleiß oder eine nennenswerte Verkürzung der Lebensdauer der Brennkraftmaschine auftritt. Preferably, a plurality of power generation arrangements are provided for supplying the on-board network of a ship, wherein each power generation arrangement comprises an internal combustion engine and an electric machine, wherein the internal combustion engine is drive-connected to the electric machine. Particularly preferably, at least one of these power generation arrangements is designed according to one of the previously described embodiments. Preferably, all power generation arrangements of the electrical system are designed according to one of the previously described embodiments. The internal combustion engines are typically operated in the partial load range, in particular when all internal combustion engines are in operation. As a result, a redundancy for the supply of the electrical system is given. Advantageously, the internal combustion engines in the power generation arrangement according to the invention in the partial load range can be operated unterynchronously and in particular at consumption-optimized speed. If an internal combustion engine fails, preferably another internal combustion engine can be driven into full load operation to compensate for the failure. Alternatively or additionally, it is possible to increase the load point of some or all of the remaining internal combustion engines according to the failed power. In particular, in full load operation, it is possible to operate an internal combustion engine over synchronous, so due to the - compared to the synchronous speed - increased speed a smaller internal combustion engine can be used to deliver the same power that could be delivered at synchronous speed only from a larger internal combustion engine. In this case, a "smaller internal combustion engine" in comparison to a "larger internal combustion engine" means in particular an internal combustion engine with a smaller displacement and / or a smaller number of cylinders. By means of the power generation arrangement according to the invention, it is thus possible to use smaller internal combustion engines. The extent then higher speed in full load operation can be taken at least in the short term, without a significant wear or a significant shortening of the life of the engine occurs.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Stromnetz als regionales Stromnetz oder als überregionales Stromnetz ausgebildet ist. Auch bei solchen größeren Stromnetzen kann die hier vorgeschlagene Leistungserzeugungs-Anordnung vorteilhaft eingesetzt werden. According to one embodiment of the invention, it is provided that the power grid is designed as a regional power grid or as a supraregional power grid. Even with such larger power grids, the power generation arrangement proposed here can be used advantageously.

Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise als Hubkolbenmotor ausgebildet. Es ist möglich, dass die Brennkraftmaschine zum Antrieb eines Personenkraftwagens, eines Lastkraftwagens oder eines Nutzfahrzeugs eingerichtet ist. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel dient die Brennkraftmaschine dem Antrieb insbesondere schwerer Land- oder Wasserfahrzeuge, beispielsweise von Minenfahrzeugen, Zügen, wobei die Brennkraftmaschine in einer Lokomotive oder einem Triebwagen eingesetzt wird, oder von Schiffen. Auch ein Einsatz der Brennkraftmaschine zum Antrieb eines der Verteidigung dienenden Fahrzeugs, beispielsweise eines Panzers, ist möglich. Ein Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine wird vorzugsweise auch stationär, beispielsweise zur stationären Energieversorgung im Notstrombetrieb, Dauerlastbetrieb oder Spitzenlastbetrieb eingesetzt. Auch eine stationäre Anwendung der Brennkraftmaschine zum Antrieb von Hilfsaggregaten, beispielsweise von Feuerlöschpumpen auf Bohrinseln, ist möglich. Weiterhin ist eine Anwendung der Brennkraftmaschine im Bereich der Förderung fossiler Roh- und insbesondere Brennstoffe, beispielswiese Öl und/oder Gas, möglich. Auch eine Verwendung der Brennkraftmaschine im industriellen Bereich oder im Konstruktionsbereich, beispielsweise in einer Konstruktions- oder Baumaschine, zum Beispiel in einem Kran oder einem Bagger, ist möglich. Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise als Dieselmotor, als Benzinmotor, als Gasmotor zum Betrieb mit Erdgas, Biogas, Sondergas oder einem anderen geeigneten Gas, ausgebildet. Insbesondere wenn die Brennkraftmaschine als Gasmotor ausgebildet ist, ist sie für den Einsatz in einem Blockheizkraftwerk zur stationären Energieerzeugung geeignet. The internal combustion engine is preferably designed as a reciprocating engine. It is possible that the internal combustion engine is arranged to drive a passenger car, a truck or a commercial vehicle. In a preferred embodiment, the internal combustion engine is the drive especially heavy land or Watercraft, for example, mining vehicles, trains, wherein the internal combustion engine is used in a locomotive or a railcar, or ships. It is also possible to use the internal combustion engine to drive a defense vehicle, for example a tank. An exemplary embodiment of the internal combustion engine is preferably also stationary, for example, used for stationary energy supply in emergency operation, continuous load operation or peak load operation. A stationary application of the internal combustion engine for driving auxiliary equipment, such as fire pumps on oil rigs, is possible. Furthermore, an application of the internal combustion engine in the field of promoting fossil raw materials and in particular fuels, for example oil and / or gas, possible. It is also possible to use the internal combustion engine in the industrial sector or in the field of construction, for example in a construction or construction machine, for example in a crane or an excavator. The internal combustion engine is preferably designed as a diesel engine, as a gasoline engine, as a gas engine for operation with natural gas, biogas, special gas or another suitable gas. In particular, when the internal combustion engine is designed as a gas engine, it is suitable for use in a cogeneration plant for stationary power generation.

Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein Verfahren zum Betreiben einer Leistungserzeugungs-Anordnung zur Erzeugung elektrischer Leistung geschaffen wird. Dabei wird eine Leistungserzeugungs-Anordnung betrieben, welche eine elektrische Maschine und eine Brennkraftmaschine aufweist, wobei die elektrische Maschine als doppelt gespeiste Asynchronmaschine ausgebildet ist und von der Brennkraftmaschine angetrieben wird. In Zusammenhang mit dem Verfahren ergeben sich insbesondere die Vorteile, die in Zusammenhang mit der Leistungserzeugungs-Anordnung beschrieben wurden. The object is also achieved by providing a method of operating a power generation arrangement for generating electrical power. In this case, a power generation arrangement is operated, which comprises an electric machine and an internal combustion engine, wherein the electric machine is designed as a double-fed asynchronous machine and is driven by the internal combustion engine. In particular, the advantages described in connection with the power generation arrangement arise in connection with the method.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass im Betrieb der Leistungserzeugungs-Anordnung eine Erregerfrequenz für den Läufer der elektrischen Maschine in Abhängigkeit von einer Last der Brennkraftmaschine bestimmt wird. Insbesondere wird bevorzugt eine momentane Erregerfrequenz für den Läufer in Abhängigkeit von einer momentanen Last der Brennkraftmaschine bestimmt. According to one embodiment of the invention, it is provided that, during operation of the power generation arrangement, an excitation frequency for the rotor of the electric machine is determined as a function of a load of the internal combustion engine. In particular, a momentary excitation frequency for the rotor is preferably determined as a function of a momentary load of the internal combustion engine.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass bei gegebener momentaner Last eine verbrauchsoptimierte Drehzahl für die Brennkraftmaschine eingestellt wird. Insbesondere werden dabei die Erregerfrequenz für den Läufer und die Drehzahl der Brennkraftmaschine so aufeinander abgestimmt, dass einerseits die Brennkraftmaschine bei verbrauchsoptimierter Drehzahl betrieben wird, wobei andererseits an dem Ständer der elektrischen Maschine eine bestimmte, insbesondere konstante oder feste Frequenz abgegriffen wird. According to one embodiment of the invention, it is provided that, given a momentary load, a consumption-optimized speed for the internal combustion engine is set. In particular, while the exciter frequency for the rotor and the speed of the engine are coordinated so that on the one hand the engine is operated at fuel-optimized speed, on the other hand on the stator of the electric machine a certain, especially constant or fixed frequency is tapped.

Die Beschreibung der Leistungserzeugungs-Anordnung und des Stromnetzes einerseits sowie des Verfahrens andererseits sind komplementär zueinander zu verstehen. Verfahrensschritte, die explizit oder implizit in Zusammenhang mit der Leistungserzeugungs-Anordnung und/oder dem Stromnetz beschrieben wurden, sind bevorzugt einzeln oder miteinander kombiniert Schritte einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens. Merkmale der Leistungserzeugungs-Anordnung und/oder des Stromnetzes, die explizit oder implizit in Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben wurden, sind bevorzugt einzeln oder miteinander kombiniert Merkmale eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Leistungserzeugungs-Anordnung und/oder des Stromnetzes. Das Verfahren zeichnet sich bevorzugt durch wenigstens einen Verfahrensschritt aus, der durch wenigstens ein Merkmal eines erfindungsgemäßen oder bevorzugten Ausführungsbeispiels der Leistungserzeugungs-Anordnung und/oder des Stromnetzes bedingt ist. Die Leistungserzeugungs-Anordnung und/oder das Stromnetz zeichnet/zeichnen sich bevorzugt durch wenigstens ein Merkmal aus, welches durch wenigstens einen Schritt einer erfindungsgemäßen oder bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens bedingt ist. The description of the power generation arrangement and the power grid on the one hand and the method on the other hand are to be understood as complementary to each other. Method steps which have been described explicitly or implicitly in connection with the power generation arrangement and / or the power grid are preferably individually or combined with one another Steps of a preferred embodiment of the method. Features of the power generation arrangement and / or the power grid that have been explicitly or implicitly described in connection with the method are preferably individually or combined features of a preferred embodiment of the power generation arrangement and / or the power grid. The method is preferably characterized by at least one method step, which is caused by at least one feature of an inventive or preferred embodiment of the power generation arrangement and / or the power grid. The power generation arrangement and / or the power grid preferably draw / characterize by at least one feature, which is due to at least one step of an inventive or preferred embodiment of the method.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen: The invention will be explained in more detail below with reference to the drawing. Showing:

1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Stromnetzes mit einer Leistungserzeugungs-Anordnung, und 1 a schematic representation of a first embodiment of a power grid with a power generation arrangement, and

2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Stromnetzes mit einer Leistungserzeugungs-Anordnung. 2 a schematic representation of a second embodiment of a power grid with a power generation arrangement.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Stromnetzes 1 mit einer Leistungserzeugungs-Anordnung 3 und einem Stromkreis 5. 1 shows a schematic representation of a first embodiment of a power grid 1 with a power generation arrangement 3 and a circuit 5 ,

Die Leistungserzeugungs-Anordnung 3 ist eingerichtet zur Erzeugung elektrischer Leistung und weist eine elektrische Maschine 7 sowie eine Brennkraftmaschine 9 auf. Die Brennkraftmaschine 9 kann insbesondere als Dieselmotor oder als Gasmotor ausgebildet sein. Die Brennkraftmaschine 9 ist mit der elektrischen Maschine 7 über eine Welle 11 antriebswirkverbunden. The power generation arrangement 3 is set up to generate electrical power and has an electrical machine 7 and an internal combustion engine 9 on. The internal combustion engine 9 can be designed in particular as a diesel engine or as a gas engine. The internal combustion engine 9 is with the electric machine 7 over a wave 11 drive operatively connected.

Die elektrische Maschine 7 ist als doppelt gespeiste Asynchronmaschine – insbesondere mit Läuferstromeinspeisung – ausgebildet. Sie weist einen Läufer 13 und einen Ständer 15 auf. Der Läufer 13 wird von der Brennkraftmaschine 9 angetrieben und relativ zu dem raumfest angeordneten Ständer 15 gedreht. The electric machine 7 is designed as a double-fed asynchronous machine - in particular with Läuferstromeinspeisung - trained. She has a runner 13 and a stand 15 on. The runner 13 is from the internal combustion engine 9 driven and relative to the space fixed stand 15 turned.

Der Ständer 15 ist mit dem Stromkreis 5 elektrisch verbunden. The stand 15 is with the circuit 5 electrically connected.

Zur Läuferstromeinspeisung ist ein Umrichter 17 vorgesehen, der mit dem Läufer 13 zu dessen Erregung elektrisch verbunden ist. Dabei zeigt sich, dass bei der hier vorgeschlagenen Leistungserzeugungs-Anordnung 3 nur eine relativ geringe Blindleistung zur Erregung eines Drehfelds in dem Läufer 13 und gegebenenfalls eine schlupfabhängige Differenzleistung über den Umrichter 17 fließen muss, wobei die Summe dieser Leistungen insbesondere in der Größenordnung von 10 % der Nennleistung der Leistungserzeugungs-Anordnung 3 liegt. Der Ständer 15 ist dagegen direkt mit dem Stromkreis 5 des Stromnetzes 1 elektrisch verbunden, ohne dass eine Leistungselektronik zwischengeschaltet ist. The rotor power supply is a converter 17 provided with the runner 13 to whose excitation is electrically connected. It turns out that in the power generation arrangement proposed here 3 only a relatively small reactive power to excite a rotating field in the rotor 13 and optionally a slip-dependent differential power across the inverter 17 flow, with the sum of these services in particular of the order of 10% of the rated power of the power generation arrangement 3 lies. The stand 15 is directly connected to the circuit 5 of the electricity network 1 electrically connected without a power electronics is interposed.

Es ist eine Steuereinrichtung 19 vorgesehen, die einerseits mit dem Umrichter 17 und andererseits mit der Brennkraftmaschine 9 wirkverbunden ist. Die Steuereinrichtung 19 ist eingerichtet zur Bestimmung einer Erregerfrequenz für den Läufer 13 in Abhängigkeit von einer momentanen Last der Brennkraftmaschine 9. Weiterhin ist die Steuereinrichtung 19 bevorzugt eingerichtet, um für die Brennkraftmaschine bei gegebener Last eine verbrauchsoptimierte Drehzahl zu bestimmen und die Brennkraftmaschine 9 mit dieser Drehzahl anzusteuern beziehungsweise die Brennkraftmaschine 9 zu veranlassen, mit dieser Drehzahl zu laufen. Zugleich ist die Steuereinrichtung 19 eingerichtet, um den Umrichter 17 mit einer entsprechenden Erregerfrequenz anzusteuern, sodass letztlich aus der momentanen Drehzahl der Brennkraftmaschine 9 und der momentanen Erregerfrequenz des Läufers 13 eine vorbestimmte Netzfrequenz für den Stromkreis 5 resultiert. It is a control device 19 provided on the one hand with the inverter 17 and on the other hand with the internal combustion engine 9 is actively connected. The control device 19 is set up to determine an excitation frequency for the runner 13 in response to a momentary load of the internal combustion engine 9 , Furthermore, the control device 19 Preferably configured to determine a consumption-optimized speed for the internal combustion engine for a given load and the internal combustion engine 9 to drive at this speed or the internal combustion engine 9 to run at this speed. At the same time, the control device 19 set up to the inverter 17 to drive with a corresponding excitation frequency, so ultimately from the current speed of the engine 9 and the current exciter frequency of the runner 13 a predetermined power frequency for the circuit 5 results.

Dabei weist der Stromkreis 5 vorzugsweise eine feste, zeitlich konstante Frequenz, insbesondere von 50 Hz oder 60 Hz auf. This shows the circuit 5 preferably a fixed, temporally constant frequency, in particular of 50 Hz or 60 Hz.

Bei dem Stromnetz 1 handelt es sich bevorzugt um ein Drehstromnetz mit drei Phasen. At the power grid 1 it is preferably a three-phase network with three phases.

Es ist möglich, dass der Umrichter 17 mit dem Stromkreis 5 elektrisch verbunden ist, sodass die Blindleistung zur Erregung des Läufers 13 und/oder die Differenzleistung letztlich aus dem Stromkreis 5 entnommen wird. It is possible that the inverter 17 with the circuit 5 is electrically connected, so that the reactive power to excite the runner 13 and / or the difference power ultimately from the circuit 5 is removed.

Die elektrische Maschine 7 ist bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel bevorzugt als Schleifringläufer-Asynchronmaschine ausgebildet, wobei der Strom zur Erregung des Läufers 13 diesem über Schleifringe zugeführt wird. The electric machine 7 is preferably formed in the embodiment shown here as a slip ring rotor asynchronous machine, wherein the current to excite the rotor 13 this is supplied via slip rings.

Vorzugsweise ist ein Drehzahlsensor 21 an der Brennkraftmaschine 9 angeordnet, um deren Drehzahl zu erfassen. Der Drehzahlsensor 21 ist mit der Steuereinrichtung 19 wirkverbunden. Zusätzlich oder alternativ kann ein Drehzahlsensor an der Läuferwelle 11 der elektrischen Maschine 7 angeordnet sein. Es ist auch möglich, dass die elektrische Maschine 7 mit einem virtuellen Drehzahlsensor ausgestattet ist. Preferably, a speed sensor 21 on the internal combustion engine 9 arranged to detect their speed. The speed sensor 21 is with the control device 19 operatively connected. Additionally or alternatively, a speed sensor on the rotor shaft 11 the electric machine 7 be arranged. It is also possible that the electric machine 7 equipped with a virtual speed sensor.

2 zeigt eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels des Stromnetzes 1 mit einem zweiten Ausführungsbeispiel der Leistungserzeugungs-Anordnung 3. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insoweit auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel weist die elektrische Maschine keine Schleifringe auf und ist insofern schleifringfrei oder schleifringlos ausgebildet. Stattdessen ist eine zweite Asynchronmaschine 23 auf der Läuferwelle 11 der ersten Asynchronmaschine, nämlich der elektrischen Maschine 7 angeordnet, wobei die zweite Asynchronmaschine 23 mit dem Läufer 13 der elektrischen Maschine 7 elektrisch verbunden ist. Insbesondere ist ein zweiter Läufer 25 der zweiten Asynchronmaschine 23 elektrisch mit dem ersten Läufer 13 der elektrischen Maschine 7 elektrisch verbunden. Ein zweiter Ständer 27 der zweiten Asynchronmaschine 23 ist mit dem Umrichter 17 elektrisch verbunden und wird durch diesen erregt. Die Drehzahl der Brennkraftmaschine 9 einerseits und eine Schaltfrequenz des Umrichters 17, somit die Frequenz eines Drehfelds in dem zweiten Ständer 27 andererseits, bestimmen letztlich die Frequenz eines Drehfelds in dem zweiten Läufer 25 der zweiten elektrischen Maschine 23 und damit zugleich die Erregerfrequenz für den Läufer 13 der elektrischen Maschine 7. Somit kann auch bei diesem Ausführungsbeispiel mittels des Umrichters 17 eine Erregerfrequenz für den Läufer 13 vorgegeben werden, die vorzugsweise auf eine verbrauchsoptimierte Drehzahl der Brennkraftmaschine 9 abgestimmt werden kann. 2 shows a schematic representation of a second embodiment of the power grid 1 with a second embodiment of the power generation arrangement 3 , Identical and functionally identical elements are provided with the same reference numerals, so that reference is made to the preceding description. In the embodiment shown here, the electric machine has no slip rings and is thus slip ring-free or slip-ring formed. Instead, there is a second asynchronous machine 23 on the rotor shaft 11 the first asynchronous machine, namely the electric machine 7 arranged, the second asynchronous machine 23 with the runner 13 the electric machine 7 electrically connected. In particular, a second runner 25 the second asynchronous machine 23 electrically with the first runner 13 the electric machine 7 electrically connected. A second stand 27 the second asynchronous machine 23 is with the inverter 17 electrically connected and is energized by this. The speed of the internal combustion engine 9 on the one hand and a switching frequency of the inverter 17 , thus the frequency of a rotating field in the second stator 27 On the other hand, ultimately determine the frequency of a rotating field in the second runner 25 the second electric machine 23 and thus at the same time the exciter frequency for the runner 13 the electric machine 7 , Thus, also in this embodiment by means of the inverter 17 an excitation frequency for the runner 13 are given, preferably to a consumption-optimized speed of the internal combustion engine 9 can be coordinated.

Dabei ist das hier dargestellte Ausführungsbeispiel der Leistungserzeugungs-Anordnung 3 besonders verschleißarm, weil auf verschleißanfällige Schleifringe verzichtet wird. Here is the embodiment of the power generation arrangement shown here 3 particularly wear-resistant, because wear-prone slip rings are dispensed with.

Insgesamt zeigt sich, dass mittels der hier vorgeschlagenen Leistungserzeugungs-Anordnung 3, dem Stromnetz 1 und dem Verfahren eine Brennkraftmaschine 9 zur Stromerzeugung optimal eingesetzt werden kann, wobei sie zum einen verbrauchsoptimiert und zum anderen verschleißarm betreibbar ist. Overall, it turns out that by means of the power generation arrangement proposed here 3 , the power grid 1 and the method an internal combustion engine 9 can be optimally used for power generation, where it is on the one hand optimized for consumption and on the other wear-operable.

Claims

Power generation arrangement ( 3 ) for generating electrical power, comprising - at least one electric machine ( 7 ) and - at least one internal combustion engine ( 9 ), characterized in that - the electric machine ( 7 ) is designed as a double-fed asynchronous machine, and that - the internal combustion engine ( 9 ) with the electric machine ( 7 ) is drive-connected.

Power generation arrangement ( 3 ) according to claim 1, characterized in that the electric machine ( 7 ) is designed as a slip-ring rotor asynchronous machine, or that a further asynchronous machine ( 23 ) on a rotor shaft ( 11 ) of the electric machine ( 7 ), wherein the further asynchronous machine ( 23 ) with a runner ( 13 ) of the electric machine ( 7 ) is electrically connected.

Power generation arrangement ( 3 ) according to one of the preceding claims, characterized in that for the rotor current supply of the electric machine ( 7 ) an inverter ( 17 ) is provided.

Power generation arrangement ( 3 ) according to one of the preceding claims, characterized by a control device ( 19 ) arranged to determine an excitation frequency for the runner ( 13 ) of the electric machine ( 7 ) in response to a load of the internal combustion engine ( 9 ).

Power generation arrangement ( 3 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the control device ( 19 ) is set up for the internal combustion engine ( 9 ) to determine a consumption-optimized speed for a given load.

Power generation arrangement ( 3 ) according to one of the preceding claims, characterized in that a speed sensor ( 21 ) on the internal combustion engine ( 9 ) or on the rotor shaft ( 11 ) of the electric machine ( 7 ), or that the electric machine ( 7 ) has a virtual speed sensor.

Power grid ( 1 ) with a power generation arrangement ( 3 ) according to one of claims 1 to 6, wherein a circuit ( 5 ) of the power grid ( 1 ) with a stand ( 15 ) of the electric machine ( 7 ) is electrically connected, and wherein the power grid ( 1 ) preferably has a specific, in particular fixed, frequency.

Power grid ( 1 ) according to claim 7, characterized in that the power grid is designed as a stand-alone grid, as a regional power grid, or as a supraregional power grid.

Method for operating a power generation arrangement ( 3 ) for generating electrical power, in particular a power generation arrangement ( 3 ) according to one of claims 1 to 6, wherein an electrical machine designed as a double-fed asynchronous machine ( 7 ) of an internal combustion engine ( 9 ) is driven.

A method according to claim 9, characterized in that an excitation frequency for a runner ( 13 ) of the electric machine ( 7 ) in response to a load of the internal combustion engine ( 9 ), wherein preferably for the internal combustion engine ( 9 ) is determined at a given load a consumption-optimized speed, and wherein in particular the excitation frequency for the runner ( 13 ) depending on the speed of the internal combustion engine ( 9 ) is set.