DE102021119328B3

DE102021119328B3 - Verfahren zum Betreiben eines Generatorsatzes, Einrichtung zum Betreiben eines Generatorsatzes und Generatorsatz

Info

Publication number: DE102021119328B3
Application number: DE102021119328.1A
Authority: DE
Inventors: Jörg Remele; Andreas Krammer
Original assignee: Rolls Royce Solutions GmbH
Current assignee: Rolls Royce Solutions GmbH
Priority date: 2021-07-26
Filing date: 2021-07-26
Publication date: 2022-10-20
Anticipated expiration: 2041-07-27
Also published as: CN117716594A; EP4378045A1; WO2023006772A1; US20240162841A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Generatorsatzes (100) mit einer Brennkraftmaschine (120) und einem mit einem Motor (122) der Brennkraftmaschine (120) momentenübertragend verbundenen Generator (140) zum Bereitstellen einer elektrischen Leistung (P) an ein elektrisches Versorgungsnetz (1000) oder zum Annehmen der elektrischen Leistung (P) von diesem, wobei dem Versorgungsnetz (1000) eine Netzfrequenz (FN), eine Netzspannung (UN) und eine Netzphase (PN) zugeordnet sind, aufweisend die Schritte:- Angeben einer Generatorsatzfrequenz (FG) und einer Generatorsatz-Phase (PG) einer Spannung (UG) der vom Generator (140) erzeugten Leistung (PG), insbesondere abhängig von einer Generatorsatz-Drehzahl (NG) beim Betrieb der Brennkraftmaschine (120),- Anpassen einer momentenbildenden Verbrennungs-Steuergröße (EP) für den Motor.Erfindungsgemäß ist bei dem Verfahren der Schritt vorgesehen:- Betreiben des Motors (122) der Brennkraftmaschine (120) in einem Phasenregelmodus (PRM) unter Regelung einer Motorphase (PM) durch einen Phasenregler (136) zur Änderung der Generatorsatz-Phase (PG), wobei die Motorphase (PM) in einer bekannten Phasenbeziehung zur Generatorsatz-Phase (PG) steht, und- die momentenbildende Verbrennungs-Steuergröße (EP) für den Motor (122) zum Anpassen der Motorphase (PM) an eine Motor-Soll-Phase (PV) eingestellt wird, und- die Motor-Soll-Phase (PV) mittels eines dem Phasenregler (136) vorgeordneten Sollphasen-Erzeugers (164), in Abhängigkeit eines rechnerischen rotatorischen Bezugssystems bestimmt wird, das die Drehbewegung einer fiktiven, trägheitsvergrößernden Masse (VSM) mit einer virtuellen Stabilisierungsdrehzahl (NV) beschreibt.

Description

Die Erfindung betrifft in einem ersten Aspekt ein Verfahren zum Betreiben eines Generatorsatzes gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft in einem zweiten Aspekt eine Einrichtung zum Betreiben eines Generatorsatzes. Die Erfindung betrifft in einem dritten Aspekt einen Generatorsatz.
Ein Generatorsatz (auch „Genset“ genannt) weist einen Generator, eine Brennkraftmaschine und eine Generatorsatz-Steuerung (Generatorsatz-Steuerung) auf, wobei die Brennkraftmaschine einen Motor und eine Motorsteuereinrichtung (auch genannt „ECU“ für „elektronische Steuer- und Regeleinheit“ - (engl.) „Engine Control Unit“) aufweist und der Motor momentenübertragend mit dem Generator verbunden ist.
Zum Einspeisen einer elektrischen Leistung in ein Stromnetz, insbesondere ein elektrisches Versorgungsnetz, sollte der Generator synchronisiert werden mit dem Netz. Inbesondere betrifft dies einen Synchrongenerator. So ist in CN 1 12 260 290 A --auf einem anderen, zum Bereich der Windkrafterzeugung gehörenden, technischen Gebiet-- ein netzgekoppeltes Steuerverfahren erläutert, nämlich für eine Spannungsquelle in Form eines Permanentmagnete nutzenden Synchrongenerators einer Windenergieanlage an einem schwachen Netz. Dort wird gemäß einer Regelstrategie eine virtuelle Trägheit für das Stromnetz durch Ausnutzung einer im Rotor der Windenergieanlage gespeicherten kinetischen Rotationsenergie genutzt, um eine Netzankopplung unter Selbstsynchronisation des direkt angetriebenen Windturbinen-Generators dynamisch zu realisieren unter Nutzung einer Gleichstromkapazität. Der Rotor des Windenergiegenerators hat eine gewisse Trägheitsreaktionsfähigkeit, aber die kinetische Energie im Rotor ist begrenzt.
Ein Generatorsatz weist einen Generator eine Brennkraftmaschine und eine Generatorsatzsteuerung auf, wobei:

- die Brennkraftmaschine einen Motor und eine Motorsteuereinrichtung („ECU“) aufweist und ein mit der Motorsteuereinrichtung steuerverbundenes Verbrennungsstellglied aufweist, das mittels einer Verbrennungs-Steuergröße zur momentenbildenden Verbrennungseinstellung des Motors steuerbar ist, und
- der Generator bei einer Generator-Drehzahl mit dem Motor bei einer Motor-Drehzahl antriebsverbunden ist, zum Erzeugen einer Generatorspannung bei einer Generatorspannungsfrequenz am Generator, insbesondere zum Erzeugen der Generatorspannung als eine Klemmenspannung am Generator, wobei
- der Netzspannung eine Netzfrequenz und eine Netzspannungsphase zugeordnet ist, und der Generatorspannung eine Generatorspannungsfrequenz und eine Generatorspannungsphase zugeordnet ist.

Bevorzugter Weise sieht das Verfahren zum Synchronisierungsbetrieb des Generatorsatzes bezüglich des Stromnetzes, das Synchronisieren der Generatorspannung bezüglich der Netzspannung vor. Im Betrieb während des Synchronisierungsvorganges ist der Synchrongenerator noch nicht zum Abgeben und/oder Einspeisen einer elektrischen Leistung für das Stromnetz angeschlossen; d.h. ein Lastschalter oder Hauptschalter am Anschlusspunkt des Generators ist noch nicht geschlossen; in diesem Zustand wird insofern noch keine Leistung erzeugt.
Bevorzugt ist das Verfahren aber dazu ausgebildet, dass der Generatorsatz bereits eine Generatorspannung derart erzeugt, dass er zum Abgeben und/oder Einspeisen einer elektrischen Leistung für das Stromnetz vorbereitet ist, insbesondere zum Abschluss des Synchronisierungsbetriebs des Generatorsatzes (Genset) bezüglich des Stromnetzes und/oder einem dem nachfolgenden Betrieb.
Das eingangs genannte Verfahren zum Betreiben eines Generatorsatzes mit einer Brennkraftmaschine und einem mit einem Motor der Brennkraftmaschine momentenübertragend verbundenen Generator sieht ein Erzeugen der Generatorspannung vor, wobei dem Versorgungsnetz eine Netzfrequenz, eine Netzspannung und eine Netzphase zugeordnet sind. Insbesondere --vor Ankopplung bzw. Synchronisieren des Generators-- ist vorgesehen, ein Erzeugen der Generatorspannung als eine Klemmenspannung am Generator und anschließend ein Bereitstellen einer elektrischen Leistung an ein elektrisches Versorgungsnetz oder im Falle einer Einspeisung ein Annehmen der elektrischen Leistung von diesem, wobei dem Versorgungsnetz eine Netzfrequenz, eine Netzspannung und eine Netzphase zugeordnet sind.
Das Verfahren weist die Schritte auf:

- Angeben einer Generatorsatzfrequenz und einer Generatorsatz-Phase einer Spannung der vom Generator erzeugten Leistung, insbesondere abhängig von einer Generatorsatz-Drehzahl beim Betrieb der Brennkraftmaschine,
- Anpassen einer momentenbildenden Verbrennungs-Steuergröße für den Motor.

Verfahren zum Betreiben eines Generatorsatzes, insbesondere unter Berücksichtigung der Stabilität eines elektrischen Versorgungsnetzes, sind allgemein bekannt. In WO 2004/ 073 137 A1 ist beschrieben, wie eine Vorrichtung zur Erzeugung von elektrischem Strom für ein Wechselstromnetz mittels zweier oder mehrerer zusammenwirkender Stromerzeugungseinheiten genutzt wird, die jeweils einen Generator, einen Verbrennungsmotor und ein Motorsteuergerät aufweisen. Eine erste Motorsteuereinheit ist ausgebildet, an eine zweite Motorsteuereinheit Informationen über Drehzahl und Winkelstellung eines ersten Verbrennungsmotors zu geben. Das zweite Motorsteuergerät ist ausgebildet die Drehzahl und die Winkelposition des zugeordneten Verbrennungsmotors auf der Grundlage dieser Informationen so zu regeln, dass der zugehörige Generator mit dem zum ersten Verbrennungsmotor gehörenden Generator synchronisiert ist. Die genannte Art der Informationsübermittlung zwischen mehreren Motorsteuergeräten könnte zur Winkelsynchronisation verwendet werden für eine Vielzahl von Verbrennungsmotoren, die beispielsweise über ihre jeweiligen Klauenkupplungen gemeinsam eine Welle drehend antreiben. In einer solchen Situation können die Motorsteuergeräte eines oder mehrerer der Verbrennungsmotoren mit Informationen versorgt werden bezüglich Drehzahl und Winkelstellung des Motorsteuergerätes von einem der Verbrennungsmotoren, wobei die Drehzahl und die Winkelstellung der vorgenannten Verbrennungsmotoren auf Basis besagter Informationen damit geregelt würden und die Winkelsynchronisierung der Verbrennungsmotoren erfolgte bevor diese miteinander gekoppelt würden, um die gemeinsame Welle anzutreiben.
Bei modernen Energieversorgungssystemen wird zur Netzstabilisierung eine sogenannte Regelenergie immer wichtiger. Heutige elektrische Versorgungsnetze machen es erforderlich, u.a. aufgrund des vermehrten Einsatzes von erneuerbaren Energiequellen wie Photovoltaik und Windenergie und der damit verbundenen Instabilitätsursachen, Stabilisierungsmaßnahmen mit zu berücksichtigen. Soweit eine Energiebereitstellung durch jedenfalls eine hohe Dynamik erneuerbarer Energiequellen Schwankungen im Netz verursacht und damit u.a. mit höherer Dynamik jedenfalls lokal zu Netz-Instabilitäten beitragen könnte, ist deshalb eine sogenannte Regelenergie, welche diese Schwankungen ausgleicht, zunehmend wertvoll bzw. erforderlich. Ein Generatorsatz (engl. auch „Genset“) kann jedoch mit einer Brennkraftmaschine mit einem Motor vergleichsweise stabil betrieben werden; u.a. deshalb ist ein Generatorsatz in besonderer Weise dazu geeignet, diese sogenannte Regelenergie zur Verfügung zu stellen.
Die Statik bzw. der Droop stellt dabei eine Kennlinie dar, die für einen Stromerzeuger, insbesondere einen Generatorsatz, charakteristisch ist und die Änderung der Frequenz bzw. Drehzahl bei Laständerungen beschreibt.
WO 2018/ 122 726 A1 beschreibt ein Regelsystem für Microgrids zur Erzeugung und Verteilung elektrischer Energie aus verschiedenartigen Erzeugerquellen, sowohl mit einem Versorgungsnetz verbunden als auch isoliert. In WO 2018/ 122 726 A1 wird allgemein eine Anpassung eines Droops an Änderungen von Spannung und Frequenz eines Versorgungsnetzes beschreiben.
In US 10 027 128 B2 wird ein sogenannter Droop-Betriebsmodus beschrieben, in dem in Abhängigkeit einer Motorbelastung ein Droop zugelassen wird.
Problematisch sind weiterhin die Netzstabilität eines elektrischen Versorgungsnetzes und insbesondere die Berücksichtigung von Droop-Eigenschaften eines Generatorsatzes im Verbundbetrieb mit anderen Stromerzeugern und/oder in einem Versorgungsnetz.
Wird ein elektrisches Versorgungsnetz belastet, stammt zunächst bei dem elektrischen Laststoß die gesamte Energie aus der kinetischen Energie der rotierenden Massen aller Generatoren im Netz. Daher bieten gemäß dem Stand der Technik größere Kraftwerke, aufgrund ihrer höheren rotierenden Massen, eine bessere Möglichkeit zur Annahme von Laststößen und somit eine stabilisierende Wirkung auf das elektrische Versorgungsnetz. Erst wenn die Drehzahl durch den Energieentzug aus den rotierenden Massen abnimmt, erkennt der Verbrennungsmotor eines Generatorsatzes gemäß dem Stand der Technik über die frequenzgesteuerte Droopkennlinie, dass er mehr Moment bilden soll. Zu diesem Zeitpunkt ist aber die Drehzahl bereits eingebrochen.
Wünschenswert wäre es, die oben genannten Probleme zumindest teilweise zu beheben.
An dieser Stelle setzt die Erfindung an, deren Aufgabe es ist, ein verbessertes Verfahren zum Betreiben eines Generatorsatzes anzugeben, bei dem insbesondere der Generatorsatz im erhöhten Maß zur Netzstabilität beiträgt. Insbesondere soll ein Generatorsatz angegeben werden, der dynamischer auf Laststöße reagieren kann.
Die Aufgabe, betreffend das Verfahren, wird durch die Erfindung mit einem Verfahren des Anspruchs 1 gelöst.
Die Erfindung geht aus von einem eingangs genannten Verfahren zum Betreiben eines Generatorsatzes mit einer Brennkraftmaschine und einem mit einem Motor der Brennkraftmaschine momentenübertragend verbundenen Generator zum Bereitstellen einer elektrischen Leistung an ein elektrisches Versorgungsnetz oder zum Annehmen der elektrischen Leistung von diesem, wobei dem Versorgungsnetz eine Netzfrequenz, eine Netzspannung und eine Netzphase zugeordnet sind, aufweisend die Schritte:

Bei dem Verfahren ist auch der Schritt vorgesehen:

- Betreiben des Motors der Brennkraftmaschine in einem Phasenregelmodus unter Regelung einer Motorphase durch einen Phasenregler zur Änderung der Generatorsatz-Phase.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Motorphase in einer bekannten Phasenbeziehung zur Generatorsatz-Phase steht, und

- die momentenbildende Verbrennungs-Steuergröße für den Motor zum Anpassen der Motorphase an eine Motor-Soll-Phase eingestellt wird, und
- die Motor-Soll-Phase mittels eines dem Phasenregler vorgeordneten Sollphasen-Erzeugers, in Abhängigkeit eines rechnerischen rotatorischen Bezugssystems bestimmt wird, das die Drehbewegung einer fiktiven, trägheitsvergrößernden Masse mit einer virtuellen Stabilisierungsdrehzahl beschreibt.

Anders ausgedrückt ist die Motor-Soll-Phase die Phase der mit der virtuellen Stabilisierungsdrehzahl drehenden, trägheitsvergrößernden Masse. Dazu kann man in einer Weiterbildung die Motor-Soll-Phase mittels einem dem Phasenregler vorgeordneten Sollphasen-Erzeuger, über ein Modell einer virtuellen seismischen Masse auf Basis einer virtuellen Stabilisierungsdrehzahl der virtuellen seismischen Masse bestimmen.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass Regelenergie, d. h. elektrische Energie, die in einer Frequenz und einer Phase vorliegt, dass sie stabilisierend auf ein Versorgungsnetz wirkt, vorteilhaft für das Versorgungsnetz ist. Dies ist insbesondere der Fall, wenn das Versorgungsnetz ein Inselnetz ist und/oder eine Anzahl relativ kleiner Stromerzeuger, insbesondere Generatorensätze, aufweist.
Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass ein Generatorsatz - im Vergleich zu einem in einem Großkraftwerk eingesetzten Groß-Turbine mit Generator - eine relativ geringe rotierende Masse und somit eine geringere Massenträgheit aufweist.
Die Erfindung hat erkannt, dass ein Droop zwar für die stationären Lastausgleich benötigt wird, es aber wünschenswert wäre, wenn der Generatorsatz bei Frequenzeinbruch dynamisch den Motor schneller auf ein höheres Moment regeln würde, als es die statische Droopkurve vorgibt. Dies kann dadurch erreicht werden, dass der Verbrennungsmotor dynamisch bereits auf geringe Frequenzeinbrüche reagieren kann,
Die Erfindung schließt dabei die Erkenntnis ein, dass wenn der Motor des Generatorsatzes in einem Phasenregelmodus betrieben wird, eine Motorphase des Motors phasengenau geregelt werden kann, und somit die Generatorsatz-Phase des fest momentenübertragend mit dem Motor verbundenen Generators, insbesondere in Bezug auf eine Netzphase, geregelt werden kann. Aufgrund der fest momentenübertragenden Verbindung des Generators mit dem Motor steht die Motorphase stets in einer definierten geometrischen Beziehung zur Generatorsatz-Phase.
Durch das Einstellen der momentenbildenden Verbrennungs-Steuergröße für den Motor kann die Generatorsatz-Drehzahl und - folglich auch die Motorphase - phasengenau angepasst werden und die Motorphase - zur gezielten Beeinflussung der Generatorsatz-Phase - im Phasenregelmodus auf eine Motor-Soll-Phase angeglichen werden.
Indem die Motor-Soll-Phase von einem dem Phasenregler vorgeordneten Sollphasen-Generator über ein Modell einer virtuellen seismischen Masse auf Basis einer virtuellen Stabilisierungsdrehzahl dieser virtuellen seismischen Masse bestimmt wird, wird darüber hinaus insbesondere ermöglicht, die Motorphase nicht nur auf eine Netzphase zu synchronisieren, sondern bei der rechnerischen Bestimmung der virtuellen Stabilisierungsdrehzahl weitere Randbedingungen zu berücksichtigen. Zu diesen Randbedingungen zählen insbesondere die Netzfrequenz und die Netzphase sowie eine Kippgrenze des Generators. Durch die virtuelle Stabilisierungsdrehzahl und insbesondere die damit verbundene Berücksichtigung derartiger Randbedingungen kann gemäß der Erfindung der heute bekannten statischen Droop-Charakteristik des Generatorsatzes eine dynamische Komponente einer sogenannten virtuellen seismischen Masse überlagert werden. Die virtuelle seismische Masse ist ein rechnerisches rotatorisches Bezugssystem, das vorteilhaft das kinetische Verhalten einer fiktiven, relativ großen rotierenden Masse beschreibt. Die Masse ist dabei relativ groß, insbesondere verglichen mit der tatsächlichen rotierenden Masse des Generatorsatzes.
Durch eine virtuelle Massencharakteristik in Form der virtuellen seismischen Masse kann der Generatorsatz insbesondere bei Laständerungen bereits bei kleinsten Netzfrequenzänderungen aus der entstehenden Phasendifferenz zu einer gerechneten virtuellen seismischen Masse zusätzliche Regelenergie zur Verfügung stellen, die aus einem frühzeitigen Drehmomentenerhöhung des Verbrennungmotors resultiert, und vorteilhaft stabilisierend auf das Versorgungsnetz wirken.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen und geben im Einzelnen vorteilhafte Möglichkeiten an, das oben erläuterte Konzept im Rahmen der Aufgabenstellung sowie hinsichtlich weiterer Vorteile zu realisieren.
Die momentenbildende Verbrennungs-Steuergröße ist eine Verbrennungs-Steuergröße zur momentenbildenden Verbrennungseinstellung des Motors.
In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Verbrennungs-Steuergröße zur momentenbildende Verbrennungseinstellung des Motors ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: Kraftstoff-Einspritz-Steuergröße, Gas-Eindüsung-Steuergröße, Drosselklappenstellung-Steuergröße, insbesondere die Verbrennungs-Steuergröße zur momentenbildenden Verbrennungseinstellung des Motors einen Kraftstoffzuteilparameter für den Motor umfasst, insbesondere einen Einspritz- oder Eindüsungs-Parameter und/oder einen Drosselparameter und/oder Zündparameter umfasst.
Das mit der Motorsteuereinrichtung steuerverbundene Verbrennungsstellglied, das mittels einer Verbrennungs-Steuergröße zur momentenbildenden Verbrennungseinstellung des Motors steuerbar ist, weist vorteilhaft eine Kraftstoffzuteileinrichtung in Form einer Einspritz-, Eindüsungs- und/oder Drossel- und/oder Zündeinrichtung auf, vorzugsweise weist es eine Einspritzeinrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff oder eine Gas-Eindüsungseinrichtung bei einem Diesel- oder Otto-Motor und/oder eine Drosselklappe zur Einstellung eines Gemischgasdurchflusses bei einem Gasmotor und/oder eine Vergaserklappe zur Einstellung eines Verbrennungsgemisches bei einem Otto-Motor auf.
In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Generator ein Synchrongenerator ist.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die virtuelle Stabilisierungsdrehzahl in Abhängigkeit von der Netzfrequenz und der Netzphase zugeordnet ist. Insbesondere entspricht die virtuelle Stabilisierungsdrehzahl zunächst einer gerechneten Drehbewegung, bei der die Drehgeschwindigkeit, d. h. die Winkelgeschwindigkeit der virtuellen seismischen Masse in der Einheit 1/Sek. bzw. Hz, der Netzfrequenz entspricht. In bevorzugten Weiterbildungen wird nicht die momentane Netzfrequenz bei der Bestimmung der virtuellen Stabilisierungsdrehzahl zugrunde gelegt, sondern eine zeitlich in der Vergangenheit liegende Netzfrequenz, insbesondere eine Netzfrequenz vor einem Lastwechsel, insbesondere vor einem Laststoß. Die Phase dieser Drehgeschwindigkeit der virtuellen Stabilisierungsdrehzahl entspricht der Motor-Soll-Phase und wird entsprechend ausgehend von der Netzphase bestimmt, wobei die Motor-Soll-Phase insbesondere nicht gleich der Netzphase ist, sondern - zur Verringerung einer Kippgefahr und/oder zur Vergrößerung eines durch den Generator übertragbaren Drehmoments unter Berücksichtigung eines kritischen Generatorpolradwinkels angepasst wird.
Vorteilhaft ist vorgesehen, dass die virtuelle Stabilisierungsdrehzahl in Abhängigkeit einer Kippgrenze angepasst wird, derart, dass die Motor-Soll-Phase und/oder ein Soll-Polradwinkel einen Wert zwischen 0° und der Kippgrenze annimmt. In einer derartigen Weiterbildung wird vorteilhaft sichergestellt, dass die Motor-Soll-Phase nicht mehr als ein Betrag, welcher der Kippgrenze entspricht, von der aktuellen, die tatsächliche Generatorsatz-Phase des Generatorsatzes repräsentierenden Motorphase abweicht. Insbesondere eilt die Motor-Soll-Phase der Motorphase (und damit der Generatorsatz-Phase) nicht weiter als der Betrag der Kippgrenze voraus. Hierdurch wird die Gefahr eines unvorteilhaften Kippens des Generators verringert, insbesondere vermieden, während gleichzeitig eine vorteilhafte schnelle Übertragung eines Drehmoments vom Motor auf den Generator zur Stabilisierung des Netzes, insbesondere nach einem Laststoß, erfolgen kann.
In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Motor-Soll-Phase in Abhängigkeit einer Übertragungskurve des Generators bestimmt wird. In einer derartigen Übertragungskurve ist das von einem Generator in Abhängigkeit eines Polradwinkels übertragbare Drehmoment hinterlegt. Mittels einer derartigen Übertragungskurve kann vorteilhaft gezielt ein Übertragungsverhalten des Generators in Abhängigkeit des Polradwinkels erzeugt werden.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die Motor-Soll-Phase derart bestimmt wird, dass ein Übertragungsmoment des Generators vergrößert wird, insbesondere ein vom Generator übertragbares Maximalmoment erreicht wird. In einer derartigen Weiterbildung wird insbesondere im Phasenregelmodus der Polradwinkel so eingestellt, dass gemäß der Übertragungskurve ein Maximalwert für das Übertragungsmoment erreicht wird. Auf diese Weise kann vorteilhaft das vom Motor übertragene - bzw. im Falle eines Laststoßes aufgenommene - Drehmoment vergrößert, insbesondere maximiert, werden und gleichzeitig - durch das Berücksichtigen der Übertragungskurve - ein Kippen des Generators vermieden werden.
Vorteilhaft ist vorgesehen, dass ein Wert der Übertragungskurve für positive Werte eines Polradwinkels kleiner oder gleich einem entsprechenden Wert einer maximalen Momentenkurve des Generators ist. Die Übertragungskurve kann vorteilhaft derart gebildet sein, dass sie betragsmäßig stets unterhalb einer (maximal übertragbaren) Momentenkurve eines Generators liegt, wodurch - insbesondere unabhängig vom Polradwinkel - ein Überschreiten des Kippmoments vorteilhaft vermieden wird.
Vorteilhaft umfasst das Anpassen einer momentenbildenden Verbrennungs-Steuergröße für den Motor das Anpassen einer oder mehrerer momentenbildenden Verbrennungs-Steuergrößen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Kraftstoff-Einspritz-Steuergröße, Gas-Eindüsung-Steuergröße, Drosselklappenstellung-Steuergröße.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die momentenbildende Verbrennungs-Steuergrößeeine Kraftstoff-Einspritz-Steuergröße, vorteilhaft eine Einspritzmenge, ist. Die Brennkraftmaschine des Generatorsatzes weist insbesondere eine Einspritzeinrichtung auf. Durch ein Anpassen der Kraftstoff-Einspritz-Steuergröße kann insbesondere im Sinne eines Stellglied in die Phasenregelung eingegriffen werden. Eine Erhöhung der Einspritzmenge kann insbesondere eine Erhöhung des Drehmoments und/oder der Drehzahl des Motors bewirken, wodurch eine Angleichung der Motorphase - und damit auch der Generatorsatz-Phase - an die Motor-Soll-Phase erfolgen kann. Entsprechend kann in einem Fall, in dem ein Überschreiten des Kippwinkels droht, die Einpsritzmenge reduziert werden, um ein Kippen des Generators zu verhindern. Alternativ oder zusätzlich können auch andere momentenbildende Verbrennungs-Steuergrößen im Rahmen des Verfahrens angepasst werden, beispielsweise eine Einspritzdauer, ein Einspritzzeitpunkt und/oder dergleichen Steuergrößen.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die Kippgrenze 90° beträgt. Die Kippgrenze kann auch einen anderen Wert als 90° annehmen, insbesondere technisch und/oder geometrisch bedingt, insbesondere bedingt durch die Anzahl der Polpaare des Generators.
In einer Weiterbildung ist vorteilhaft vorgesehen, dass die Übertragungskurve als maschinenproportionale Übertragungskurve ausgebildet ist. Dass eine maschinenproportionale Übertragungskurve des Generatorsatzes proportional ist zu mindestens einer anderen maschinenproportionalen Übertragungskurve mindestens eines weiteren Generatorsatzes, bedeutet insbesondere, dass zwei maschinenproportionale Übertragungskurve zwar betragsmäßig unterschiedlich sein können, jedoch den gleichen Proportionalitäts-Koeffizienten aufweisen können. Insbesondere weisen zwei maschinenproportionale Übertragungskurven denselben Verlauf auf, sind jedoch über einen unterschiedlichen, konstanten Faktor skaliert. Über eine maschinenproportionale Übertragungskurve kann vorteilhaft ein gleichmäßiges Lastannahmeverhalten, insbesondere bei unterschiedlich dimensionierten Generatorensätzen, erreicht werden. Insbesondere können eine Anzahl von Generatorsätzen mit jeweils unterschiedlicher Nennleistung mittels einer maschinenproportionalen Übertragungskurve zusammen eine gemeinsame Droop-Charakteristik zur Stabilisierung des Versorgungsnetzes aufweisen, wobei gleichzeitig ein Kippen bei jedem Generatorsatz - unabhängig von seiner Größe - verhindert wird.
In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Motorphase mittels einer Phasenlage der Kurbelwelle ermittelt wird, insbesondere als Zeitfunktion eines Motorwinkels und/oder Phasenlage der Kurbelwelle zur Verfügung gestellt ist.
In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Generatorspannungsfrequenz und/oder die Generatorspannungsphase berechnet wird aus der Motor-Drehzahl und/oder der Motorphase

- unter Berücksichtigung einer Polpaarzahl des Generators und/oder
- unter Berücksichtigung eines mechanischen Verblockungswinkels zwischen Brennkraftmaschine und Generator.

Die Erfindung führt in einem zweiten Aspekt auf eine Einrichtung zum Betreiben eines Generatorsatzes, wobei

- der Generatorsatz eine Brennkraftmaschine und einen mit einem Motor der Brennkraftmaschine momentenübertragend verbundenen Generator aufweist und zum Einspeisen einer elektrischen Leistung in ein elektrisches Versorgungsnetz ausgebildet ist, wobei dem Versorgungsnetz eine Netzfrequenz, eine Netzspannung und eine Netzphase zugeordnet ist, aufweisend
- eine Generatorsatz-Steuerung, ausgebildet zum Angeben einer Generatorsatzfrequenz und einer Generatorsatz-Phase einer Spannung der vom Generator erzeugten Leistung, insbesondere abhängig von einer Generatorsatz-Drehzahl beim Betrieb der Brennkraftmaschine,
- eine Motorsteuerung, ausgebildet zum Anpassen einer momentenbildenden Verbrennungs-Steuergröße für den Motor.

Bei der Einrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass

- die Einrichtung einen Phasenregler aufweist, ausgebildet zum Betreiben des Motors der Brennkraftmaschine in einem Phasenregelmodus unter Regelung einer Motorphase zur Änderung der Generatorsatz-Phase.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Motorphase in einer definierten geometrischen Beziehung zur Generatorsatz-Phase steht, und

- die Motorsteuerung ausgebildet ist, die momentenbildende Verbrennungs-Steuergröße für den Motor zum Anpassen der Motorphase auf eine Motor-Soll-Phase einzustellen, und
- die Motor-Soll-Phase mittels eines dem Phasenregler vorgeordneten Sollphasen-Erzeugers in Abhängigkeit eines rechnerischen rotatorischen Bezugssystems bestimmt wird, das die Drehbewegung einer fiktiven, trägheitsvergrößernden Masse mit einer virtuellen Stabilisierungsdrehzahl beschreibt.

In einer besonders bevorzugten Weiterbildung weist die Einrichtung einen dem Phasenregler vorgeordneten Sollphasen-Erzeuger auf, der ausgebildet ist zum Bestimmen einer Motor-Soll-Phase über ein Modell einer virtuellen seismischen Masse auf Basis einer virtuellen Stabilisierungsdrehzahl einer virtuellen seismischen Masse.
Bei der Einrichtung werden die Vorteile des Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung entsprechend genutzt.
In einer Weiterbildung der Einrichtung ist ein Dämpfungsglied vorgesehen.
In einer Weiterbildung der Einrichtung ist ein Übertragungskurven-Anpassungsmodul vorgesehen, ausgebildet zum Einstellen einer maschinenproportionalen Übertragungskurve, wobei die maschinenproportionale Übertragungskurve des Generatorsatzes proportional ist zu mindestens einer anderen maschinenproportionalen Übertragungskurve mindestens eines weiteren Generatorsatzes. Insbesondere kann ein Übertragungskurven-Anpassungsmodul eine Anzahl unterschiedlicher maschinenproportionaler Übertragungskurven aufweisen, um einen Generatorsatz anpassbar zu gestalten hinsichtlich eines Betriebs in unterschiedlichen Zusammenschlüssen von Generatorsätzen, insbesondere mit jeweils unterschiedlich großen Generatorsätzen.
In einer Weiterbildung der Einrichtung ist ein Drehzahlfilter vorgesehen, ausgebildet zum Herausfiltern von verbrennungsbedingten Drehschwingungsstößen aus einem Generatorsatz-Signal der Generatorsatz-Drehzahl. Ein Dämpfungsglied kann vorteilhaft dämpfend auf die, im Sinne eines Phasen-Regelkreises funktionierende, Einrichtung zum Betreiben des Generatorsatzes wirken und insbesondere effektiv ein regeltechnisches Aufschwingen der Einrichtung, insbesondere bei Laststößen, vermeiden.
Die Erfindung führt in einem dritten Aspekt auf einen Generatorsatz mit einer Brennkraftmaschine und einem, mit einem Motor der Brennkraftmaschine momentenübertragend verbundenen Generator zum Speisen eines Versorgungsnetzes mit Energie, aufweisend eine Einrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung zum Betreiben des Generatorsatzes.
Bei dem Generatorsatz werden die Vorteile des Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung und der Einrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung entsprechend genutzt.
Vorteilhaft ist in einer Weiterbildung vorgesehen, dass der Motor mit dem Generator über eine Antriebswelle momentenübertragend verbunden ist, wobei beim Betrieb der Brennkraftmaschine ein Rotor gegenüber einem Stator des Generators rotatorisch angetrieben wird zur Erzeugung der Generatorspannung bei der Generatorspannungsfrequenz, insbesondere der mit dem Motor der Brennkraftmaschine momentenübertragend verbundene Generator, insbesondere in Form eines Synchrongenerators, starr oder mittels einem Getriebe verbunden ist.
Ausführungsformen der Erfindung werden nun nachfolgend anhand der Zeichnung im Vergleich zum Stand der Technik, welcher zum Teil ebenfalls dargestellt ist, beschrieben. Diese soll die Ausführungsformen nicht notwendigerweise maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der aus der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass vielfältige Modifikationen und Änderungen betreffend die Form und das Detail einer Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne von der allgemeinen Idee der Erfindung abzuweichen. Die in der Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Weiterbildung der Erfindung wesentlich sein. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, der Zeichnung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale. Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht beschränkt auf die exakte Form oder das Detail der im Folgenden gezeigten und beschriebenen bevorzugten Ausführungsform oder beschränkt auf einen Gegenstand, der eingeschränkt wäre im Vergleich zu dem in den Ansprüchen beanspruchten Gegenstand. Bei angegebenen Bemessungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und beliebig einsetzbar und beanspruchbar sein. Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in:

1 einen Generatorsatz mit einer Einrichtung zum Betreiben des Generatorsatzes gemäß dem Konzept der Erfindung,
2A eine vergleichende Darstellung von zwei Übertragungskurven von zwei Generatorsätzen zur Verdeutlichung des Konzepts maschinenproportionaler Übertragungskurven,
2B, 2C zwei Darstellungen von einem ersten und einem zweiten Arbeitspunkt der zwei Generatorsätze zur Verdeutlichung des Konzepts maschinenproportionaler Droop-Übertragungskurven,
3A eine detailliertere Darstellung einer Einrichtung zum Betreiben des Generatorsatzes gemäß dem Konzept der Erfindung,
3B eine detailliertere schematische Darstellung eines Sollphasen-Generators,
3C eine schematische Darstellung einer Übertragungskurve,
3D einen zeitlichen Verlauf einer Weiterbildung des Verfahrens in stark schematischer Darstellung.

1 zeigt einen Generatorsatz 100 mit einem Motor 122 einer Brennkraftmaschine 120 und einem Generator 140, der vorliegend als Synchronmaschine 142 -nämlich hier als Synchrongenerator-- ausgebildet ist, zur Stromerzeugung. Über eine Generatorsatz-Steuerung 150 kann mittels eines Phasendetektors 134 über eine Netzsignal-Leitung 144 ein Netzsignal SN eines Versorgungsnetzes 1000 - insbesondere eine Netzspannung UN, eine Netzfrequenz FN und eine Netzphase PN- bestimmt werden und diese Werte mit einem über eine Generator-Signal-Leitung 146 aufgenommenen Generatorsatz -Signal SG des Generators 140 - insbesondere einer Generatorsatz-Spannung UG, einer Generatorsatz-Frequenz FG und einer Generatorsatz-Phase PG - verglichen werden, insbesondere um eine stromführende Verbindung über einen Schalter 154 erst dann herzustellen, wenn diese Größen ausreichend übereinstimmen. Die Generatorsatz-Steuerung 150 kann insbesondere als Teil eines Umrichters 112 des Generatorsatzes 100 gebildet sein.
Die Generatorsatz-Steuerung 150 steht über eine Drehzahl-Steuerleitung 157 mit einer Motorsteuerung 180 eines Motors 122 einer Brennkraftmaschine 120 signalführend in Verbindung, um bei Bedarf, insbesondere zur Anpassung einer Generatorsatz-Frequenz FG an eine Netzfrequenz FN in einem drehzahlgesteuerten Betrieb eine Generatorsatz-Drehzahl NG zu erhöhen oder zu verringern. Dadurch, dass der Motor 122 vorliegend über eine Hauptwelle 124 momentenübertragend mit dem Generator 140 verbunden ist, entspricht die Drehzahl des Motors 122 der Drehzahl des Generators 140. Somit haben im vorliegenden Beispiel der Motor 122 und der Generator 140 die gemeinsame Generatorsatz-Drehzahl NG. In Weiterbildungen, in denen zwischen Motor 120 und Generator 140 ein Getriebe geschaltet ist, kann die Drehzahl zwar abweichen, jedoch in einem definierten Verhältnis zueinanderstehen, wodurch eine eindeutige Umrechnung der Drehzahlen und insbesondere der Phasen, d. h. von einer Motorphase zur Generatorsatz-Phase, ohne weiteres möglich ist.
Die Einrichtung 200 zum Betreiben des Generatorsatzes 100 kann die Generatorsatz-Steuerung 150 und die Motorsteuerung 180 umfassen, oder auch als Teil von beiden gebildet sein.
Weiterhin ist Die Generatorsatz-Steuerung 150 ausgebildet, über eine Erregerleitung 156 den Generator 140, insbesondere zur Anpassung der Generatorsatz-Spannung UG und/oder der Generatorsatz-Frequenz FG, mit einem Erregerstrom IE zu beaufschlagen.
Die Motorsteuerung 180 weist einen Phasenregler 136 auf, welcher in Abhängigkeit einer vom Phasendetektor 134 ermittelten Phasendifferenz PD, insbesondere einer Motor-Soll-Phase PV, eine momentenbildende Verbrennungs-Steuergröße EP für den Motor 122 bestimmen und/oder anpassen kann.
Hierzu steht der Phasendetektor 134 über eine Phasenregler-Leitung 158 signalführend mit dem Phasenregler 136 in Verbindung. Durch den Phasenregler 136 ist es somit möglich, in Abhängigkeit einer Phase und insbesondere einer Phasendifferenz PD eine Steuerung des Motors über eine momentenbildende Verbrennungs-Steuergröße, insbesondere eine Einspritzmenge EM und/oder einen Einspritzzeitpunkt, vorzunehmen zur Anpassung einer Motorphase PM, wiederum zur Beeinflussung der Generatorsatz-Phase PG. Somit wird vorteilhaft eine phasengenaue Regelung des Motors ermöglicht, insbesondere im Unterschied zu dem oben genannten, drehzahlgesteuerten Betrieb des Motors 122. Der Motor 122 weist insbesondere eine Einspritzeinrichtung 126 auf.
Der Phasendetektor 134 und der Phasenregler 136 sind Teil einer Einrichtung 200 zum Betreiben eines Generatorsatzes, die insbesondere die Funktionalität eines Phasenregelkreises aufweist, und in 3A näher beschrieben wird.
In 2A, 2B und 2C zeigen zur Erläuterung des technischen Hintergrunds das Prinzip der Lastannahme durch mehrere, parallel geschaltete Generatorsätze im Rahmen eines sogenannten Load-Sharings. Einzelne Generatorsätze weisen dabei bekanntermaßen ein individuelles Drehzahl-/Drehmomentverhalten in Form einer sogenannten Droop-Charakteristik auf.
2A zeigt zur Verdeutlichung des Konzepts maschinenproportionaler Übertragungskurven KUP schematisch eine erste Übertragungskurve KU1 und eine zweite Übertragungskurve KU2, wobei beide Übertragungskurven KU1, KU2 maschinenproportionale Übertragungskurven KUP sind. Dies bedeutet, dass beide Übertragungskurve KU1, KU2 zwar unterschiedliche Absolutwerte annehmen können, ihre relative Veränderung, betrachtet auf eine Veränderung des Polradwinkels PRW, zwischen beiden Übertragungskurven KU1, KU2 jedoch gleich ist. Die betragsmäßig größere, erste Übertragungskurve KU1 - von einem ersten Generator 140 eines ersten Generatorsatzes 100 - nimmt bei einem ersten Polradwinkel PRW1 ein erstes vom ersten Generator 140 übertragenes Drehmoment MD1.1 an. Bei einem zweiten Polradwinkel PRW2 nimmt die erste Übertragungskurve KU1 entsprechend ein zweites vom ersten Generator 140.1 übertragenes Drehmoment MD 1.2 an.
Die zweite, betragsmäßig kleinere Übertragungskurve KU 2 - von einem zweiten Generator 140' eines zweiten Generatorsatzes 100' - nimmt bei dem ersten Polradwinkel PRW1 ein erstes vom zweiten Generator 140' übertragenes Drehmoment MD2.1 an. Bei dem zweiten Polradwinkel PRW2 nimmt die zweite Übertragungskurve KU2 entsprechend ein zweites vom zweiten Generator 140' übertragenes Drehmoment MD2.2 an. Trotz der unterschiedlichen absoluten Beträge der Übertragungskurven KU1, KU2 gilt eine Proportionalität zwischen ihnen gemäß der Beziehung: $\frac{M D 1.1}{M D 1.2} = \frac{M D 2.1}{M D 2.2}$
Entsprechend ist in 2B und 2C ein erster Arbeitspunkt AP1 und ein zweiter Arbeitspunkt AP2 dargestellt von der Anzahl der beiden Generatorsätze 100, 100' mit maschinenproportionalen Übertragungskurven KUP. Ein erster Generatorsatz 100 weist eine erste Droop-Charakteristik DC1 auf, welche vorliegend als erste eine Generatorsatz-Drehzahl NG1 in Abhängigkeit einer ersten Nennleistung P1 des ersten Generatorsatzes 100 dargestellt ist. Ein zweiter Generatorsatz 100' weist eine zweite Droop-Charakteristik DC2 auf, welche als eine zweite Generatorsatz-Drehzahl NG2 in Abhängigkeit einer zweiten Nennleistung P2 des zweiten Generatorsatzes 100' dargestellt ist. Beide Graphen sind gegenüberliegend angeordnet, derart, dass die Achsen mit der jeweiligen Nennleistung P1, P2 aufeinander zeigen. Beide linearen Verläufe der Droop-Charakteristiken DC1, DC2 kreuzen sich entsprechend in dem ersten Arbeitspunkt AP1, sodass beide Generatorsatz-Drehzahlen NG1, NG2 gleich sind und somit auch die Generatorsatzfrequenz FG und die Generatorsatz-Phase PG beider Generatorsätze 100, 100'. Durch die gegenüberliegende Darstellung der Graphen kann in 2B die zum ersten Arbeitspunkt AP1 von beiden Generatorsätzen 100, 100' abgegebene Gesamt-Nennleistung PGES.1 abgelesen werden, welche sich aus der vom ersten Generatorsatz 100 im ersten Arbeitspunkt AP1 abgegebene Nennleistung P1.1 und die vom zweiten Generatorsatz 100' im ersten Arbeitspunkt AP1 abgegebene Nennleistung P2.1 zusammensetzt.
In 2C ist dieselbe Anzahl der beiden Generatorsätze 100, 100' in einem zweiten Arbeitspunkt AP2 dargestellt. Hierbei wird das Verhalten der beiden Generatorsätze 100, 100' bei einem Laststoß LS mit einem Drehzahleinbruch DE deutlich, bei dem aufgrund eines plötzlich gestiegenen Leistungsbedarf seitens des Versorgungsnetzes 1000 eine größere Gesamt-Nennleistung PGES.2 bereitgestellt werden muss. Aufgrund der beiden Droop-Charakteristiken DC1, DC2 verschiebt sich aufgrund des nun vom ersten Generatorsatz 100 im zweiten Arbeitspunkt AP2 zu erbringende Nennleistung P1.2 und der vom zweiten Generatorsatz 100' im zweiten Arbeitspunkt AP2 zu erbringende Nennleistung P2.2 beide Generatorsatz-Drehzahlen NG1, NG2 von einer im ersten Arbeitspunkt AP1 herrschenden, ersten Drehzahl N1 auf eine geringere, im zweiten Arbeitspunkt AP2 herrschende zweite Drehzahl N2. Grafisch betrachtet verbreitert sich der von beiden Droop-Verläufen DC1, DC2 umfasste Bereich, damit sie sich in dem, die gesunkene Drehzahl repräsentierenden, Arbeitspunkt AP2 wieder schneiden.
Die gleiche Proportionalität der ersten Übertragungskurve KU1 des ersten Generatorsatzes 100 und der zweiten Übertragungskurve KU2 des zweiten Generatorsatzes 100' äußert sich vorliegend im gleichen Betrag der Steigungen der ersten Droop-Charakteristik DC1 und der zweiten Droop-Charakteristik DC2 bzw. von deren Verläufen in 2B und 2C.
In dem eine erhöhte Leistungsanforderung bei beiden Generatorsätzen 100, 100' zur gleichen Änderung der Generatorsatz-Drehzahl NG1, NG2 führt, und entsprechend auch beide Generatorsätze 100, 100' ihre jeweilige Generatorsatz-Drehzahl NG1, NG2 anschließend in gleichem Maße wieder erhöhen. Ein flacher Verlauf der Droop-Charakteristik DC1, DC2 bedeutet, dass die Generatorsatz-Drehzahl NG1, NG2 des Generatorsatzes 100, 100' bei einem plötzlichen Laststoß nur geringfügig einbricht. Ein steilerer Verlauf der Droop-Charakteristik DC1, DC 2 würde entsprechend bedeuten, dass die Drehzahl stärker einbricht.
Eine Droop-Charakteristik kann mit flacher Steigung mit Groß-Turbinen -in grundsätzlich bekannter Weise-- durch eine entsprechend große Massenträgheit der rotierenden Masse erreicht werden. 3A zeigt eine detaillierte Darstellung einer Einrichtung zum Betreiben eines Generatorsatzes, die gemäß dem Konzept der Erfindung einen Sollphasen-Generator 164 aufweist. Dieser ist in der Netzsignal-Leitung 144 dem Phasendetektor 134 vorgeschaltet und dient dazu, auf Basis eines Netzsignals, insbesondere einer Netzphase PN eine Motor-Soll-Phase PV zu generieren. Die Motor-Soll-Phase PV entspricht aufgrund der festen momentenübertragenden Verbindung zwischen dem Motor 122 und dem Generator 140 gleich einer Generatorsatz-Sollphase PGS. Hierzu weist der Sollphasen-Generator 164 einen Netzsignal-Eingang 164.1 auf. Weiterhin weist der Sollphasen-Generator 164 einen Generator-Signal-Eingang 164.2 auf, mittels dem die Generatorsatz-Phase PG zur Bestimmung der Motor-Soll-Phase PV bereitgestellt werden kann. Durch den Phasendetektor 134 wird auf Basis einer Phasendifferenz PD zwischen der Motor-Soll-Phase PV und der Generatorsatz-Phase PG ein Soll-Polradwinkel SPRW bestimmt, der als Eingangsgröße für den Phasenregler 136 zur Steuerung des Motors 122 bereitgestellt wird. Der Phasenregler 136 ist insbesondere als Phase-Lock-Loop-(PLL-)Regler ausgebildet.
Durch die Berücksichtigung der Generatorsatz-Phase PG bei der Bestimmung der Motor-Soll-Phase PV kann vorteilhaft sichergestellt werden, dass der Soll-Polradwinkel SPRW derart bestimmt wird, dass ein Kippmoment in Form einer Kippgrenze KG des Generators 140 nicht überschritten wird. Hierzu wird der Soll-Polradwinkel SPRW insbesondere in Abhängigkeit einer Übertragungskurve KU des Generators 140 bestimmt.
Gemäß dem Konzept der Erfindung erfolgt die Bestimmung der Motor-Soll-Phase PV auf Basis eines Modells einer virtuellen seismischen Masse VSM, welche als virtuelle, rotierende Masse mit einer virtuellen Stabilisierungsdrehzahl NV ausgebildet ist. Die virtuelle Stabilisierungsdrehzahl NV ist eine virtuelle Drehbewegung, welche zunächst - als Ausgangspunkt der Berechnung - dem Netzsignal entspricht, wobei die Drehgeschwindigkeit der virtuellen seismischen Masse VSM der Netzfrequenz FN, und die Drehphase der virtuellen seismischen Masse VSM der Netzphase PN entspricht.
Insbesondere entspricht die virtuelle Stabilisierungsdrehzahl NV bei der Bestimmung der Motor-Soll-Phase PV dem Netzsignal SN vor einer plötzlichen Veränderung des Netzsignals SN, insbesondere vor einer Lastaufschaltung.
Dadurch, dass die Motor-Soll-Phase PV zwar auf Basis der Netzphase PN bestimmt wird, aber dieser nicht genau entspricht, sondern unter Berücksichtigung der Geno-Phase PG angepasst, insbesondere verschoben wird, kann vorteilhaft eine das Versorgungsnetz 1000 stabilisierende „Massen-Charakteristik“ des Generatorsatzes 100 gemäß der virtuellen seismischen Masse VSM erreicht werden. Indem eine Drehzahl des Motors 122, insbesondere die Generatorsatz-Drehzahl NG, nicht lediglich auf eine sich - insbesondere bei einem Laststoß - verändernde Netzfrequenz und Netzphase anpasst, sondern bewusst eine Motor-Soll-Phase PV derart bestimmt wird, dass der Motor der Netzphase vorauseilt, kann der durch das Versorgungsnetz ergangene Laststoß durch die entsprechende Drehzahlanpassung des Motors und eine somit „virtuelle“ Massenträgheit aufgenommen werden, ohne dabei das maximale Kippmoment des Generators zu überschreiten.
Analog zu einer Turbine in einem Großkraftwerk, welche aufgrund ihrer großen rotierenden Masse und der damit verbundenen Massenträgheit stabilisierend auf plötzliche Lastschwankungen wirkt, kann gemäß dem Konzept der Erfindung durch die Vorgabe einer Motor-Soll-Phase PV eine Steuerung des Motors 122 erreicht werden, durch die eine größere Massenträgheit des rotierenden Teils des Generatorsatzes 100 simuliert wird, als tatsächlich physisch vorhanden ist. Insbesondere kann bei einer Lastaufschaltung im Versorgungsnetz 1000, und einem damit verbundenen, plötzlich vergrößerten auf den Generator 140 wirkenden Drehmoment, die Motorleistung durch Vergrößerung der Einspritzmenge kurzzeitig erhöht werden um eine größere Massenträgheit des Motors zu simulieren. Hierbei wird durch Berücksichtigung der Generatorsatz-Phase PG stets sichergestellt, dass ein Kippmoment nicht überschritten wird. In diesem Beispiel dürfte die Einspritzmenge nicht so gewählt werden, dass durch die steigende Motorleistung der Motor bzw. der Polradwinkel derart vorauseilt, dass die Generatorsatz-Phase das Kippmoment überschreitet. Bei einem drohenden Überschreiten des Kippmoments wird der Motor somit gedrosselt, insbesondere die Einspritzmenge EM reduziert.
Optional kann die Einrichtung 200, insbesondere in der Generator-Signal-Leitung 146, ein Drehzahlfilter 172 zum Herausfiltern von verbrennungsbedingten Drehschwingungsstößen des Motors 122 aufweisen. Mittels eines solchen, insbesondere als Tiefpassfilter ausgebildeten Drehzahlfilters 172 können vorteilhaft hochfrequente Störsignale aus dem Generatorsatz-Signal SG herausgefiltert werden.
Optional kann die Einrichtung 200, insbesondere der Phasenregler 136, ein Dämpfungsglied 138 aufweisen, um regelungstechnisch dämpfend auf die Einrichtung 200 zu wirken und ein Aufschwingen der Einrichtung 200, insbesondere bei Laststößen, zu vermeiden.
Optional kann die Einrichtung 200, insbesondere der Phasenregler 136, ein Übertragungskurven-Anpassungsmodul 170 aufweisen zum Einstellen einer - hinsichtlich einer Anzahl von Generatorsätzen - proportionalen Übertragungskurve KUP. Mittels einer solchen maschinenproportionalen Übertragungskurve KUP kann vorteilhaft ein gleichmäßiges Lastannahmeverhalten einer Anzahl von Generatorensätzen erreicht werden.
Die Einrichtung 200 kann als elektronische Steuereinheit 220 oder als Teil von dieser gebildet sein. In alternativen Weiterbildungen können die einzelnen Komponenten der Einrichtung 200 anders verteilt sein, beispielsweise kann der Phasenregler 136 als Teil einer weiteren elektronischen Steuereinheit 220' gebildet sein, und die übrigen Komponenten, insbesondere Phasendetektor 134 und Sollphasen-Generator 164 können als ein eigenes steuerungstechnisches Modul ausgebildet sein.
In 3B ist eine detailliertere schematische Darstellung des Sollphasen-Generators 164 dargestellt. Dieser weist ein Synchronitäts-Modul 164A, ein Berechnungsmodul 164B und ein Netzsignal-Modul 164C auf. Über das Synchronitäts-Modul 164A kann, insbesondere über das Erhalten einer booleschen Synchronitäts-Variable SYNC mit dem Inhalt TRUE oder FALSE festgestellt werden, ob eine Differenz zwischen einer Netzphase PN des Versorgungsnetzes und der Generatorsatz-Phase PG gleich 0 ist und beide Phasen somit synchron verlaufen. Die Synchronitäts-Variable SYNC kann beispielsweise über einen Phasendetektor bereitgestellt werden. In diesem Fall, in dem folglich kein Bedarf einer Lastannahme durch den Generatorsatz besteht, ist die Synchronitäts-Variable SYNC gleich TRUE. Sollte im Falle eines Laststoßes die Netzfrequenz einbrechen und entsprechend die Netzphase nicht mehr synchron zur Generatorsatz-Phase sein, wird die Synchronitäts-Variable SYNC entsprechend auf FALSE gesetzt und als erste Ausgangsvariable OUT1 an das Berechnungsmodul 164B bereitgestellt.
Beim Erhalt der ersten Ausgangsvariable OUT1 startet das Berechnungsmodul 164B mit der Bestimmung der Motor-Soll-Phase PV auf Basis einer virtuellen seismischen Masse VSM, welche eine virtuelle Stabilisierungsdrehzahl NV aufweist, die auf Basis der Netzfrequenz FN bestimmt wird.
Die Motor-Phase PM entspricht aufgrund der fest momentenübertragenden Verbindung zwischen dem Motor 122 und dem Generator 140 der Generatorsatz-Phase PG. In Weiterbildungen, in denen zwischen dem Motor 122 und dem Generator 140 noch ein Getriebe angeordnet ist, kann die Motor-Phase PM aufgrund der bekannten geometrischen Beziehung, insbesondere des bekannten Übersetzungsverhältnisses, insbesondere über einen konstanten Faktor, in die Generatorsatz-Phase PG umgerechnet werden. Aus diesem Grund entspricht auch die Motor-Soll-Phase PV einer Generatorsatz-Soll-Phase PGS oder kann in diese umgerechnet werden.
Die Motor-Soll-Phase PV wird als Ergebnis der Berechnung vom Sollphasen-Generator 164, insbesondere als Eingangsgröße für den Phasendetektor 134, bereitgestellt. Weiterhin wird die Motor-Soll-Phase PV im Sinne einer Rückführung dem Netzsignal-Modul 164C bereitgestellt, wo sie mit der Netzphase PN verglichen wird. In dem Fall, in dem die Motor-Soll-Phase PV der Netzphase PN derart vorauseilt, dass sie größer ist als die Netzphase PN, jedoch kleiner als die Netzphase PN plus eine Kippgrenze KG, insbesondere kleiner als die Netzphase PN plus 90°, wird eine Kippgefahr effektiv vermieden, und eine zweite Ausgangsvariable OUT2 wird auf TRUE gesetzt und dem Berechnungsmodul 164B bereitgestellt. In diesem Fall gilt demnach: $PN > PV > PN + KG$
Für den anderen Fall, dass die Motor-Soll-Phase PV insbesondere größer ist als die Netzphase PN plus eine Kippgrenze KG, wird entsprechend die zweite Ausgangsvariable OUT2 auf FALSE gesetzt und dem Berechnungsmodul 164B bereitgestellt, woraufhin dieses die Motor-Soll-Phase PV umgehend verringert. Dies hat zur Folge, dass dem Phasendetektor eine geringere Eingangsgröße bereitgestellt wird, woraufhin ein geringerer Soll-Polradwinkel berechnet wird und der Phasenregler entsprechend die Einspritzmenge zurücknimmt, um eine Kippgefahr zu vermeiden. Die Verringerung geschieht bevorzugt dadurch, dass die Stabilisierungsdrehzahl NV der virtuellen seismischen Masse VSM angepasst wird. Damit wird gewährleistet, dass die Stabilisierungsdrehzahl NV und damit die Phasenlage der virtuellen seismischen Masse VSM nicht der der Netzfrequenz FN davoneilt.
3C zeigt schematisch eine Übertragungskurve KU des Phasenreglers 136, die insbesondere auch im Sollphasen-Generator 164 bei der Bestimmung der Motor-Soll-Phase PV berücksichtigt wird. Die Übertragungskurve KU ist als Verlauf eines vom Generator 140 übertragenen Moments MD in Abhängigkeit des Polradwinkels PRW des Generators 140 dargestellt. Insbesondere wird, indem die Motor-Soll-Phase PV nicht mehr als den Betrag einer Kippgrenze KG, also als ein Kippwinkel von insbesondere 90°, von der Generatorsatz-Phase PG des Generators 140 abweicht, sichergestellt, dass ein Soll-Polradwinkel SPRW stets unterhalb der Kippgrenze KG bleibt und somit ein Kippen des Generators 140 vermieden wird. Die Übertragungskurve KU befindet sich stets unterhalb einer Momentenkurve MKS des Generators 140, insbesondere der Synchronmaschine 142, wobei die Momentenkurve MKS das maximal vom Generator 140 übertragbare Drehmoment MD in Abhängigkeit des Polradwinkels PRW beschreibt. An der Kippgrenze KG, die vorliegend 90° beträgt, hat die Momentenkurve MKS als Maximum ein Kippmoment KM erreicht. Für einen Polradwinkel PRW, der größer ist als die Kippgrenze, nimmt die Momentenkurve MKS wieder ab. Eine maschinenproportionale Übertragungskurve KUP stellt eine Sonderform einer Übertragungskurve KU dar, die vorteilhaft ist für eine Anzahl von mehreren Generatorensätzen, die ein gleichmäßiges Lastannahmeverhalten aufweisen sollen. Insbesondere ist dies der Fall, wenn in der Anzahl der Generatorsätze unterschiedlich große Generatoren bzw. Generatorsätze eingesetzt werden, und somit unterschiedlich große Kippmomente vorhanden sind.
Ein Maximalmoment MMAX als Maximalwert des vom Generator 140 gemäß der Übertragungskurve KU maximal übertragenen Drehmoments MD ist kleiner oder gleich dem Kippmoment KM und liegt an einem Maximal-Polradwinkel PRWM unterhalb oder auf der Kippgrenze KG.
In 3D ist schematisch ein Verlauf der Netzfrequenz FN, des Polradwinkels PRW eines Generators 140 und eines von dem Generator 140 übertragenen Moments MD in drei Diagrammen zu drei Zeitpunkten T1, T2, T3 dargestellt. Im Ausgangszustand befindet sich die Netzfrequenz FN auf dem Wert einer Betriebs-Netzfrequenz FNB. Beim ersten Zeitpunkt T1 findet ein Laststoß LS statt, welcher aufgrund der durch den Laststoß LS plötzlich erhöhten Leistungsanforderung durch das Versorgungsnetz 1000 unmittelbar zu einem Drehzahleinbruch DE der Generatorsatz-Drehzahl NG führt. Es summiert sich über der Zeit die Differenz des Netzsdrehzahleinbruches zur konstant laufenden virtuellen seismischen Masse VSM zu einer Phasendifferenz auf.
Zur Aufnahme des Laststoßes LS wird zum ersten Zeitpunkt T1 durch den Sollphasen-Generator 164 die Motor-Soll-Phase PV, und darauf entsprechend durch den Phasendetektor 134 der Polradwinkel PRW als Eingangsgröße für den Phasenregler 136 zur Erhöhung des vom Generator 140 übertragenen Drehmoments MD vergrößert, und zwar ausgehend von einem Betriebs-Polradwinkel PRWB zu einem ersten Zeitpunkt T1 auf einen maximal-Polradwinkel PRWM zu einem zweiten Zeitpunkt T2. Dies hat zur Folge, dass das vom Generator übertragene Drehmoment MD von einem ersten Betriebs-Drehmoment MDB zum Zeitpunkt T1 bis zu dem Drehmoment zu einem zweiten Zeitpunkt T2 erhöht wird, dass die Netzfrequenz auf den ursprünglichen Wert stabilisiert wird.. Erreicht zu dem zweiten Zeitpunkt T2 der Polradwinkel PRW einen Maximal-Polradwinkel PRWM, welcher unterhalb der Kippgrenze, beispielsweise bei 85° liegt, wird das Drehmoment gemäß 2C abgeregelt, um ein Kippen zu vermeiden. Dies ist im gestrichelten Verlauf angedeutet.
Durch das hier beschriebene Verfahren kann vorteilhaft eine entsprechend flache Droop-Charakteristik erreicht werden, bei dem das Übertragungsmoment des Generators unter Berücksichtigung einer möglichen Kippgefahr auf Basis eines Modells einer virtuellen seismischen Masse maximiert werden kann, und insbesondere auch durch einen entsprechend starken, das heißt über eine ausreichende Nennleistung verfügenden, Motor des Generatorsatzes. Durch ein entsprechendes Steuern, insbesondere Beschleunigen, dieses Motors durch Anpassung der momentenbildenden Verbrennungs-Steuergrößen kann somit im Falle eines Laststoßes ein Abfallen der Generatorsatz-Drehzahl in Grenzen gehalten und diese schnell wieder auf eine, einer Soll-Netzfrequenz entsprechenden Generatorsatz-Drehzahl geführt werden. Somit wird durch eine entsprechende Nennleistung des Motors und das Verfahren gemäß dem Konzept der Erfindung die größere Massenträgheit einer Groß-Turbine bzw. das drehzahlstabilere Nachlaufverhalten einer solchen Groß-Turbine bei einem Laststoß simuliert, um die netzstabilisierenden Eigenschaften des Generatorsatzes zu verbessern.
Bezugszeichenliste

100: Generatorsatz
112: Umrichter
120: Brennkraftmaschine
122: Motor
124: Hauptwelle des Generatorsatzes
126: Einspritzeinrichtung
134: Phasendetektor
136: Phasenregler
138: Dämpfungsglied
140: Generator
142: Synchronmaschine
144: Netzsignal-Leitung
146: Generator-Signal-Leitung
150: Generatorsatz-Steuerung
154: Schalter
157: Drehzahl - Steuert eitung
158: Phasenregler-Leitung
162: Synchronisierungs-Regler
164: Sollphasen-Generator
164.1: Netzsignal-Eingang
164.2: Generator-Signal-Eingang
164A: Synchronitäts-Modul
164B: Berechnungsmodus
164C: Netzsignal-Modul
170: Übertragungskurven-Anpassungsmodul
172: Drehzahlfilter
180: Motorsteuerung
200: Einrichtung zum Betreiben eines Generatorsatzes, Phasenregelkreis
1000: Versorgungsnetz
AP1, AP2: erster, zweiter Arbeitspunkt
DC: Droop-Charakteristik
DC1, DC2: erste, zweite Droop-Charakteristik
DE: Drehzahleinbruch
EM: Einspritzmenge
EP: momentenbildende Verbrennungs-Steuergröße
FG: Genofrequenz, Generatorsatz-Frequenz
FN: Netzfrequenz
FNB: Betriebs-Netzfrequenz
IE: Erregerstrom
KG: Kippgrenze
KM: Kippmoment
KU: Übertragungskurve des Generators
KUP, KUP': maschinenproportionale Übertragungskurve
LS: Laststoß
MD: Übertragungsmoment
MKS: maximale Momentenkurve des Generators
MMAX: Maximalmoment der Übertragungskurve
MPRK: maschinenproportionale Phasenregelkurve
NG: Generatorsatz-Drehzahl
NG1, NG2: erste, zweite Generatorsatz-Drehzahl
NV: virtuelle Stabilisierungsdrehzahl
OUT1, OUT2: erste, zweite Ausgangsvariable
P: elektrische Leistung
P1, P2: Nennleistung eines ersten, zweiten Generatorsatzes
PGES: Gesamt-Nennleistung einer Anzahl von Generatorsätzen
PD: Phasendifferenz
PG: Generatorsatz-Phase
PGS: Generatorsatz-Sollphase
PM: Motorphase
PN: Netzphase
PRM: Phasenregelmodus
PRW: Polradwinkel
PRWM: Maximal-Polradwinkel
PV: Motor-Soll-Phase
SG: Generatorsatz-Signal
SGN: Signal der Generatorsatz-Drehzahl
SN: Netzsignal
SPRW: Soll-Polradwinkel
SYNC: Synchronitätsvariable
UG: vom Generator erzeugte Spannung, Generatorsatz-Spannung
UN: Netzspannung
VSM: virtuelle seismische Masse

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Generatorsatzes (100) mit einer Brennkraftmaschine (120) und einem mit einem Motor (122) der Brennkraftmaschine (120) momentenübertragend verbundenen Generator (140) zum Bereitstellen einer elektrischen Leistung (P) an ein elektrisches Versorgungsnetz (1000) oder zum Annehmen der elektrischen Leistung (P) von diesem, wobei dem Versorgungsnetz (1000) eine Netzfrequenz (FN), eine Netzspannung (UN) und eine Netzphase (PN) zugeordnet sind, aufweisend die Schritte: - Angeben einer Generatorsatzfrequenz (FG) und einer Generatorsatz-Phase (PG) einer Spannung (UG) der vom Generator (140) erzeugten Leistung (PG), - Anpassen einer momentenbildenden Verbrennungs-Steuergröße (EP) für den Motor, - Betreiben des Motors (122) der Brennkraftmaschine (120) in einem Phasenregelmodus (PRM) unter Regelung einer Motorphase (PM) durch einen Phasenregler (136) zur Änderung der Generatorsatz-Phase (PG), dadurch gekennzeichnet, dass - die Motorphase (PM) in einer bekannten Phasenbeziehung zur Generatorsatz-Phase (PG) steht, und - die momentenbildende Verbrennungs-Steuergröße (EP) für den Motor (122) zum Anpassen der Motorphase (PM) an eine Motor-Soll-Phase (PV) eingestellt wird, und - die Motor-Soll-Phase (PV) mittels eines dem Phasenregler (136) vorgeordneten Sollphasen-Erzeugers (164), in Abhängigkeit eines rechnerischen rotatorischen Bezugssystems bestimmt wird, das die Drehbewegung einer fiktiven, trägheitsvergrößernden Masse (VSM) mit einer virtuellen Stabilisierungsdrehzahl (NV) beschreibt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass - die virtuelle Stabilisierungsdrehzahl (NV) in Abhängigkeit von der Netzfrequenz (FN) und der Netzphase (PN) zugeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass - die virtuelle Stabilisierungsdrehzahl (NV) in Abhängigkeit einer Kippgrenze (KG) derart angepasst wird, dass - die Motor-Soll-Phase (PV) und/oder ein Soll-Polradwinkel (SPRW) einen Wert zwischen 0° und der Kippgrenze (KG) annimmt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Motor-Soll-Phase (PV) in Abhängigkeit einer Übertragungskurve (KU) des Generators (140) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Motor-Soll-Phase (PV) derart bestimmt wird, dass ein Übertragungsmoment (MD) des Generators (140) vergrößert wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Motor-Soll-Phase (PV) derart bestimmt wird, dass ein Übertragungsmoment (MD) des Generators (140) vergrößert wird bis ein vom Generator übertragbares Maximalmoment (MMAX) erreicht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wert der Übertragungskurve (KU) für positive Werte eines Polradwinkels (PRW) kleiner oder gleich einem entsprechenden Wert einer maximalen Momentenkurve (MKS) des Generators (140) ist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die momentenbildende Verbrennungs-Steuergröße (EP) eine Einspritzmenge (EM) ist.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kippgrenze (KG) 90° beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungskurve (KU) als maschinenproportionale Übertragungskurve (KUP) ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungs-Steuergröße zur momentenbildende Verbrennungseinstellung des Motors ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: Kraftstoff-Einspritz-Steuergröße, Gas-Eindüsung-Steuergröße, Drosselklappenstellung-Steuergröße.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungs-Steuergröße zur momentenbildenden Verbrennungseinstellung des Motors einen Kraftstoffzuteilparameter für den Motor umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoffzuteilparameter für den Motor einen Einspritz- oder Eindüsungs-Parameter und/oder einen Drosselparameter und/oder Zündparameter umfasst.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator ein Synchrongenerator ist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorphase mittels einer Phasenlage der Kurbelwelle ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorphase als Zeitfunktion eines Motorwinkels und/oder Phasenlage der Kurbelwelle zur Verfügung gestellt ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Generatorspannungsfrequenz und/oder die Generatorspannungsphase berechnet wird aus der Motor-Drehzahl und/oder der Motorphase - unter Berücksichtigung einer Polpaarzahl des Generators, und/oder - unter Berücksichtigung eines mechanischen Verblockungswinkels zwischen Brennkraftmaschine und Generator.
Einrichtung (200) zum Betreiben eines Generatorsatzes (100), wobei - der Generatorsatz (100) eine Brennkraftmaschine (120) und einen mit einem Motor (122) der Brennkraftmaschine (120) momentenübertragend verbundenen Generator (140) aufweist und zum Einspeisen einer elektrischen Leistung (P) in ein elektrisches Versorgungsnetz (1000) ausgebildet ist, wobei dem Versorgungsnetz (1000) eine Netzfrequenz (FN), eine Netzspannung (UN) und eine Netzphase (PN) zugeordnet ist, aufweisend: - eine Generatorsatz-Steuerung (150), ausgebildet zum Angeben einer Generatorsatzfrequenz (FG) und einer Generatorsatz-Phase (PG) einer Spannung (UG) der vom Generator (140) erzeugten Leistung (PG), - eine Motorsteuerung (180), ausgebildet zum Anpassen einer momentenbildenden Verbrennungs-Steuergröße (EP) für den Motor, wobei - die Einrichtung (200) einen Phasenregler (136) aufweist, ausgebildet zum Betreiben des Motors (122) der Brennkraftmaschine (120) in einem Phasenregelmodus (PRM) unter Regelung einer Motorphase (PM) zur Änderung der Generatorsatz-Phase (PG), dadurch gekennzeichnet, dass - die Motorphase (PM) in einer definierten geometrischen Beziehung zur Generatorsatz-Phase (PG) steht, und - die Motorsteuerung (180) ausgebildet ist, die momentenbildende Verbrennungs-Steuergröße (EP) für den Motor (122) zum Anpassen der Motorphase (PM) auf eine Motor-Soll-Phase (PV) einzustellen, und - die Motor-Soll-Phase mittels eines dem Phasenregler vorgeordneten Sollphasen-Erzeugers in Abhängigkeit eines rechnerischen rotatorischen Bezugssystems bestimmt wird, das die Drehbewegung einer fiktiven, trägheitsvergrößernden Masse mit einer virtuellen Stabilisierungsdrehzahl (NV) beschreibt.
Einrichtung (200) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass - die Einrichtung (200) den dem Phasenregler (136) vorgeordneten Sollphasen-Erzeuger (164) aufweist, ausgebildet zum Bestimmen der Motor-Soll-Phase (PV) über ein Modell einer virtuellen seismischen Masse (VSM) auf Basis einer virtuellen Stabilisierungsdrehzahl (NV) der virtuellen seismischen Masse (VSM).
Einrichtung (200) nach Anspruch 18 oder 19, gekennzeichnet durch ein Dämpfungsglied (138).
Einrichtung (200) nach einem der Ansprüche 18 bis 20, gekennzeichnet durch ein Übertragungskurven-Anpassungsmodul (170), ausgebildet zum Einstellen einer maschinenproportionalen Übertragungskurve (KUP), wobei die maschinenproportionale Übertragungskurve (KU1, KUP) des Generatorsatzes (100) proportional ist zu mindestens einer anderen maschinenproportionalen Übertragungskurve (KU2, KUP) mindestens eines weiteren Generatorsatzes (100').
Einrichtung (200) nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass - die Generatorsatz-Steuerung (150) ausgebildet ist zum Angeben der Generatorsatzfrequenz (FG) und der Generatorsatz-Phase (PG) einer Spannung (UG) der vom Generator (140) erzeugten Leistung (PG) abhängig von einer Generatorsatz-Drehzahl (NG) beim Betrieb der Brennkraftmaschine (120), und - ein Drehzahlfilter (172) ausgebildet ist zum Herausfiltern von verbrennungsbedingten Drehschwingungsstößen aus einem Generatorsatz-Signal (SG) der Generatorsatz-Drehzahl (NG).
Generatorsatz (100) mit einer Brennkraftmaschine (120) und mit einem mit einem Motor (122) der Brennkraftmaschine (120) momentenübertragend verbundenen Generator (140) zum Speisen eines Versorgungsnetzes (1000) mit Energie (E), aufweisend eine Einrichtung (200) nach einem der Ansprüche 18 bis 22 zum Betreiben des Generatorsatzes (100).
Generatorsatz nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit der Motorsteuereinrichtung steuerverbundenes Verbrennungsstellglied, das mittels einer Verbrennungs-Steuergröße zur momentenbildenden Verbrennungseinstellung des Motors steuerbar ist, eine Kraftstoffzuteileinrichtung in Form einer Einspritz-, Eindüsungs- und/oder Drossel- und/oder Zündeinrichtung aufweist, wobei das Verbrennungsstellglied eine Einspritzeinrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff oder eine Gas-Eindüsungseinrichtung bei einem Diesel- oder Otto-Motor und/oder eine Drosselklappe zur Einstellung eines Gemischgasdurchflusses bei einem Gasmotor und/oder eine Vergaserklappe zur Einstellung eines Verbrennungsgemisches bei einem Otto-Motor aufweist.
Generatorsatz nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor mit dem Generator über eine Antriebswelle momentenübertragend verbunden ist, wobei beim Betrieb der Brennkraftmaschine ein Rotor gegenüber einem Stator des Generators rotatorisch angetrieben wird zur Erzeugung der Generatorspannung bei der Generatorspannungsfrequenz.
Generatorsatz nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass der mit dem Motor der Brennkraftmaschine momentenübertragend verbundene Generatorin Form eines Synchrongenerators starr oder mittels einem Getriebe verbunden ist.