DE102017124709B3

DE102017124709B3 - Stromaggregat zur Einspeisung von Energie in ein elektrisches Energieversorgungsnetz und Verfahren hierzu

Info

Publication number: DE102017124709B3
Application number: DE102017124709.2A
Authority: DE
Inventors: Maximilian Geisberger; Sebastian Eichhorn
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-10-23
Filing date: 2017-10-23
Publication date: 2018-12-27
Anticipated expiration: 2037-10-24

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Stromaggregat zur Einspeisung von Energie in ein elektrisches Energieversorgungsnetz, umfassend eine Verbrennungskraftmaschine, die mindestens einen Zylinder aufweist, und einen Generator, der durch die Verbrennungskraftmaschine antreibbar ist. Eine Regelvorrichtung schaltet zur dynamischen Netzstützung beim Durchfahren eines Fehlers des Energieversorgungsnetzes den mindestens einen Zylinder ab.

Description

Die Erfindung betrifft ein Stromaggregat zur Einspeisung von Energie in ein elektrisches Energieversorgungsnetz, das eine Verbrennungskraftmaschine, die mindestens einen Zylinder aufweist, einen Generator, der durch die Verbrennungskraftmaschine antreibbar ist, mindestens eine Drosselklappe zum Drosseln der Leistung der Verbrennungskraftmaschine und eine Regeleinrichtung, die zur dynamischen Netzstützung beim Durchfahren eines Fehlers des Energieversorgungsnetzes mindestens einen Zylinder abschaltet, umfasst. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Einspeisung von Energie in ein elektrisches Energieversorgungsnetz.
Zur Einspeisung von Energie in ein elektrisches Energieversorgungsnetz ist bekannt eine Verbrennungskraftmaschine zu betreiben, die einen Generator antreibt. Durch die Verbrennungskraftmaschine wird die chemische Energie eines Brennstoffes, insbesondere eines Gases wie beispielsweise Biogas, Holzgas, Grubengas, Erdgas oder Propan, in kinetische Energie umgewandelt, mit welcher der Generator angetrieben wird. Der Generator wandelt die kinetische Energie in elektrische Energie um, welche in das Energieversorgungsnetz eingespeist wird.
Um Energie in ein Energieversorgungsnetz einspeisen zu dürfen, müssen vorgegebene Anschlussrichtlinien eingehalten werden. Nur wenn die technischen Anforderungen der Richtlinien nachgewiesen werden, erfolgt eine Zertifizierung, die zum Einspeisen von Energie in das Energieversorgungsnetz berechtigt. Seit der BDEW Mittelspannungsrichtlinie von 2008 und der VDE AR-N 4120 (TAB Hochspannung) und mit Inkrafttreten der VDE AR-N 4110 (TAR Mittelspannung) ist eine dynamische Netzstützung in den technischen Anschlussrichtlinien verankert.
Unter dynamischer Netzstützung versteht der Fachmann ein Verhalten der Erzeugungseinheit, das bei Fehlern im Energieversorgungsnetz nachgewiesen werden muss. Als ein Netzfehler, vom Fachmann auch als Fault-Ride-Through-Fall (FRT) bezeichnet, versteht dieser eine wesentliche Abweichung der Netzspannung im Netzanschlusspunkt von der Nennspannung des Netzanschlusspunktes. Je nach Art des Fehlers wird dann von einem Low Voltage Ride-Through (LVRT), beziehungsweise Under Voltage Ride-Through (UVRT), oder High Voltage Ride-Through (HVRT), beziehungsweise Over Voltage Ride-Through (OVRT), gesprochen.
Exemplarisch für einen LVRT-Fall nennt die BDEW Mittelspannungsrichtlinie für Typ 2 Aggregate, unter welche die direkt gekoppelten Asynchrongeneratoren fallen, Spannungseinbrüche von bis zu 1500ms und Spannungsausfälle von bis zu 150ms. Für diesen LVRT-Fall ist es Vorschrift, dass während des Fehlers minimale Wirkleistung in das Energieversorgungsnetz eingespeist wird und Blindstrom in das Netz eingespeist werden muss, um spannungsstützend zu wirken. Das Aggregat muss also stets im übererregten Bereich gehalten werden.
Üblicherweise werden als Generatoren Synchrongeneratoren verwendet, da die Anforderungen aufgrund der Zuordnung zu Typ 1 zur dynamischen Netzstützung weniger aufwändig als bei Asynchrongeneratoren ist. Allerdings müssen Synchrongeneratoren zum Einspeisen von Energie in ein Energieversorgungsnetz erst mit dem Energieversorgungsnetz synchronisiert werden. Ebenfalls können diese sich unter gewissen Umständen desynchronisieren. Dies ist beispielsweise bei dem Durchfahren eines Netzfehlers der Fall.
Alternativ können als Generatoren Kursschlussläufergeneratoren - Asynchrongeneratoren - verwendet werden, welche deutlich einfacher an das Energieversorgungsnetz koppelbar sind. Ein Kurzschlussläufergenerator ist prinzipiell induktiv. Somit bezieht der Kurzschlussläufergenerator für den Aufbau und die Aufrechterhaltung des Hauptfeldes Blindleistung aus dem Energieversorgungnetz. Den Generatoren ist eine Blindleistungskompensationsanlage parallel geschalten, die während des Betriebs durch Zuschaltung von Kondensatoren den Blindleistungsbedarf des Generators kompensiert. So ist, je nach Vorgabe des Netzbetreibers die Einspeisung oder der Bezug einer variablen Blindleistung durch das Aggregat möglich. Der Blindleistungsbedarf des Generators liegt jedoch auch während des Netzfehlers vor.
Stand der Technik ist es, während des FRT eine Reduktion der Wirkleistungsabgabe durch den Leistungsregler der Verbrennungskraftmaschine zu bewirken. So wird nahezu direkt proportional zu der Reduktion der Wirkleistung der Bezug der Blindleistung reduziert. Problematisch ist hierbei die Trägheit der Regelung. In der Praxis wird dies durch Spezialalgorithmen, die nur für diesen Sonderfall eingesetzt werden, realisiert. Allerdings kann es durch diese schnelle Regelung durch den im Anregelvorgang noch hohen Ladedruck zu einem sogenannten Turboladerpumpen kommen. Mechanische Schäden sind nicht auszuschließen.
Zudem muss die Vorgabe, nach Fehlerende schnell wieder die Wirkleistungseinspeisung vor Fehlereintritt bereitzustellen, eingehalten werden. Die Trägheit des Regelsystems schafft hier erhebliche Schwierigkeiten, die geforderten Zeitkonstanten einzuhalten.
AT 509 558 B1 offenbart eine stationäre Kraftanlage, die durch ein Verfahren betrieben wird, wobei in einer Brennkraftmaschine ein Treibstoff/Luftgemisch verbrannt wird und wobei die Brennkraftmaschine einen Wechselstromgenerator antreibt, der mit einem Energieversorgungsnetz verbunden ist und Energie an das Energieversorgungsnetz abgibt. Bei einem Überschreiten der Ist-Drehzahl des Wechselstromgenerators oder der Brennkraftmaschine über einen vorgebbaren Maximalwert durch einen Ausfall des Energieversorgungsnetzes wird die Verbrennung in der Brennkraftmaschine wenigstens teilweise gestoppt, während die Verbindung zum Energieversorgungsnetz aufrechterhalten wird. In einer bevorzugten Ausgestaltung wird das Treibstoff/Luftgemisch mit einer Zündeinrichtung gezündet, wobei wenigstens eine Zündeinrichtung deaktiviert wird.
EP 3 015 668 A1 offenbart ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, wobei in der Brennkraftmaschine ein Treibstoff-Luft-Gemisch verbrannt wird. Die Brennkraftmaschine treibt einen Generator an, wobei der Generator mit einem Energieversorgungsnetz verbunden ist und Energie an das Energieversorgungsnetz abgibt. Bei oder nach Detektion eines dynamischen Netzfehlers, durch welchen die Leistungsabgabe des Generators in das Energieversorgungsnetz verringert ist, wird ein Hochdrehen der Brennkraftmaschine verhindert oder begrenzt, wobei bei oder nach der Detektion des Netzfehlers im Energieversorgungsnetz die Kraftstoffzufuhr an die Brennkraftmaschine erhöht wird.
EP 1 281 851 A2 beschreibt eine Vorrichtung, mit der bei Lastabwürfen bei einem Synchrongenerator die Drehzahl konstant gehalten werden soll. Ausgelöst wird diese beispielsweise von einer Leistungsmessung oder der Überwachung der Generatorkupplung. So soll durch Aussetzen der Zündung eine plötzliche Drehzahlerhöhung des Motors verhindert werden.
EP 2 952 712 A1 offenbart einen Algorithmus, der beschreibt, welcher Zylinder zu welchem Zeitpunkt abgeschalten werden soll, damit die mechanische Abnutzung während des Regelbetriebs minimiert wird.
EP 2 955 355 A1 offenbart ein Verfahren zur Zylinderabschaltung für die Optimierung und Angleichung der Zylinderkopftemperaturen, um den Verschleiß zu minimieren.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Stromaggregat und ein Verfahren zur Einspeisung von Energie in ein Energieversorgungsnetz anzugeben, welche die dynamische Netzstützung beim Durchfahren eines Fehlers im Energieversorgungsnetz optimiert.
Die Aufgabe wird durch ein Stromaggregat nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 12 gelöst.
Das erfindungsgemäße Stromaggregat zur Einspeisung von Energie in ein elektrisches Energieversorgungsnetz umfasst eine Verbrennungskraftmaschine, die mindestens einen Zylinder aufweist, und einen Generator, der durch die Verbrennungskraftmaschine antreibbar ist. Der Generator ist als Kurzschlussläufergenerator ausgebildet und ihm ist eine Kompensationsanlage zugeordnet, die geeignet ist, dem Energieversorgungsnetz Blindleistung bereitzustellen. Der Fehler des Energieversorgungsnetzes ist ein Low Voltage Ride Through - LVRT - Fall. Die Stellung der Drosselklappe beim Durchfahren des Netzfehlers bleibt nahezu unverändert.
Zweckmäßigerweise weist die Verbrennungskraftmaschine eine Vielzahl an Zylindern auf, vorzugsweise mehr als sechs, weiter vorzugsweise mehr als acht.
Beim Abschalten von mindestens einem Zylinder verringert sich die von der Verbrennungskraftmaschine über die Kupplung an den Generator übertragene Wirkleistung.
Vorteilhaft umfasst die Kompensationsanlage dreiphasige Kondensatoren, die dem Generator parallelgeschaltet sind.
Da ein Kurzschlussläufergenerator prinzipiell induktiv ist, benötigt dieser für den Aufbau und die Aufrechterhaltung des Rotorhauptfeldes Blindleistung aus dem Energieversorgungnetz. Der Blindleistungsbedarf des Kurzschlussläufergenerators aus dem Energieversorgungsnetz ist lediglich von der Wirkleistungsabgabe abhängig. Sinkt die Netzspannung während des LVRT-Falls ab, ist ein in zweiter Potenz größerer Blindstrom für die Aufrechterhaltung des Magnetfeldes erforderlich.
Durch die Unterbindung der Zündung einzelner Zylinder der Verbrennungskraftmaschine verringert sich nahezu verzögerungsfrei das an der Motorwelle der Verbrennungskraftmaschine anliegende Drehmoment. Somit verringert sich die an den Kurzschlussläufergenerator übertragene Wirkleistung. Die von der abgegebenen Wirkleistung abhängige Blindleistung, welche der Kurzschlussläufergenerator aufnimmt, wird reduziert.
Der Blindleistungsbezug des Kurzschlussläufergenerators wird durch die kapazitive Wirkung der Kondensatoren in der Kompensationsanlage bei Bedarf eliminiert, sowie darüber hinaus eine Blindleistungseinspeisung in das Energieversorgungsnetz ermöglicht.
Die Blindleistungsbereitstellung der Kompensationsanlage ist in zweiter Potenz von der Spannung des Energieversorgungsnetzes abhängig, wonach sich bei einem Spannungseinbruch im Energieversorgungsnetz die Blindleistungsbereitstellung der Kompensationslange schlagartig verringert.
Bei einem LVRT-Fall des Energieversorgungsnetzes ist die dynamische Netzstützung nachzuweisen. Durch den Spannungseinbruch im Energieversorgungsnetz verringert sich die Blindleistungsbereitstellung der Kompensationsanlage. Der Blindleistungsbedarf des Kurschlussläufergenerators wird jedoch weiter gedeckt. Die Einspeisung eines Blindstromes in das Energieversorgungsnetz wird auch während des FRT sichergestellt. Somit sind die Anforderungen der dynamischen Netzstützung erfüllt.
Durch die Zylinderabschaltung bei der Verbrennungskraftmaschine mit Kurzschlussläufergenerator ist eine aufwändige Regelung des Leistungsreglers der Verbrennungskraftmaschine durch Spezialalgorithmen im LVRT-Fall nicht notwendig. Somit können mechanische Schäden durch einen im Anregelvorgang noch hohen Ladedruck, dem sogenannten Turboladepumpen, ausgeschlossen werden.
Nach Fehlerende muss die Vorfehlerwirkleistungseinspeisung in das Energieversorgungsnetz so schnell wie möglich wieder erreicht werden. Sobald die Zündungen in den Zylindern wieder stattfinden, erhöht sich die Wirkleistung der Verbrennungskraftmaschine wieder. Aufgrund des geringeren Abgasvolumenstroms während des Netzfehlers hat sich der Ladedruck des Brennraums abgesenkt. Durch die wieder vollständige Verbrennung des Brennstoffs in der Verbrennungskraftmaschine erhöht sich der Abgasvolumenstrom wieder und der Ladedruck baut sich wieder auf. Es zeigt sich ein PT1 Verhalten der abgegebenen Wirkleistung. Innerhalb eines Zeitfensters von wenigen Sekunden wird die Vorfehlerwirkleistungsabgabe wieder erreicht. Mechanische Schäden können somit weitgehend verhindert werden.
Die von der Verbrennungskraftmaschine an den Generator übertragene Wirkleistung verringert sich nahezu verzögerungsfrei durch das Abschalten von mindestens einem Zylinder. Eine Steuerung der Wirkleistung durch einen Leistungsregler, insbesondere der Drosselklappe, zum Drosseln der Leistung der Verbrennungskraftmaschine, ist nicht erforderlich. Es hat sich allerdings überraschenderweise herausgestellt, dass hierbei auch während des FRT die Motor- und Generatordrehzahl nahezu konstant bleibt. Dies ist besonders vorteilhaft, da ein Asynchrongenerator bei Ende des Netzfehlers, wenn sich während des Netzfehlers die Drehzahl erheblich erhöht hat, kurzzeitig Ströme von einem mehrfachen Betrag des Nennstroms generiert. Diesem Effekt wird durch die gehaltene Drehzahl entgegengewirkt.
Vorteilhaft umfasst der Zylinder eine primärseitige Zündleitung zum Ausführen einer Zündung in dem Zylinder, wobei zum Abschalten des Zylinders die Regeleinrichtung die primärseitige Zündleitung unterbricht, um eine Zündung in dem Zylinder zu verhindern.
Vorteilhaft umfasst der Zylinder eine primärseitige Zündleitung zum Ausführen einer Zündung in dem Zylinder, wobei an der primärseitigen Zündleitung eine regelbare Induktivität angeordnet ist, und wobei zum Abschalten des Zylinders die Regeleinrichtung die regelbare Induktivität stufenweise erhöht, um eine Zündung in dem Zylinder zu verhindern.
Durch die erhöhte Induktivität wird der Gradient der Stromstärke auf der Primärseite der Zündspule derart verringert, dass keine Spannungsspitze und damit auch kein Zündfunke auf der Sekundärseite entstehen kann.
Vorteilhaft verschiebt zum Abschalten des Zylinders die Regeleinrichtung den Zeitpunkt der Zündung in dem Zylinder auf einen Zeitpunkt, zu dem in dem Zylinder kein Brennstoff-Luftgemisch zum Zünden vorhanden ist.
Vorteilhaft umfasst der Zylinder eine primärseitige Zündleitung zum Ausführen einer Zündung in dem Zylinder. Die primärseitige Zündleitung umfasst eine erste Zündanlage und eine zweite Zündanlage. Die zweite Zündanlage ist nicht an die abzuschaltenden Zylindern angeschlossen. Zum Abschalten des Zylinders steuert die Regeleinrichtung die zweite Zündanlage anstelle der ersten Zündanlage an.
Vorteilhaft weist die Regeleinrichtung eine Spannungsüberwachung, insbesondere eine dreiphasige Spannungsüberwachung, auf, die im Falle eines Fehlers des Energieversorgungsnetzes ein Steuersignal ausgibt, auf dessen Basis die Regeleinrichtung das Abschalten des Zylinders steuert.
Die genannten Ausführungen und Vorteile finden ebenso für das beanspruchte Verfahren Anwendung.
Ein Ausführungsbeispiel wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt:

1 die Grenzlinie für den Spannungsverlauf am Netzanschlusspunkt für eine Erzeugungsanlage vom Typ 2, gemäß der Dynamischen Netzunterstützung der BDEW Richtlinie „Technische Richtlinie Erzeugungsanlagen am Mittelspannungsnetz“;
2 ein Stromaggregat verbunden mit einem elektrischen Energieversorgungsnetz;
3 ein Diagramm der Blindleistung, die von dem Kurzschlussläufergenerator aufgenommen wird, und der Blindleistung, die von der Kompensationsanlage bereitgestellt wird, im LVRT-Fall über die Zeit;
4 eine erste Ausführungsform der Abschalteinrichtung;
5 eine zweite Ausführungsform der Abschalteinrichtung;
6 eine dritte Ausführungsform der Abschalteinrichtung und
7 eine vierte Ausführungsform der Abschalteinrichtung.

1 zeigt die Grenzlinie für den Spannungsverlauf am Netzanschlusspunkt für eine Erzeugungsanlage vom Typ 2, unter welche direkt gekoppelte Asynchrongeneratoren fallen, gemäß der Dynamischen Netzunterstützung der BDEW Richtlinie „Technische Richtlinie Erzeugungsanlagen am Mittelspannungsnetz“.
Demnach dürfen Spannungseinbrüche mit Werten oberhalb Grenzlinie 1 nicht zur Instabilität oder zum Trennen der Erzeugungsanlage vom Netz führen.
Bei Spannungseinbrüchen mit Werten oberhalb der Grenzlinie 2 und unterhalb der Grenzlinie 1 sollen Erzeugungsanlagen den Fehler durchfahren, ohne sich vom Netz zu trennen; die Einspeisung eines Kurzschlussstromes während dieser Zeit ist mit dem Netzbetreiber abzustimmen. In Abstimmung mit dem Netzbetreiber ist eine Verschiebung der Grenzlinie 2 erlaubt, wenn dies das Netzanschlusskonzept der Erzeugungsanlage erfordert. Ebenfalls in Abstimmung mit dem Netzbetreiber ist eine kurzzeitige Trennung vom Netz erlaubt, falls die Erzeugungsanlage spätestens 2s nach Beginn der kurzzeitigen Trennung resynchronisiert werden kann. Nach erfolgter Resynchronisation muss die Wirkleistung mit einem Gradienten von mindestens 10% der Nennleistung pro Sekunde gesteigert werden.
Unterhalb der Grenzlinie 2 darf eine kurzzeitige Trennung in jedem Fall durchgeführt werden. Dabei sind in Abstimmung mit dem Netzbetreiber auch längere Resynchronisationszeiten und kleinere Gradienten der Wirkleistungssteigerung nach Resynchronisation als oberhalb der Grenzlinie 2 zulässig.2 zeigt ein Stromaggregat 10 zur Einspeisung von Energie in ein elektrisches Energieversorgungsnetz N. Das Stromaggregat 10 umfasst eine Verbrennungskraftmaschine 11 und einen Generator, der als Kurzschlussläufergenerator 12 ausgebildet ist. Die Verbrennungskraftmaschine weist mindestens einen Zylinder auf. In der gezeigten Ausführungsform umfasst die Verbrennungskraftmaschine sechs Zylinder Z1 bis Z6. Die Verbrennungskraftmaschine 11 wird über eine Brennstoffleitung 13 mit Brennstoff B versorgt, wobei der Brennstoff B durch eine Drosselklappe 14 in der Brennstoffleitung 13 gedrosselt werden kann. Die chemische Energie des Brennstoffes B wird durch die Brennstoffkraftmaschine 11 in kinetische Energie umgewandelt. Der Kurzschlussläufergenerator 12 ist über eine Welle 15 durch die Verbrennungskraftmaschine 11 antreibbar. Der Kurzschlussläufergenerator 12 wandelt die kinetische Energie, die er von der Verbrennungskraftmaschine 11 übertragen bekommt, in elektrische Energie um. Die elektrische Energie wird mit einer Wirkleistung P in das elektrische Energieversorgungsnetz N gespeist.
Da der Kurzschlussläufergenerator 12 prinzipiell induktiv arbeitet, bezieht er für den Aufbau und die Aufrechterhaltung des Rotormagnetfeldes die erste Blindleistung Q₁ aus dem Energieversorgungsnetz N. Das Stromaggregat 10 umfasst deshalb eine Kompensationsanlage 16, welche die Blindleistung Q₂ zur Verfügung stellt. Die Kompensationsanlage 16 umfasst dreiphasige Kondensatoren, die dem Kurzschlussläufergenerator 12 parallelgeschalten sind. Durch die kapazitive Wirkung der Kondensatoren der Kompensationsanlage 16 wird der Bezug der Blindleistung Q₁ des Kurzschlussläufergenerators 12 aus dem Energieversorgungsnetz 11 bei Bedarf eliminiert. Darüber hinaus ermöglicht die Kompensationsanlage 16 ein Einspeisen einer Blindleistung in das Energieversorgungsnetz N.
Weiterhin umfasst das Stromaggregat 10 eine Regeleinrichtung 20, welche die Zündkerzen (nicht gezeigt) der Zylinder Z1 bis Z6 der Brennstoffkraftmaschine 11 steuert. Die Hauptaufgabe der Regeleinrichtung 20 ist es, die Zündkerzen der Zylinder Z1 - Z6 jeweils derart zu steuern, dass der Zündfunke der Zündkerzen in einem Moment gezündet wird, zu dem sich in dem jeweiligen Zylinder Z1 - Z6 ein zündbares Gas-Luftgemisch befindet und somit die Verbrennungskraftmaschine 11 angetrieben wird.
Die Regeleinrichtung 20 umfasst eine Spannungsüberwachung 21 und eine Abschalteinrichtung 22. Die Spannungsüberwachung 21 überwacht die Netzspannung U_E des Energieversorgungsnetzes. Im Falle eines LVRT-Falles in dem Energieversorgungsnetz N fällt die Netzspannung U_E des Energieversorgungsnetzes N schlagartig ab. Dieser Abfall der Netzspannung U_E wird von der Spannungsüberwachung 21 detektiert. Die Spannungsüberwachung 21 sendet ein Steuersignal S an die Abschalteinrichtung 22. Solange die Abschalteinrichtung 22 ein positives Steuersignal S empfängt, schaltet die Abschalteinrichtung 22 mindestens einen der Zylinder Z1 - Z6 der Brennstoffkraftmaschine 11 ab.
3 zeigt die erste Blindleistung, welche die Kompensationsanlage 16 bereitstellt, und die zweite Blindleistung, welche der Kurzschlussläufergenerator 12 aufnimmt über die Zeit im LVRT-Fall. Zu dem Zeitpunkt t₁ tritt der LVRT-Fall ein und die Netzspannung U_E sinkt. Zu dem Zeitpunkt t₂ hat die Spanungsüberwachung 21 den LVRT-Fall detektiert und beginnt das Abschalten von mindestens einem Zylinder Z1 - Z6. Durch das Abschalten von mindestens einem Zylinder Z1 - Z6 der Brennstoffkraftmaschine 11 verringert sich nahezu verzögerungsfrei das Drehmoment, welches an der Welle 15 anliegt. Dadurch reduziert sich die Wirkleistung P des Kurzschlussläufergenerators 12. Ebenso reduziert sich die von der abgegebenen Wirkleistung P abhängige, von dem Kurzschlussläufergenerator 12 aufgenommene, Blindleistung Q₁ . Die von der Kompensationsanlage 16 bereitgestellte Blindleistung Q₂ ist abhängig von der Netzspannung U_E . Nachdem die Netzspannung UE im LVRT-Fall ab Zeitpunkt t1 absinkt, verringert sich auch die von der Kompensationsanlage 16 bereitgestellte Blindleistung Q₂ . Allerdings reicht die Blindleistung Q₂ zu jederzeit aus, um den Bedarf an Blindleistung Q₁ des Kurzschlussläufergenerators 12 zu decken und das Energieversorgungsnetz N durch die Einspeisung von Blindstrom zu stützen. Somit ist die Anforderung der dynamischen Netzstützung erfüllt.
4 zeigt eine erste Ausführungsform der Abschalteinrichtung 40. Die Regeleinrichtung 20 umfasst eine Zündsteuerung SPS und eine Spannungsüberwachung 21. Jeder Zylinder Z1 - Z6 weist eine Zündspule 30 auf. Die Zündspule 30 umfasst eine Primärseite 31 und eine Sekundärseite 32. Die Primärseite 31 umfasst eine Spannungsquelle, welche die Primärseite mit der Primärspannung U_p versorgt. Außerdem weist die Primärseite 31 einen Primärwiderstand R_p und eine Primärspule L_p auf. Des Weiteren umfasst die Primärseite 31 eine primärseitige Zündleitung 33 mit einem Zündschalter 34 und einem Unterbrechungsschalter 41. Die primärseitige Zündleitung 33 wird unter Verwendung des Zündschalters 34 und des Unterbrechungsschalters 41 gesteuert. Die Sekundärseite 32 umfasst einen Sekundärwiderstand R_s und eine Sekundärspule L_s .
Die Zündsteuerung SPS ist derart ausgebildet, dass sie den Zündschalter 34 der primärseitigen Zündleitung 33 zu einem Zeitpunkt schließt, in dem sich in dem jeweiligen Zylinder Z1 - Z6 ein zündfähiges Gas-Luftgemisch befindet.
Durch das Schließen des Zündschalters 34 wird durch die Primärspule L_p ein Magnetfeld in die Sekundärspule L_s induziert. Durch das induzierte Magnetfeld in der Sekundärspule L_s entsteht eine Sekundärspannung U_s , die einen Zündfunken 24 hervorrufen kann.
Die Spannungsüberwachung 21 steuert basierend auf dem Steuersignal S den Unterbrechungsschalter 41. Im LVRT-Fall ist das Steuersignal S positiv und die Spannungsüberwachung 21 öffnet den Unterbrechungsschalter 41. Somit wird die primärseitige Zündleitung 33 unterbrochen und auf der Sekundärseite 32 entsteht kein Zündfunke 24. Auf diese Weise wird ein Abschalten der jeweiligen Zylinder Z1 - Z6 im LVRT-Fall erreicht.
5 zeigt eine zweite Ausführungsform der Abschalteinrichtung 50 auf, welche grundlegend der ersten Ausführungsform der Abschalteinrichtung 40 entspricht. Allerdings wird das Entstehen des Zündfunkens 24 nicht durch ein Unterbrechen der primärseitigen Zündleitung 33 erreicht. Anstelle des Unterbrechungsschalters 41 weist die primärseitige Zündleitung 33 eine regelbare Induktivität in Form einer regelbaren Spule 51 auf. Die Spannungsüberwachung 21 steuert basierend auf dem Steuersignal S die regelbare Spule 51.
Im LVRT-Fall ist das Steuersignal S positiv und die Spannungsüberwachung 21 erhöht stufenweise die Induktivität der regelbaren Spule 51. Durch die erhöhte Induktivität wird der Gradient des Spannungsabfalls auf der Sekundärseite 32 derart verringert, dass kein Zündfunke 24 entstehen kann. Somit kann keine Zündung des Gas-Luft-Gemisches in den jeweiligen Zylindern Z1 - Z6 entstehen. Diese sind somit praktisch abgeschaltet. Der Stromfluss auf der Sekundärseite 32 wird dabei nicht verringert, da dieser von der Primärseite 31 konstant gehalten wird.
6 zeigt eine dritte Ausführungsform der Abschalteinrichtung 60, welche grundlegend der ersten Ausführungsform der Abschalteinrichtung 40 und der zweiten Ausführungsform der Abschalteinrichtung 50 entspricht. Die dritte Ausführungsform der Abschalteinrichtung 60 weist weder eine Unterbrechungsvorrichtung 41 noch eine regelbare Spule 51 in der primärseitigen Zündleitung 33 auf. Vielmehr ist die Spannungsüberwachung 21 direkt mit der Zündsteuerung SPS verbunden. Die Spannungsüberwachung 21 steuert basierend auf dem Steuersignal S die Zündsteuerung SPS. Im LVRT-Fall ist das Steuersignal S positiv und die Zündsteuerung SPS verschiebt das Schließen des Zündschalters 34 auf einen Zeitpunkt, in bei einer Zündung in den jeweiligen Zylindern Z1 - Z6 keine Leistung umgesetzt werden kann. Der jeweilige Zylinder Z1 - Z6 ist demnach praktisch abgeschaltet.
7 zeigt eine vierte Ausführungsform der Abschalteinrichtung 70, welche grundlegend der ersten Ausführungsform der Abschalteinrichtung 40, der zweiten Ausführungsform der Abschalteinrichtung 50 und der dritten Ausführungsform der Abschalteinrichtung 60 entspricht. Die vierte Ausführungsform der Abschalteinrichtung 70 umfasst eine erste Zündanlage und eine zweite Zündanlage. Somit weist die Primärseite 31 zwei primärseitige Spannungsquellen auf, welche die Primärseite 31 mit der ersten Primärspannung U_p1 und der zweiten Primärspannung U_p2 versorgen. Ebenso weist die Primärseite 31 anstelle des Zündschalters 34 einen ersten Zündschalter 71 und einen zweiten Zündschalter 72 auf, sowie anstelle der Zündsteuerung SPS eine erste Zündsteuerungen SPS1 und eine zweite Zündsteuerung SPS2 auf. Somit weist die Primärseite 31 anstelle der primärseitigen Zündleitung 33 eine erste primärseitige Zündleitung 73 und eine zweite primärseitige Zündleitung 74 auf. Der Unterschied der ersten primärseitigen Zündleitung 73 und der zweiten primärseitigen Zündleitung 74 liegt in der unterschiedlichen Verschaltung zu den jeweiligen Zylindern Z1 - Z6. Die erste primärseitige Zündleitung 73 ist nur mit nicht abzuschaltenden Zylindern verbunden. Beispielsweise ist die erste primärseitige Zündleitung 73 nur mit den Zylindern Z1 und Z2 verbunden, während die zweite primärseitige Zündleitung 74 mit allen Zylindern Z1 bis Z6 verbunden ist. Die Spannungsüberwachung 21 ist mit der ersten Zündsteuerungen SPS1 und der zweiten Zündsteuerung SPS2 verbunden und steuert die beiden Zündsteuerungen SPS1 und SPS2 unter Verwendung des Steuersignals S.
Im LVRT-Fall ist das Steuersignal S positiv und lediglich die erste Zündsteuerung SPS1 ist aktiv. Nachdem die damit verbundene erste primärseitige Zündleitung 73 nur mit den Zylindern Z1 und Z2 verbunden ist, findet auch nur in diesen beiden Zylindern Z1 und Z2 eine Zündung statt. Die Zylinder Z3 bis Z6 sind praktisch abgeschaltet. Ist das Steuersignal S negativ, ist lediglich die zweite Zündsteuerung SPS2 aktiv. Nachdem die damit verbundene zweite primärseitige Zündleitung 73 mit allen Zylindern Z1 - Z6 verbunden ist, findet auch in allen Zylindern Z1 - Z6 eine Zündung statt.
Bezugszeichenliste

10: Stromaggregat
11: Brennstoffmaschine
12: Kurzschlussläufergenerator
13: Brennstoffleitung
14: Drosselklappe
15: Welle
16: Kompensationsanlage
20: Regeleinrichtung
21: Spannungsüberwachung
22: Abschalteinrichtung
30: Zündspule
31: Primärseite
32: Sekundärseite
33: primärseitige Zündleitung
34: Zündschalter
40: Abschalteinrichtung
41: Unterbrechungsschalter
50: Abschalteinrichtung
51: regelbare Spule
60: Abschalteinrichtung
70: Abschalteinrichtung
71: erste primärseitige Zündleitung
72: zweite primärseitige Zündleitung
73: erste Zündsteuerung
74: zweite Zündsteuerung
B: Brennstoff
U_E: Netzspannung
U_p: Primärspannung
U_s: Sekundärspannung
U_p1: erste Primärspannung
U_p2: zweite Primärspannung
N: Energieversorgungsnetz
P: Wirkleistung
Q₁: erste Blindleistung
Q₂: zweite Blindleistung
S: Steuersignal
SPS: Zündsteuerung
SPS1: erste Zündsteuerung
SPS2: zweite Zündsteuerung
Z1 - Z6: Zylinder
L_p: Primärspule
R_p: Primärwiderstand
L_s: Sekundärspule
R_s: Sekundärwiderstand

Claims

Stromaggregat (10) zur Einspeisung von Energie in ein elektrisches Energieversorgungsnetz (N), umfassend eine Verbrennungskraftmaschine (11), die mindestens einen Zylinder (Z1 - Z6) aufweist, einen Generator (12), der durch die Verbrennungskraftmaschine (11) antreibbar ist, mindestens eine Drosselklappe (14) zum Drosseln der Leistung der Verbrennungskraftmaschine (41), und eine Regeleinrichtung (20), die zur dynamischen Netzstützung beim Durchfahren eines Fehlers des Energieversorgungsnetzes (N) mindestens einen Zylinder (Z1 - Z6) abschaltet, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (12) als Kurzschlussläufergenerator (12) ausgebildet ist, dem Generator (12) eine Kompensationsanlage (16) zugeordnet ist, die geeignet ist, dem Energieversorgungsnetz (N) Blindleistung (Q₂) bereitzustellen, der Fehler des Energieversorgungsnetzes (N) ein Low Voltage Ride Through - LVRT- Fall ist, und die Stellung der Drosselklappe (14) beim Durchfahren des Netzfehlers nahezu unverändert bleibt.
Stromaggregat (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationsanlage (16) dreiphasige Kondensatoren umfasst, die dem Generator (12) parallelgeschaltet sind.
Stromaggregat (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (Z1 - Z6) eine primärseitige Zündleitung (33) zum Ausführen einer Zündung in dem Zylinder (Z1 - Z6)umfasst, wobei zum Abschalten des Zylinders (Z1 - Z6) die Regeleinrichtung (20) die primärseitige Zündleitung (33) unterbricht, um eine Zündung in dem Zylinder (Z1 - Z6) zu verhindern.
Stromaggregat (20) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (Z1 - Z6) eine primärseitige Zündleitung (33) zum Ausführen einer Zündung in dem Zylinder (Z1 - Z6) umfasst, wobei an der primärseitigen Zündleitung (33) eine regelbare Induktivität (51) angeordnet ist, und wobei zum Abschalten des Zylinders (Z1 - Z6) die Regeleinrichtung (20) die regelbare Induktivität (51) stufenweise erhöht, um eine Zündung in dem Zylinder (Z1 - Z6) zu verhindern.
Stromaggregat (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum Abschalten des Zylinders (Z1 - Z6) die Regeleinrichtung (20) den Zeitpunkt der Zündung in dem Zylinder (Z1 - Z6) auf einen Zeitpunkt verschiebt, zu dem in dem Zylinder (Z1 - Z6) bei einer Zündung keine Leistung umgesetzt wird.
Stromaggregat (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (Z1 - Z6) eine primärseitige Zündleitung (33) zum Ausführen einer Zündung in dem Zylinder (Z1 - Z6) umfasst; und die primärseitige Zündleitung (33) eine erste Zündanlage und eine zweite Zündanlage umfasst; wobei die zweite Zündanlage nicht an abzuschaltenden Zylindern angeschlossen ist; und wobei zum Abschalten des Zylinders (Z1 - Z6) die Regeleinrichtung (20) die zweite Zündanlage anstelle der ersten Zündanlage ansteuert.
Stromaggregat (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung (20) eine Spannungsüberwachung (21), insbesondere eine dreiphasige Spannungsüberwachung, aufweist, die im Falle eines Fehlers des Energieversorgungsnetzes (N) ein Steuersignal (S) ausgibt, auf dessen Basis die Regeleinrichtung (20) das Abschalten des Zylinders (Z1 - Z6) steuert.
Verfahren zur Einspeisung von Energie eines Stromaggregats (10) in ein elektrisches Energieversorgungsnetz (N), wobei das Stromaggregat (10) eine Verbrennungskraftmaschine (11), die mindestens einen Zylinder (Z1 - Z6) aufweist, einen Generator (12), der durch die Verbrennungskraftmaschine (11) antreibbar ist, und eine Drosselklappe (14) zum Drosseln der Leistung der Verbrennungskraftmaschine (41), umfasst; wobei die Verbrennungskraftmaschine (11) derart geregelt wird, dass zur dynamischen Netzstützung beim Durchfahren eines Fehlers des Energieversorgungsnetzes (N) mindestens ein Zylinder (Z1 - Z6) abgeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (12) als Kurzschlussläufergenerator (12) ausgebildet ist, dem Generator (12) eine Kompensationsanlage (16) zugeordnet ist, die geeignet ist, dem Energieversorgungsnetz (N) Blindleistung (Q₂) bereitzustellen, der Fehler des Energieversorgungsnetzes (N) ein Low Voltage Ride Through - LVRT- Fall ist, und die Stellung der Drosselklappe (14) beim Durchfahren des Netzfehlers nahezu unverändert bleibt.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (Z1 - Z6) eine primärseitige Zündleitung (33) zum Ausführen einer Zündung in dem Zylinder (Z1 - Z6) umfasst, wobei zum Abschalten des Zylinders (Z1 - Z6) die Regeleinrichtung (20) die primärseitige Zündleitung (33) unterbricht, um eine Zündung in dem Zylinder (Z1 - Z6) zu verhindern.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (Z1 - Z6) eine primärseitige Zündleitung (33) zum Ausführen einer Zündung in dem Zylinder (Z1 - Z6) umfasst, wobei an der primärseitigen Zündleitung (33) eine regelbare Induktivität (51) angeordnet ist, wobei zum Abschalten des Zylinders (Z1 - Z6) die Regeleinrichtung (20) die regelbare Induktivität (51) stufenweise erhöht, um eine Zündung in dem Zylinder (Z1 - Z6) zu verhindern.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zum Abschalten des Zylinders (Z1 - Z6) die Regeleinrichtung (20) den Zeitpunkt der Zündung in dem Zylinder (Z1 - Z6) auf einen Zeitpunkt verschiebt, zu dem in dem Zylinder (Z1 - Z6) bei einer Zündung keine Leistung umgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (Z1 - Z6) eine primärseitige Zündleitung (33) zum Ausführen einer Zündung in dem Zylinder (Z1 - Z6) umfasst; und die primärseitige Zündleitung (33) eine erste Zündanlage und eine zweite Zündanlage umfasst; wobei die zweite Zündanlage nicht an abzuschaltenden Zylindern (Z1 - Z6) angeschlossen ist; und wobei zum Abschalten des Zylinders (Z1 - Z6) die Regeleinrichtung (20) die zweite Zündanlage anstelle der ersten Zündanlage ansteuert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung (20) eine Spannungsüberwachung (21), insbesondere eine dreiphasige Spannungsüberwachung, aufweist, wobei im Falle eines Fehlers des Energieversorgungsnetzes (N) die Spannungsüberwachung (21) ein Steuersignal (S) ausgibt, auf dessen Basis die Regeleinrichtung (20) das Abschalten des Zylinders (Z1 - Z6) steuert.