DE102021206421A1 - Regeleinrichtung zur Regelung einer eine Brennkraftmaschine und einen mit der Brennkraftmaschine antriebswirkverbundenen Generator umfassenden Leistungsanordnung, Regelanordnung mit einer solchen Regeleinrichtung, Leistungsanordnung und Verfahren zur Regelung einer Leistungsanordnung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung (3) zur Regelung einer eine Brennkraftmaschine (5) und einen mit der Brennkraftmaschine (5) antriebswirkverbundenen Generator (9) umfassenden Leistungsanordnung (1), wobei die Regeleinrichtung (3) eingerichtet ist, um- eine Generatorleistung (PG) des Generators (9) als Regelgröße zu erfassen,- eine Regelabweichung (eP) als Differenz der erfassten Generatorleistung (PG) zu einer Soll-Generatorleistung (Psoll) zu ermitteln,- eine Soll-Drehzahl (nsoll) als Stellgröße zur Ansteuerung der Brennkraftmaschine (5) in Abhängigkeit von der Regelabweichung (eP) zu bestimmen, wobei- die Regeleinrichtung (3) außerdem eingerichtet ist, um ein Regelgesetz zur Bestimmung der Soll-Drehzahl (nsoll) zu verwenden, wobei- die Regeleinrichtung (3) eingerichtet ist, um mit einer Steuereinrichtung (11) der Brennkraftmaschine (5) derart wirkverbunden zu werden, dass die Soll-Drehzahl (nsoll) von der Regeleinrichtung (3) an die Steuereinrichtung (11) übermittelt werden kann.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung zur Regelung einer eine Brennkraftmaschine und einen mit der Brennkraftmaschine antriebswirkverbundenen Generator umfassenden Leistungsanordnung, eine Regelanordnung mit einer solchen Regeleinrichtung, eine Leistungsanordnung, umfassend eine Brennkraftmaschine und einen mit der Brennkraftmaschine antriebswirkverbundenen Generator, mit einer solchen Regeleinrichtung oder mit einer solchen Regelanordnung, und ein Verfahren zur Regelung einer solchen Leistungsanordnung.
• Eine solche Regeleinrichtung ist typischerweise eingerichtet, um eine Drehzahl der Brennkraftmaschine und mittelbar darüber eine Generatorfrequenz des mit der Brennkraftmaschine antriebswirkverbundenen Generators zu regeln. Dies ist insoweit problematisch, als eine vergleichsweise dynamische Größe zur Regelung herangezogen wird. Somit ist die Regelung intrinsisch vergleichsweise wenig robust, worunter insbesondere ein stationäres Regelverhalten leidet. Hinzu kommt, dass der Drehzahlregler eigens in besonderer Weise parametriert werden muss, um die Generatorfrequenz regeln zu können. Weiterhin bedarf es einer separaten Adaption für jeden Drehzahlregler jeder spezifischen Leistungsanordnung. Dies gilt in ganz besonderem Maß, wenn die Leistungsanordnung im Verbund mit anderen Leistungsanordnungen in einem Inselparallelbetrieb oder Netzparallelbetrieb betrieben wird, wobei eine angeforderte Gesamtleistung auf die verschiedenen Leistungsanordnungen verteilt wird. Insbesondere in diesem Fall ist eine separate, geeignete Parametrierung des Drehzahlreglers, gegebenenfalls unter Berücksichtigung eines zur Leistungsverteilung eingesetzten externen Steuergeräts, nötig.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Regeleinrichtung zur Regelung einer eine Brennkraftmaschine und einen mit der Brennkraftmaschine antriebswirkverbundenen Generator umfassenden Leistungsanordnung, eine Regelanordnung mit einer solchen Regeleinrichtung, eine Leistungsanordnung, umfassend eine Brennkraftmaschine und einen mit der Brennkraftmaschine antriebswirkverbundenen Generator, mit einer solchen Regeleinrichtung oder mit einer solchen Regelanordnung, und ein Verfahren zur Regelung einer solchen Leistungsanordnung zu schaffen, wobei die genannten Nachteile nicht auftreten.
• Die Aufgabe wird gelöst, indem die vorliegende technische Lehre bereitgestellt wird, insbesondere die Lehre der unabhängigen Ansprüche sowie der in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung offenbarten Ausführungsformen.
• Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem eine Regeleinrichtung zur Regelung einer eine Brennkraftmaschine und einen mit der Brennkraftmaschine antriebswirkverbundenen Generator umfassenden Leistungsanordnung geschaffen wird, wobei die Regeleinrichtung eingerichtet ist, um eine Generatorleistung des Generators als Regelgröße zu erfassen, eine Regelabweichung als Differenz der erfassten Generatorleistung zu einer Soll-Generatorleistung zu ermitteln, und um eine Soll-Drehzahl als Stellgröße zur Ansteuerung der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von der Regelabweichung zu bestimmen. Die Regeleinrichtung ist außerdem eingerichtet, um ein Regelgesetz zur Bestimmung der Soll-Drehzahl zu verwenden. Die Regeleinrichtung ist eingerichtet, um mit einer Steuereinrichtung der Brennkraftmaschine derart wirkverbunden zu werden, dass die Soll-Drehzahl von der Regeleinrichtung an die Steuereinrichtung übermittelt werden kann. Insbesondere ist die Regeleinrichtung als Generatorregler ausgebildet und mit der Steuereinrichtung der Brennkraftmaschine derart wirkverbindbar, dass die Soll-Drehzahl von der Regeleinrichtung an die Steuereinrichtung übermittelt werden kann. Indem die hier vorgeschlagene Regeleinrichtung die Soll-Drehzahl in Abhängigkeit von der als Differenz der erfassten Generatorleistung zu der Soll-Generatorleistung ermittelten Regelabweichung berechnet, wird eine vergleichsweise langsame Regelung bereitgestellt, die in robuster Weise Abweichungen von der Soll-Generatorleistung nachregeln kann. Indem die Regeleinrichtung hierfür ein Regelgesetz verwendet, wird eine besonders robuste Ausgestaltung der Leistungsregelung erzielt. Die Dynamik für den Betrieb der Leistungsanordnung wird demgegenüber getrennt davon durch einen in der Steuereinrichtung der Brennkraftmaschine implementierten Drehzahlregler bereitgestellt. Auf diese Weise ergibt sich eine besonders robuste Ausgestaltung der Regeleinrichtung zum Zweck der Leistungsregelung. Außerdem bedarf es keiner eigenständigen, separaten Parametrierung des Drehzahlreglers der Brennkraftmaschine, was insbesondere vorteilhaft ist im Hinblick auf den Einsatz der Regeleinrichtung in einem Verbund von Leistungsanordnungen, besonders wenn die der Regeleinrichtung zugewiesene Soll-Generatorleistung in einem externen Steuergerät durch Lastverteilung einer Gesamtleistung auf die einzelnen Leistungsanordnungen bestimmt wird. Insbesondere bedarf es nämlich keiner separaten Anpassung der Regeleinrichtung auf das externe Steuergerät. Dadurch, dass die Regeleinrichtung selbst als Generatorregler ausgebildet und mit der Steuereinrichtung der Brennkraftmaschine wirkverbindbar ist, kann sie flexibel mit verschiedenen Brennkraftmaschinen in verschiedenen Leistungsanordnungen eingesetzt werden. Insbesondere kann so die Regeleinrichtung auch mit Brennkraftmaschinen oder Leistungsanordnungen anderer Hersteller verwendet werden.
• Unter einem Regelgesetz wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere eine mathematische Beziehung, insbesondere eine Gleichung verstanden, welche das Verhalten eines Reglers beschreibt. Insbesondere beschreibt das Regelgesetz den Zusammenhang zwischen der Stellgröße und der Regelabweichung. Insbesondere beschreibt das Regelgesetz, wie sich die Stellgröße in Abhängigkeit von der Regelabweichung verhält. In bevorzugter Ausgestaltung beschreibt das Regelgesetz das Verhalten eines Reglers, der ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus einem P-Regler, einem I-Regler, einem D-Regler, einem PI-Regler, einem PD-Regler, einem PD1-Regeler, einem PD2-Regler, einem PID-Regler, einem PT1-Regler, einem PT2-Regler, einem PI(DT1)-Regler, und einer Kombination von mindestens zwei der vorgenannten Regler. Regelgesetze, die das Verhalten dieser und anderer Regler beschreiben, sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt.
• Das Regelgesetz ist bevorzugt in die Regeleinrichtung implementiert, vorzugsweise in eine Hardwarestruktur der Regeleinrichtung, oder in Form einer Software, die während des Betriebs der Regeleinrichtung auf der Regeleinrichtung ausgeführt wird. Insbesondere ist es einerseits möglich, dass die Stellgröße in Abhängigkeit von der Regelabweichung explizit durch softwaretechnisches Durchführen bestimmter Rechenschritte berechnet wird; es ist aber auch möglich, dass die Stellgröße in Abhängigkeit von der Regelabweichung aufgrund der bestimmten Verschaltung der Hardwarestruktur der Regeleinrichtung bestimmt, das heißt quasi indirekt berechnet wird.
• Unter einer Regeleinrichtung wird insbesondere eine Regelungseinrichtung verstanden. In entsprechender Weise wird unter einer Regelanordnung insbesondere eine Regelungsanordnung verstanden. Unter einer Steuereinrichtung wird entsprechend insbesondere eine Steuerungseinrichtung verstanden.
• Unter einem Generatorregler wird insbesondere ein von der Steuereinrichtung der Brennkraftmaschine separates, das heißt insbesondere externes Steuergerät verstanden, welches eingerichtet ist, um die Generatorleistung des Generators durch Vorgabe der Soll-Drehzahl für die Brennkraftmaschine zu regeln, insbesondere die Soll-Drehzahl als Stellgröße an die Steuereinrichtung der Brennkraftmaschine zu übermitteln. Insbesondere ist ein Generatorregler selbst kein Steuergerät für die Brennkraftmaschine, insbesondere keine sogenannte Engine Control Unit (ECU). Insbesondere ist der Generatorregler zusätzlich zu der Steuereinrichtung für die Brennkraftmaschine, das heißt zusätzlich zu dem Steuergerät, vorgesehen.
• Unter einer Leistungsanordnung wird hier insbesondere eine Anordnung aus einer Brennkraftmaschine und einer als Generator betreibbaren elektrischen Maschine, d.h. einem Generator, verstanden, wobei die Brennkraftmaschine mit dem Generator antriebswirkverbunden ist, um den Generator anzutreiben. Somit ist die Leistungsanordnung insbesondere eingerichtet, um in der Brennkraftmaschine in mechanische Energie umgesetzte chemische Energie in dem Generator in elektrische Energie zu wandeln. Die Leistungsanordnung wird insbesondere mit einer Mehrzahl von - insbesondere wenigen - anderen Leistungsanordnungen gemeinsam in einem Verbund, das heißt in einem Inselparallelbetrieb betrieben, oder die Leistungsanordnung wird an einem insbesondere größeren Stromnetz oder Energieversorgungsnetz, insbesondere einem überregionalen Stromnetz, im Netzparallelbetrieb betrieben.
• Die hier als Regelgröße erfasste Generatorleistung wird dabei insbesondere an mehreren Leistungsanordnungen, vorzugsweise an jeder Leistungsanordnung eines Verbunds von Leistungsanordnungen für die jeweilige Leistungsanordnung separat erfasst und zur Regelung der jeweiligen Leistungsanordnung verwendet. Die als Regelgröße erfasste Generatorleistung ist also nicht eine Gesamtleistung des Verbunds der Leistungsanordnungen, sondern vielmehr die durch die einzelne Leistungsanordnung jeweils erbrachte Leistung. Insbesondere wird die Generatorleistung bevorzugt nicht an einer Sammelschiene erfasst, mit welcher eine Mehrzahl von Leistungsanordnungen elektrisch verbunden sind.
• Bevorzugt wird die Generatorleistung an dem Generator der Leistungsanordnung erfasst.
• Die Soll-Generatorleistung ist insbesondere ein für die jeweilige Leistungsanordnung, d. h. insbesondere für die jeweilige Regeleinrichtung, erzeugter Lastanteil. Dies ist insbesondere derjenige Anteil der Gesamtlast oder Gesamtleistung, der von der jeweiligen Leistungsanordnung erbracht werden soll. Vorzugsweise wird die Soll-Generatorleistung als Lastanteil für die jeweilige Leistungsanordnung von einem externen Steuergerät oder einem externen Regler erzeugt. Bevorzugt wird - insbesondere an der Sammelschiene - eine Gesamtlast erfasst, die dann nach einem vorzugsweise in dem externen Steuergerät implementierten Algorithmus auf die einzelnen Leistungsanordnungen aufgeteilt wird. Insbesondere ist die Regeleinrichtung eingerichtet, um mit dem externen Steuergerät verbunden zu werden, um die Soll-Generatorleistung von dem externen Steuergerät - als den der Regeleinrichtung zugeordneten Lastanteil - zu empfangen. Insbesondere weist die Regeleinrichtung bevorzugt eine hierfür geeignete Schnittstelle auf.
• Es wird aber auch eine Ausgestaltung bevorzugt, bei der die Regeleinrichtung eingerichtet ist, um die Soll-Generatorleistung selbst zu bestimmen, das heißt insbesondere die Gesamtleistung zu erfassen und auf eine Mehrzahl von Regeleinrichtungen - einschließlich ihrer selbst - aufzuteilen. Die Regeleinrichtung ist in diesem Fall bevorzugt als Master-Regeleinrichtung ausgebildet. Sie weist bevorzugt eine Schnittstelle auf, über die für andere Regeleinrichtungen berechnete Lastanforderungen, insbesondere an Slave-Regeleinrichtungen, ausgegeben werden können, beispielsweise eine Schnittstelle für einen CAN-Bus.
• Dass die Regeleinrichtung eingerichtet ist, um mit der Steuereinrichtung der Brennkraftmaschine derart wirkverbunden zu werden, dass die Soll-Drehzahl von der Regeleinrichtung an die Steuereinrichtung übermittelt werden kann, das heißt wirkverbindbar ist, bedeutet insbesondere, dass die Regeleinrichtung eine hierfür geeignete Schnittstelle aufweist. In bevorzugter Ausgestaltung ist die Regeleinrichtung - insbesondere über die Schnittstelle - mit der Steuereinrichtung der Brennkraftmaschine derart wirkverbunden, dass die Soll-Drehzahl von der Regeleinrichtung an die Steuereinrichtung übermittelt werden kann. Vorzugsweise ist die Regeleinrichtung außerdem eingerichtet, um wenigstens eine Soll-Drehmoment-Größe von der Steuereinrichtung zu empfangen. Insbesondere ist die Schnittstelle bevorzugt so eingerichtet, dass zusätzlich zu der Ausgabe der Soll-Drehzahl die wenigstens eine Soll-Drehmoment-Größe über die Schnittstelle empfangen werden kann. Es ist aber auch möglich, dass für das Empfangen der wenigstens einen Soll-Drehmoment-Größe eine separate, zweite Schnittstelle vorgesehen ist.
• Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Regeleinrichtung eingerichtet ist, um das zur Bestimmung der Soll-Drehzahl verwendete Regelgesetz in Abhängigkeit von wenigstens einer Anpassungsgröße anzupassen, wobei die wenigstens eine Anpassungsgröße ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus der erfassten Generatorleistung, einer Generatorfrequenz, einer Droop-Größe und einer - insbesondere von der Steuereinrichtung der Brennkraftmaschine berechneten - Soll-Drehmoment-Größe. Insbesondere die Verwendung und ganz besonders die Anpassung des Regelgesetzes ermöglichen es, die Regeleinrichtung in Kombination mit einer Vielzahl verschiedener Leistungsanordnungen, insbesondere mit einer Vielzahl verschiedener Brennkraftmaschinen zu betreiben, ohne dass es einer spezifischen Anpassung an die konkret betriebene Leistungsanordnung, insbesondere an die konkret betriebene Brennkraftmaschine, bedarf. Dadurch kann die Leistungsanordnung, insbesondere die Brennkraftmaschine quasi einstellungsfrei betrieben werden, sodass ein ansonsten bei herkömmlichen Regeleinrichtungen und Verfahren nötiger Adaptierungsaufwand bei Verwendung der erfindungsgemäßen technischen Lehre vorteilhaft minimal ist, vorzugsweise völlig entfällt.
• Unter einer Generatorfrequenz wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere die Frequenz der in dem Generator induzierten elektrischen Spannung, insbesondere die Frequenz der elektrischen Ausgangsspannung des Generators, verstanden.
• Dass das Regelgesetz in Abhängigkeit der wenigstens einen Anpassungsgröße angepasst wird, ermöglicht es außerdem vorteilhaft, eine Kreisverstärkung des offenen Regelkreises in allen Betriebspunkten ähnlich, vorzugsweise über alle Betriebspunkte auf einem vorbestimmten Wert, insbesondere auf einem vom Anwender parametrierten Wert, konstant zu halten. Dies wiederum vereinfacht das Regelverhalten und damit zugleich auch die Einstellung der Regeleinrichtung auf den konkreten Anwendungsfall. Insbesondere ist die Regeleinrichtung auf diese Weise einfach zu adaptieren sowie leicht und zuverlässig einsetzbar, was nicht zuletzt auch Kosten in der Anwendung einspart.
• Unter einer Kreisverstärkung des offenen Regelkreises wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere das Produkt eines Proportionalbeiwerts des Regelgesetzes mit der statischen (s = 0) Verstärkung der Regelstrecke bei sprunghafter Anregung verstanden.
• Unter einer Anpassung des Regelgesetzes in Abhängigkeit von wenigstens einer Anpassungsgröße wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere verstanden, dass wenigstens ein das Regelgesetz bestimmender Parameter in Abhängigkeit von der wenigstens einen Anpassungsgröße verändert wird. In bevorzugter Ausgestaltung wird das Regelgesetz in Abhängigkeit von der wenigstens einen Anpassungsgröße angepasst, indem der Proportionalbeiwert des Regelgesetzes in Abhängigkeit von der wenigstens einen Anpassungsgröße verändert wird. Das Regelgesetz wird dabei in bevorzugter Ausgestaltung insbesondere durch den Proportionalbeiwert als Parameter bestimmt. Unter einer Anpassungsgröße wird entsprechend eine Größe verstanden, abhängig von der der wenigstens eine das Regelgesetz bestimmende Parameter verändert wird. Insbesondere ist eine Anpassungsgröße eine Größe, von welcher ein Wert des wenigstens einen das Regelgesetz bestimmenden Parameters abhängt.
• Die Droop-Größe ist bevorzugt eine Größe, die vorgesehen ist und verwendet wird, um eine vorbestimmte Leistungsverteilung auf eine Mehrzahl von Leistungsanordnungen zu gewährleisten. Die Droop-Größe wird auch als P-Grad bezeichnet. Vorzugweise ist der Droop-Größe ein endlicher Wert von wenigen Prozentpunkten, vorzugsweise höchstens 8 %, vorzugsweise 4 %, zugeordnet. Die Droop-Größe hat auch eine dämpfende und stabilisierende Wirkung auf das Verhalten der Leistungsanordnung im Verbund mit weiteren Leistungsanordnungen.
• In bevorzugter Ausgestaltung ist die Soll-Drehmoment-Größe ein insbesondere momentanes Drehmoment der Brennkraftmaschine. Es ist möglich, dass die Soll-Drehmoment-Größe ein Drehmoment in einem stationären Zustand ist, das auch als stationäres Drehmoment bezeichnet wird. Alternativ oder zusätzlich ist die Soll-Drehmoment-Größe bevorzugt ein - vorzugsweise gefiltertes - Soll-Drehmoment oder ein Integralanteil für das Soll-Drehmoment.
• Vorzugsweise wird das Regelgesetz in Abhängigkeit von der wenigstens einen Anpassungsgröße nachgeführt, wobei es insbesondere an sich ändernde Betriebspunkte der Leistungsanordnung - insbesondere automatisch - angepasst wird.
• Vorzugsweise ist die Regeleinrichtung eingerichtet, um die erfasste Generatorleistung nach unten, insbesondere auf einen vorbestimmten Leistungs-Grenzwert, zu begrenzen.
• Zum Zweck der folgenden Herleitung wird ein stationärer Zustand betrachtet, weshalb die betroffenen Größen mit dem Index „stat“ versehen sind. Die auf diese Weise hergeleiteten Beziehungen, Zusammenhänge und Gleichungen sind aber auch in transienten Zuständen gültig.
• Das Regelgesetz wird bevorzugt insbesondere bestimmt durch: $$k_p^P=\frac{450v^P{ƒ}_{G,stat}}{P_{G,stat}}\left(1+d\frac{M_{stat}}{M_V}\right),$$

  

  mit dem Proportionalbeiwert $k_p^P,$

  

  der vorbestimmten, vorzugsweise vorgebbaren Kreisverstärkung v^P, der Droop-Größe d, der Generatorfrequenz f_G,stat, der Generatorleistung P_G,stat, dem Drehmoment M_stat und dem Volllast-Drehmoment M_V. Das Volllast-Drehmoment M_V entspricht insbesondere dem Drehmoment bei 100 % Motorleistung der Brennkraftmaschine. Ein solcher Zusammenhang wie Gleichung (1) wird teilweise auch selbst kurz als Regelgesetz bezeichnet.
• Anhand von Gleichung (1) zeigt sich, dass der Proportionalbeiwert $k_p^P$

  

  bei vorgegebener, konstant gehaltener Kreisverstärkung v^P mit der Generatorfrequenz f_G,stat und der Generatorleistung P_G,stat variiert, sowie zusätzlich dann, wenn die Droop-Größe d in bevorzugter Ausgestaltung von null verschieden ist, mit der Droop-Größe d und dem Drehmoment M_stat.
• Wird die Droop-Größe d gleich null gewählt, variiert der Proportionalbeiwert $k_p^P$

  

  bei vorgegebener, konstant gehaltener Kreisverstärkung v^P nur mit der Generatorfrequenz f_G,stat und der Generatorleistung P_G,stat : $$k_p^P=\frac{450v^P{ƒ}_{G,stat}}{P_{G,stat}}.$$

  
• Der Zusammenhang gemäß Gleichung (2) ergibt sich somit insbesondere als Grenzfall für d = 0 aus Gleichung (1). Es ergibt sich aber in derselben Form auch im Fall der verschwindenden Last oder Nulllast, d. h. bei M_stat = 0, unabhängig vom Wert der Droop-Größe.
• Bei Volllast mit M_stat = M_V ergibt sich dagegen folgender Zusammenhang: $$k_p^P=\frac{450v^P{ƒ}_{G,stat}}{P_{G,stat}}\left(1+d\right).$$

  
• Gleichung (1) kann insbesondere hergeleitet werden, wenn man von der linearisierten Darstellung des Regelkreises gemäß 3 ausgeht: Darin wird ein Soll-Drehmoment M_soll in Abhängigkeit von einer Drehzahl-Regelabweichung e_n, einem Drehzahl-Proportionalbeiwert $k_p^n,$

  

  und einer Nachstellzeit ${\tau }_n^n$

  

  berechnet, nämlich unter Berücksichtigung der komplexen Variablen s gemäß folgender Gleichung: $$M_{soll}\left(s\right)=e_n\left(s\right)k_p^n\left(1+\frac{1}{{\tau }_n^{n}s}\right).$$

  
• Zugleich liest man aus 3 mit den dort dargestellten Übertragungsfunktionen direkt ab: $$e_n\left(s\right)=\left(s\right)-\frac{n_{N}d}{M_V}\frac{k_p^n}{{\tau }_n^{n}s}{e}_n\left(s\right)-G_{ƒ}^n\left(s\right)G_s^n\left(s\right)M_{soll}\left(s\right),$$

  

  mit der Soll-Drehzahl ns_oll und der Nenn-Drehzahl n_N.
• Nach Auflösen von Gleichung (4) nach der Drehzahl-Regelabweichung e_n, Umformen von Gleichung (5) und Einsetzen der aufgelösten Gleichung (4) in die umgeformte Gleichung (5) sowie weiterem Umformen erhält man: $$\frac{M_{soll}\left(s\right)}{n_{soll}\left(s\right)}=\frac{k_p^n{M}_V\left(1+{\tau }_n^{n}s\right)}{k_p^n{M}_V\left(1+{\tau }_n^{n}s\right)G_{ƒ}^n\left(s\right)G_s^n\left(s\right)+n_N{k}_p^{n}d+{\tau }_n^n{M}_{V}s}.$$

  
• Die Übertragungsfunktion G_s(s) der Regelstrecke des Leistungsreglers ausgehend von der Soll-Drehzahl ns_oll bis zur Ausgabe einer Ist-Leistung P_ist liest man ab als: $$G_s\left(s\right)=\frac{M_{soll}\left(s\right)}{n_{soll}\left(s\right)}{G}_s^P\left(s\right).$$

  
• Durch Einsetzen von Gleichung (6) in Gleichung (7) erhält man: $$G_s\left(s\right)=\frac{k_p^n{M}_V\left(1+{\tau }_n^{n}s\right)}{k_p^n{M}_V\left(1+{\tau }_n^{n}s\right)G_{ƒ}^n\left(s\right)+n_N{k}_p^{n}d+{\tau }_n^n{M}_{V}s}{G}_s^P\left(s\right).$$

  
• Für den stationären Betriebszustand gilt: $$s\stackrel{\text{def}}{=}\mathrm{0,}$$

  

  $$G_s\left(0\right)=\frac{k_p^n{M}_V}{k_p^n{M}_V{G}_{ƒ}^n\left(0\right)G_s^n\left(0\right)+n_N{k}_p^{n}d}{G}_s^P\left(0\right).$$

  
• Für die Übertragungsfunktionen der Brennkraftmaschine $G_s^n\left(0\right)$

  

  und des Drehzahlfilters $G_{ƒ}^n\left(0\right)$

  

  einerseits sowie des Generators $G_s^P\left(0\right)$

  

  andererseits gilt im stationären Betriebszustand: $$G_s^P\left(0\right)=\frac{P_{G,stat}}{15M_{stat}},$$

  

  $$G_s^n\left(0\right)=\frac{n_{stat}}{M_{stat}},$$

  

  mit der Drehzahl n_stat, und $$G_{ƒ}^n\left(0\right)=1.$$

  
• Mit n_N = n_stat, durch Einsetzen der Gleichungen (11) bis (13) in Gleichung (10), Erweitern mit M_stat/M_V, einigem Umformen erhält man schließlich: $$G_s\left(0\right)=\frac{P_{G,stat}}{15n_{stat}}\left\{\frac{1}{1+d\frac{M_{stat}}{M_V}}\right\}.$$

  
• Daraus folgt mit: $$k_p^P{G}_s\left(0\right)=v^P$$

  

  und weiterhin unter Berücksichtigung, dass bei Netzparallelbetrieb im stationären Zustand bei Nenndrehzahl gilt: $$n_{stat}=30{ƒ}_{G,stat},$$

  

  die das Regelgesetz bestimmende Gleichung (1).
• Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Regeleinrichtung eingerichtet ist, um das Regelgesetz anzupassen, indem der Proportionalbeiwert $k_p^P$

  

  des Regelgesetzes so bestimmt wird, dass die vorbestimmte Kreisverstärkung v^P des offenen Regelkreises konstant ist. Insbesondere ist die Regeleinrichtung bevorzugt eingerichtet, um den Proportionalbeiwert $k_p^P$

  

  so zu bestimmen, dass die vorbestimmte Kreisverstärkung v^P - insbesondere über alle Betriebspunkte der Leistungsanordnung - konstant bleibt. Insbesondere ist die Regeleinrichtung auf diese Weise vorteilhaft einfach zu adaptieren sowie leicht und zuverlässig einsetzbar. Insbesondere ergibt sich aus Gleichung (1), dass es möglich ist, den Proportionalbeiwert $k_p^P$

  

  stets so anzupassen, dass die Kreisverstärkung v^P - insbesondere unabhängig von dem momentanen Betriebspunkt der Leistungsanordnung - konstant ist.
• Die vorbestimmte Kreisverstärkung v^P ist bevorzugt parametrierbar, d. h. insbesondere durch einen Anwender einstellbar oder vorgebbar. Auf diese Weise kann ein Anwender der Regeleinrichtung oder ein Anwender einer Leistungsanordnung, die mit der Regeleinrichtung betrieben wird, die Kreisverstärkung v^P in gewünschter Weise einstellen. Der Proportionalbeiwert $k_p^P$

  

  wird dann an die durch den Anwender gewählte Kreisverstärkung v^P in geeigneter Weise angepasst. Dies hat den Vorteil, dass es keiner aufwändigen Abstimmung der Regeleinrichtung auf die Leistungsanordnung bedarf.
• Die Regeleinrichtung ist insbesondere eingerichtet, um den Proportionalbeiwert $k_p^P$

  

  proportional zu der vorbestimmten Kreisverstärkung v^P zu wählen. Die vorbestimmte Kreisverstärkung v^P wird allerdings bevorzugt einmalig oder höchstens selten durch einen Anwender eingestellt und im Übrigen konstant gehalten. Sie kann somit zumindest im laufenden Betrieb der Leistungsanordnung als Konstante betrachtet werden.
• Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Regeleinrichtung eingerichtet ist, um den Proportionalbeiwert $k_p^P$

  

  in Abhängigkeit von der Generatorleistung, der Generatorfrequenz, der Droop-Größe d, und der wenigstens einen Soll-Drehmoment-Größe zu berechnen. Auf diese Weise kann der Proportionalbeiwert besonders flexibel und genau nachgeführt werden. Insbesondere ist die Regeleinrichtung bevorzugt eingerichtet, um den Proportionalbeiwert $k_p^P$

  

  nach Gleichung (1) zu bestimmen.
• Insbesondere ist die Regeleinrichtung bevorzugt eingerichtet, um den Proportionalbeiwert $k_p^P$

  

  umgekehrt proportional zu der Generatorleistung zu berechnen.
• Alternativ oder zusätzlich ist die Regeleinrichtung bevorzugt eingerichtet, um den Proportionalbeiwert $k_p^P$

  

  proportional zu der Generatorfrequenz zu berechnen.
• Alternativ oder zusätzlich ist die Regeleinrichtung bevorzugt eingerichtet, um den Proportionalbeiwert $k_p^P$

  

  proportional zu der Droop-Größe d zu berechnen.
• Alternativ oder zusätzlich ist die Regeleinrichtung bevorzugt eingerichtet, um den Proportionalbeiwert $k_p^P$

  

  proportional zu der Soll-Drehmoment-Größe zu berechnen.
• Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Regeleinrichtung eingerichtet ist, um den Proportionalbeiwert $k_p^P$

  

  in Abhängigkeit von der Generatorleistung, der Droop-Größe d und der wenigstens einen Soll-Drehmoment-Größe zu berechnen. Auch auf diese Weise kann der Proportionalbeiwert $k_p^P$

  

  flexibel und genau, allerdings mit verringertem Rechenaufwand, nachgeführt werden. Vorzugsweise ist die Regeleinrichtung eingerichtet, um die Generatorfrequenz in diesem Fall konstant zu setzen. Da die Generatorfrequenz im laufenden Betrieb der Leistungsanordnung nur wenig variiert, entsteht hierdurch höchstens ein kleiner, insbesondere vernachlässigbarer Fehler. Vorzugsweise wird für die Generatorfrequenz ein vorbestimmter, konstanter Norm-Frequenzwert gewählt, insbesondere bevorzugt - je nach Anwendungsfall - 50 Hz oder 60 Hz.
• Für einen Norm-Frequenzwert von 50 Hz ergibt sich dann unmittelbar aus Gleichung (1) folgender modifizierter Zusammenhang: $$k_p^P=\frac{22500v^P}{P_{G,stat}}\left(1+d\frac{M_{stat}}{M_V}\right).$$

  
• Für einen Norm-Frequenzwert von 60 Hz ergibt sich entsprechend folgendes modifizierter Zusammenhang: $$k_p^P=\frac{27000v^P}{P_{G,stat}}\left(1+d\frac{M_{stat}}{M_V}\right).$$

  
• Alternativ oder zusätzlich ist bevorzugt vorgesehen, dass die Regeleinrichtung eingerichtet ist, um den Proportionalbeiwert $k_p^P$

  

  in Abhängigkeit von - insbesondere nur - der Generatorleistung und der Generatorfrequenz zu berechnen. Auch dies stellt eine stabile Möglichkeit zur Nachführung des Proportionalbeiwerts $k_p^P$

  

  bei zugleich reduziertem Rechenaufwand dar, insbesondere da die Droop-Größe d auf den Proportionalbeiwert $k_p^P$

  

  nur einen geringen Einfluss hat. Insbesondere ist die Regeleinrichtung bevorzugt eingerichtet, um den Proportionalbeiwert $k_p^P$

  

  nach Gleichung (2) zu bestimmen. Aufgrund des geringen Einflusses der Droop-Größe auf den Proportionalbeiwert $k_p^P$

  

  stellt Gleichung (2) eine sehr gute Näherung dar.
• Alternativ oder zusätzlich ist bevorzugt vorgesehen, dass die Regeleinrichtung eingerichtet ist, um den Proportionalbeiwert $k_p^P$

  

  in Abhängigkeit nur von der Generatorleistung zu berechnen. Da die erfasste Generatorleistung in der Regeleinrichtung selbst verfügbar ist, muss sie nicht von einem externen Regler bereitgestellt werden. Daher stellt diese Ausgestaltung eine besonders robuste Art der Berechnung des Proportionalbeiwerts $k_p^P$

  

  dar. Hierzu kann in bevorzugter Ausgestaltung auch der Zusammenhang nach Gleichung (2) durch die Anwendung einer konstanten Generatorfrequenz, insbesondere durch Setzen der Generatorfrequenz auf einen vorbestimmten Norm-Frequenzwert, weiter vereinfacht werden.
• Für einen Norm-Frequenzwert von 50 Hz ergibt sich dann unmittelbar aus Gleichung (2) folgender modifizierter Zusammenhang: $$k_p^P\frac{22500v^P}{P_{G,stat}}.$$

  
• Für einen Norm-Frequenzwert von 60 Hz ergibt sich entsprechend folgender modifizierter Zusammenhang: $$k_p^P\frac{27000v^P}{P_{G,stat}}.$$

  
• Alternativ oder zusätzlich ist bevorzugt vorgesehen, dass die Regeleinrichtung eingerichtet ist, um den Proportionalbeiwert $k_p^P$

  

  in Abhängigkeit von - insbesondere nur - der Droop-Größe und der wenigstens einen Soll-Drehmoment-Größe zu berechnen. Insbesondere ist die Regeleinrichtung bevorzugt eingerichtet, um den Proportionalbeiwert $k_p^P$

  

  gemäß dem folgenden Zusammenhang zu berechnen: $$k_p^P=\frac{45\cdot {10}^4{v}^P}{\pi M_{stat}}\left(1+d\frac{M_{stat}}{M_V}\right).$$

  
• Der Zusammenhang nach Gleichung (21) kann dabei auf folgende Weise hergeleitet werden:
• Für die Generatorleistung gilt in einheitenloser Darstellung: $$P_{G,stat}=\frac{\pi }{3\cdot {10}^4}{M}_{stat}{n}_{stat},$$

  

  woraus sich mit Gleichung (16) ergibt: $$P_{G,stat}=\frac{\pi M_{stat}{ƒ}_{G,}{}_{stat}}{{10}^3}.$$

  
• Durch Einsetzen von Gleichung (23) in Gleichung (1) erhält man unmittelbar Gleichung (21).
• Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Regeleinrichtung eingerichtet ist, um eine momentane Ist-Leistung des Generators zu filtern, und die gefilterte Ist-Leistung als erfasste Generatorleistung zu verwenden. Dies ermöglicht vorteilhaft eine besonders ruhige und damit robuste Regelung. Die momentane Ist-Leistung wird vorzugsweise - insbesondere elektrisch - unmittelbar am Generator gemessen. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung wird die momentane Ist-Leistung mit einem PT₁-Filter oder einem Mittelwertfilter gefiltert, wobei die erfasste Generatorleistung aus dem PT₁-Filter oder dem Mittelwertfilter resultiert.
• Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Regelanordnung zur Regelung einer eine Brennkraftmaschine und einen mit der Brennkraftmaschine antriebswirkverbundenen Generator umfassenden Leistungsanordnung geschaffen wird, die eine erfindungsgemäße Regeleinrichtung oder eine Regeleinrichtung nach einem oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele und eine mit der Regeleinrichtung wirkverbundene Steuereinrichtung zur direkten Ansteuerung der Brennkraftmaschine aufweist. Die Regeleinrichtung ist eingerichtet, um die Soll-Drehzahl an die Steuereinrichtung zu übermitteln. In Zusammenhang mit der Regelanordnung ergeben sich insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit der Regeleinrichtung erläutert wurden.
• Die Steuereinrichtung ist bevorzugt ein Motorregler der Brennkraftmaschine. Besonders bevorzugt ist die Steuereinrichtung eine sogenannte Engine Control Unit (ECU). Der Motorregler oder die ECU ist bevorzugt eingerichtet, um anhand der Soll-Drehzahl - vorzugsweise über den Zwischenschritt eines Soll-Drehmoments - wenigstens eine Bestromungsdauer für wenigstens ein Brennstoffeinbringventil, insbesondere einen Injektor, der Brennkraftmaschine zu berechnen. Die Steuereinrichtung weist bevorzugt einen Drehzahlregler auf, oder es ist ein Drehzahlregler in die Steuereinrichtung implementiert. Der Drehzahlregler ist bevorzugt ausgebildet, wie dies in der Patentschrift DE 10 2008 036 300 B3 offenbart ist.
• Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung eingerichtet ist, um wenigstens eine Soll-Drehmoment-Größe zu bestimmen, insbesondere zu berechnen, und an die Regeleinrichtung zu übermitteln, wobei die Regeleinrichtung eingerichtet ist, um die wenigstens eine Soll-Drehmoment-Größe von der Steuereinrichtung zu empfangen. Die wenigstens eine Soll-Drehmoment-Größe ist dabei insbesondere diejenige Soll-Drehmoment-Größe, welche in der Regeleinrichtung bevorzugt dazu verwendet wird, das Regelgesetz, insbesondere gemäß Gleichung (1), anzupassen, insbesondere nachzuführen.
• Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung eingerichtet ist, um als die wenigstens eine Soll-Drehmoment-Größe eine Größe zu bestimmen, die ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus einem - vorzugsweise gefilterten - Soll-Drehmoment und einem Integralanteil für das Soll-Drehmoment eines Drehzahlreglers der Steuereinrichtung.
• Die wenigstens eine Soll-Drehmoment-Größe ist in bevorzugter Ausgestaltung das Soll-Drehmoment, welches in der Steuereinrichtung verwendet wird, um eine Bestromungsdauer für die Brennstoffeinbringventile zu berechnen, insbesondere als Stellgröße des Drehzahlreglers. Alternativ oder zusätzlich ist die wenigstens eine Soll-Drehmoment-Größe bevorzugt ein Integralanteil (I-Anteil) des Soll-Drehmoments.
• Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Leistungsanordnung geschaffen wird, die eine Brennkraftmaschine und einen mit der Brennkraftmaschine antriebswirkverbundenen Generator aufweist. Außerdem weist die Leistungsanordnung eine erfindungsgemäße Regeleinrichtung oder eine Regeleinrichtung nach einem oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele auf. Alternativ weist die Leistungsanordnung eine erfindungsgemäße Regelanordnung oder eine Regelanordnung nach einem oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele auf. Die Regeleinrichtung oder die Regelanordnung ist mit der Brennkraftmaschine und dem Generator der Leistungsanordnung wirkverbunden. In Zusammenhang mit der Leistungsanordnung ergeben sich insbesondere die Vorteile, die zuvor bereits in Zusammenhang mit der Regeleinrichtung oder der Regelanordnung erläutert wurden.
• Die Aufgabe wird schließlich auch gelöst, indem ein Verfahren zur Regelung einer eine Brennkraftmaschine und einen mit der Brennkraftmaschine antriebswirkverbundenen Generator umfassenden Leistungsanordnung geschaffen wird, wobei eine Generatorleistung des Generators als Regelgröße erfasst wird. Eine Regelabweichung wird als Differenz der erfassten Generatorleistung zu einer Soll-Generatorleistung ermittelt. Eine Soll-Drehzahl wird als Stellgröße zur Ansteuerung der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von der Regelabweichung bestimmt. Außerdem wird die Soll-Drehzahl anhand eines Regelgesetzes bestimmt, insbesondere berechnet. In Zusammenhang mit dem Verfahren ergeben sich insbesondere die Vorteile, die zuvor bereits in Zusammenhang mit der Regeleinrichtung, der Regelanordnung oder der Brennkraftmaschine erläutert wurden. Im Rahmen des Verfahrens wird vorzugsweise eine erfindungsgemäße Leistungsanordnung oder eine Leistungsanordnung nach einem oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele betrieben.
• Die Soll-Drehzahl wird bevorzugt in einer als Generatorregler ausgebildeten Regeleinrichtung berechnet und - insbesondere über eine Schnittstelle - an eine als Motorregler ausgebildete Steuereinrichtung übermittelt.
• Vorzugsweise wird im Rahmen des Verfahrens eine erfindungsgemäße Regeleinrichtung oder eine Regeleinrichtung nach einem oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele zur Regelung der Leistungsanordnung verwendet. Alternativ oder zusätzlich wird im Rahmen des Verfahrens bevorzugt eine erfindungsgemäße Regelanordnung oder eine Regelanordnung nach einem oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele zur Regelung der Leistungsanordnung verwendet.
• Vorzugsweise wird das zur Bestimmung der Soll-Drehzahl verwendete Regelgesetz in Abhängigkeit von wenigstens einer Anpassungsgröße angepasst, insbesondere nachgeführt. Die wenigstens eine Anpassungsgröße ist dabei ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus der erfassten Generatorleistung, einer Generatorfrequenz, einer Droop-Größe und einer - insbesondere von der Steuereinrichtung der Brennkraftmaschine berechneten - Soll-Drehmoment- Größe.
• Vorzugsweise wird das Regelgesetz angepasst, indem ein Proportionalbeiwert des Regelgesetzes so bestimmt wird, dass eine vorbestimmte Kreisverstärkung des offenen Regelkreises konstant ist, vorzugsweise konstant bleibt.
• Vorzugsweise wird der Proportionalbeiwert in Abhängigkeit von der Generatorleistung, der Generatorfrequenz, der Droop-Größe und der wenigstens einen Soll-Drehmoment-Größe berechnet.
• Gemäß einer alternativen Ausgestaltung wird der Proportionalbeiwert bevorzugt in Abhängigkeit von der Generatorleistung, der Droop-Größe und der wenigstens einen Soll-Drehmoment-Größe berechnet, wobei vorzugsweise die Generatorfrequenz konstant gesetzt wird.
• Gemäß einer alternativen Ausgestaltung wird der Proportionalbeiwert bevorzugt in Abhängigkeit von - insbesondere nur - der Generatorleistung und der Generatorfrequenz berechnet.
• Gemäß einer alternativen Ausgestaltung wird der Proportionalbeiwert bevorzugt in Abhängigkeit nur von der Generatorleistung berechnet, wobei vorzugsweise die Generatorfrequenz konstant gesetzt wird.
• Gemäß einer alternativen Ausgestaltung wird der Proportionalbeiwert bevorzugt in Abhängigkeit von - insbesondere nur - der Droop-Größe und der wenigstens einen Soll-Drehmoment-Größe berechnet.
• Vorzugsweise wird eine momentane Ist-Leistung des Generators gefiltert, und die gefilterte Ist-Leistung wird als erfasste Generatorleistung verwendet.
• Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
• 1 eine erste schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Leistungsanordnung mit einem Ausführungsbeispiel einer Regeleinrichtung;
• 2 eine zweite schematische Darstellung des Ausführungsbeispiels der Leistungsanordnung gemäß 1;
• 3 eine dritte schematische Darstellung des Ausführungsbeispiels der Leistungsanordnung gemäß 1;
• 4 eine Detaildarstellung eines Leistungsreglers;
• 5 eine Detaildarstellung einer ersten Ausführungsform eines Verfahrens zur Berechnung des Proportionalbeiwerts für die Leistungsregelung;
• 6 eine Detaildarstellung einer zweiten Ausführungsform eines Verfahrens zur Berechnung des Proportionalbeiwerts für die Leistungsregelung;
• 7 eine Detaildarstellung einer dritten Ausführungsform eines Verfahrens zur Berechnung des Proportionalbeiwerts für die Leistungsregelung;
• 8 eine Detaildarstellung einer vierten Ausführungsform eines Verfahrens zur Berechnung des Proportionalbeiwerts für die Leistungsregelung;
• 9 eine schematische, diagrammatische Darstellung der Funktionsweise einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Regelung einer Leistungsanordnung.
• 1 zeigt eine erste schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Leistungsanordnung 1 mit einem ersten Ausführungsbeispiel einer Regeleinrichtung 3. Die Leistungsanordnung 1 ist Teil eines übergeordneten Verbundes einer Mehrzahl von Leistungsanordnungen, von denen nur die eine, hier näher betrachtete Leistungsanordnung 1 dargestellt ist. Insbesondere ist die Leistungsanordnung 1 mit einem Stromnetz 4, hier konkret mit einer Sammelschiene 6 elektrisch verbunden. Die Leistungsanordnung 1 kann insbesondere im Inselparallelbetrieb oder im Netzparallelbetrieb betrieben sein; insbesondere kann es sich bei dem Stromnetz 4 um ein lokales Stromnetz, insbesondere um ein Bordnetz eines Fahrzeugs, beispielsweise eines Schifffahrzeugs, oder um ein überregionales Stromnetz handeln. Dem Stromnetz 4 ist ein externes Steuergerät 8 zugeordnet, welches eine an der Sammelschiene 6 angeforderte Gesamtleistung P_Schiene, die auch als Gesamtlast bezeichnet wird, auf die einzelnen Leistungsanordnungen 1 aufteilt, insbesondere indem für jede Leistungsanordnung 1 eine separate Soll-Generatorleistung $P_{soll}^1,P_{soll}^2,P_{soll}^3,$

  

  usw., berechnet wird. Eine der hier konkret dargestellten Leistungsanordnung 1 zugeordnete erste Soll-Generatorleistung $P_{soll}^1$

  

  wird im Folgenden der einfacheren Darstellung wegen kurz als Soll-Generatorleistung P_soll bezeichnet.
• Die Leistungsanordnung 1 weist eine Brennkraftmaschine 5 und einen mit der Brennkraftmaschine 5 über eine schematisch dargestellte Welle 7 antriebswirkverbundenen Generator 9 auf. Die Regeleinrichtung 3 ist einerseits mit der Brennkraftmaschine 5 und andererseits mit dem Generator 9 wirkverbunden. Insbesondere ist der Generator 9 mit der Sammelschiene 6 in hier nicht explizit dargestellter Weise elektrisch verbunden.
• Insbesondere ist die Regeleinrichtung 3 eingerichtet zur Regelung der Leistungsanordnung 1, wobei sie eingerichtet ist, um eine Generatorleistung P_G des Generators 9 als Regelgröße zu erfassen, um eine Regelabweichung als Differenz der erfassten Generatorleistung P_G zu der Soll-Generatorleistung P_soll zu ermitteln, und um eine Soll-Drehzahl n_soll als Stellgröße zur Ansteuerung der Brennkraftmaschine 5 in Abhängigkeit von der Regelabweichung zu bestimmen. Die Regeleinrichtung 3 ist außerdem eingerichtet, um ein Regelgesetz zur Bestimmung der Soll-Drehzahl ns_oll zu verwenden. Die Regeleinrichtung 3 ist als Generatorregler ausgebildet und mit einer Steuereinrichtung 11 der Brennkraftmaschine 5 derart wirkverbunden, dass die Soll-Drehzahl ns_oll von der Regeleinrichtung 3 an die Steuereinrichtung 11 übermittelt werden kann. Dies ermöglicht zugleich eine besonders robuste Leistungsregelung und eine vielfältige Einsetzbarkeit der Regeleinrichtung 3, insbesondere mit einer Vielzahl von Leistungsanordnungen 1.
• Die Regeleinrichtung 3 ist bevorzugt eingerichtet, um das zur Bestimmung der Soll-Drehzahl n_soll verwendete Regelgesetz in Abhängigkeit von wenigstens einer Anpassungsgröße anzupassen, wobei die wenigstens eine Anpassungsgröße ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus der erfassten Generatorleistung P_G, einer Generatorfrequenz ƒ_G, einer Droop-Größe d und einer - insbesondere von der Steuereinrichtung der Brennkraftmaschine berechneten - Soll-Drehmoment-Größe.
• Die Regeleinrichtung 3 und die Steuereinrichtung 11 bilden gemeinsam eine Regelanordnung 13 zur Regelung der Leistungsanordnung 1. Die Steuereinrichtung 11 ist bevorzugt als Motorregler, insbesondere als Engine Control Unit (ECU) ausgebildet.
• Die Steuereinrichtung 11 ist insbesondere eingerichtet, um die wenigstens eine Soll-Drehmoment-Größe zu berechnen und an die Regeleinrichtung 3 zu übermitteln, wobei die Regeleinrichtung 3 eingerichtet ist, um die wenigstens eine Soll-Drehmoment-Größe von der Steuereinrichtung 11 zu empfangen.
• Außerdem ist die Steuereinrichtung 11 bevorzugt eingerichtet, um als Soll-Drehmoment-Größe eine Größe zu bestimmen, die ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus einem - vorzugsweise gefilterten - Soll-Drehmoment M_soll und einem Integralanteil eines - in 2 dargestellten - Drehzahlreglers 21 der Steuereinrichtung 11, insbesondere einem Integralanteil $M_{soll}^I$

  

  des Soll-Drehmoments M_soll.
• Optional ist eine weitere Eingangsgröße der Regeleinrichtung 3 die Droop-Größe d.
• Die Steuereinrichtung 11 weist außerdem als Eingangsgrößen die Soll-Drehzahl n_soll und eine erfasste Drehzahl n_ist auf. Hieraus berechnet die Steuereinrichtung 11 eine Drehzahl-Regelabweichung. Aus dieser Drehzahl-Regelabweichung berechnet die Steuereinrichtung 11 schließlich eine Bestromungsdauer BD zur Ansteuerung von Brennstoffeinbringventilen der Brennkraftmaschine 5. Vorzugsweise berechnet die Steuereinrichtung 11 aus der Drehzahl-Regelabweichung zunächst das Soll-Drehmoment M_soll und aus diesem wiederum die Bestromungsdauer BD.
• 2 zeigt eine zweite schematische Darstellung des Ausführungsbeispiels der Leistungsanordnung 1 gemäß 1, insbesondere in Form eines Blockschaltbilds.
• Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind in allen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern jeweils auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird.
• Vorzugsweise wird eine am Generator 9 erfasste Ist-Leistung P_ist in einem Leistungsfilter 15 gefiltert, und die gefilterte Ist-Leistung P_ist wird als die erfasste Generatorleistung P_G verwendet. Das Leistungsfilter 15 ist vorzugsweise ein PT₁-Filter oder ein Mittelwertfilter. Das Leistungsfilter 15 ist vorzugsweise Teil der Regeleinrichtung 3, die außerdem einen Leistungsregler 17 aufweist, der aus der Regelabweichung e_p als Differenz der Soll-Generatorleistung P_soll und der erfassten Generatorleistung P_G die Soll-Drehzahl n_soll berechnet.
• Die Steuereinrichtung 11 weist ein Drehzahlfilter 19 auf, das vorzugsweise als PT₁-Filter oder Mittelwertfilter ausgebildet ist. Eine vorzugsweise zur Berechnung einer Drehzahl-Regelabweichung e_n verwendete, gemessene Drehzahl n_mess ergibt sich durch Filterung der unmittelbar an der Brennkraftmaschine 5 gemessenen Ist-Drehzahl n_ist mittels des Drehzahlfilters 19. Die Steuereinrichtung 11 weist außerdem den Drehzahlregler 21 auf, der aus der Drehzahl-Regelabweichung e_n das Soll-Drehmoment M_soll und vorzugweise hieraus - in nicht dargestellter Weise - die Bestromungsdauer BD berechnet. Eine Regelstrecke 23 des dem Drehzahlregler 21 zugeordneten Drehzahl-Regelkreises umfasst die Brennkraftmaschine 5, die Welle 7 und den Generator 9.
• Im Folgenden wird die Bedeutung der Droop-Größe d näher erläutert:
• Anhand der Droop-Größe d wird vorzugsweise eine Differenzdrehzahl Δn berechnet, wobei durch Addition der Differenzdrehzahl Δn zu der Soll-Drehzahl ns_oll eine effektive Soll-Drehzahl n_eff berechnet wird. Die effektive Soll-Drehzahl n_eff wird zur Berechnung der Drehzahl-Regelabweichung e_n herangezogen, indem von der effektiven Soll-Drehzahl n_eff die gemessene Drehzahl n_mess abgezogen wird. Die Differenzdrehzahl Δn wird in einem Berechnungsblock 25 berechnet. Eingangsgrößen des Berechnungsblocks 25 sind dabei der von dem Drehzahlregler 21 berechnete Integralanteil $M_{soll}^I$

  

  des Soll-Drehmoments M_soll, die Droop-Größe d, ein Volllast-Drehmoment M_V, und eine Nenn-Drehzahl n_N für die Brennkraftmaschine 5, wobei die Nenn-Drehzahl n_N beispielsweise 1500 min^-1 betragen kann. Die Differenzdrehzahl Δn wird bevorzugt gemäß folgender Gleichung berechnet: $$\mathrm{\Delta }n=n_{N}d\frac{M_V-M_{soll}^I}{M_V}.$$

  
• Die Droop-Größe d wird bevorzugt auf einen endlichen Wert, insbesondere im einstelligen Prozentbereich, vorzugsweise auf höchstens 8 %, vorzugweise auf 4 %, gesetzt. Die Droop-Größe d ist insbesondere durch einen Benutzer der Leistungsanordnung 1 oder der Regeleinrichtung 3 vorgebbar, d. h. insbesondere parametrierbar. Die Droop-Größe d kann auch zu Null gesetzt werden, in diesem Fall sowohl in der Regeleinrichtung 3 als auch in der Steuereinrichtung 11. Ist die Droop-Größe d gleich null, verschwindet zugleich auch die Differenzdrehzahl Δn, sodass dann im Ergebnis die effektive Soll-Drehzahl n_eff gleich der Soll-Drehzahl n_soll ist.
• Ist die Droop-Größe d von null verschieden, ergibt sich folgendes: Läuft die Brennkraftmaschine 5 unter Volllast, ist der Integralanteil $M_{soll}^I$

  

  des Soll-Drehmoments M_soll gleich dem Volllast-Drehmoment M_V, sodass die Differenzdrehzahl Δn gleich null wird. Läuft dagegen die Brennkraftmaschine 5 im Leerlauf, ist der Integralanteil $M_{soll}^I$

  

  gleich Null, und die Differenzdrehzahl Δn ist gleich dem durch die Droop-Größe d bestimmten Prozentsatz der Nenn-Drehzahl n_N. Beträgt die Nenn-Drehzahl n_N 1500 min^-1 und die Droop-Größe d 4 %, variiert demnach der Wert der Differenzdrehzahl Δn zwischen 0 min^-1 bei Volllast und 60 min^-1 im Leerlauf.
• 3 zeigt eine dritte schematische Darstellung der Leistungsanordnung 1 gemäß 1, in diesem Fall als linearisiertes Blockschaltbild. Dabei sind die einzelnen Regler durch Übertragungsblöcke mit entsprechend zugeordneten Übertragungsfunktionen dargestellt. Im Unterschied zu 2 ist die Regelstrecke 23 in 3 in zwei Übertragungsblöcke aufgeteilt dargestellt, nämlich einen der Brennkraftmaschine 5 zugeordneten Übertragungsblock, gekennzeichnet durch die Übertragungsfunktion $G_s^n\left(s\right),$

  

  mit dem Soll-Drehmoment M_soll als Eingangsgröße und der Ist-Drehzahl n_ist als Ausgangsgröße, und einen dem Generator 9 zugeordneten Übertragungsblock, gekennzeichnet durch die Übertragungsfunktion $G_s^P\left(s\right),$

  

  mit derselben Eingangsgröße, nämlich dem Soll-Drehmoment M_soll, und der Ist-Leistung P_ist als Ausgangsgröße. Der Drehzahlregler 21 ist dargestellt durch ein erstes Multiplikationsglied 27 zur Berechnung eines Proportionalanteils $M_{soll}^P$

  

  des Soll-Drehmoments M_soll durch Multiplikation mit dem Drehzahl-Proportionalbeiwert $k_p^n,$

  

  und ein erstes Integrationsglied 29 zur Berechnung des Integralanteils $M_{soll}^I$

  

  des Soll-Drehmoments M_soll durch Multiplikation mit einem Term $\frac{1}{{\tau }_n^{n}s},$

  

  mit der Nachstellzeit ${\tau }_n^n$

  

  und der komplexen Variablen s. Somit weist der Drehzahlregler 21 hier ein PI-Übertragungsverhalten auf, da das erste Multiplikationsglied 27 ein proportionales Übertragungsverhalten und das erste Integrationsglied 29 ein integrales Übertragungsverhalten aufweist. Der Berechnungsblock 25 erhält durch die Linearisierung hier ein negatives Vorzeichen, sodass nun die in dem Berechnungsblock 25 berechnete Differenzdrehzahl Δn von der Soll-Drehzahl n_soll subtrahiert wird. Aufgrund der Linearisierung wird die Differenzdrehzahl Δn in dem Berechnungsblock 25 gemäß folgender, abgewandelter Gleichung berechnet: $$\mathrm{\Delta }n=n_{N}d\frac{M_{soll}^I}{M_V}.$$

  
• 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Leistungsreglers 17 gemäß 3, der bevorzugt als PI-Regler umgesetzt ist. Die Regelabweichung e_P wird dabei zunächst mit dem Proportionalbeiwert $k_p^P$

  

  multipliziert, sodass sich ein Proportionalanteil $n_{soll}^P$

  

  für die Soll-Drehzahl ns_oll ergibt. In einem zweiten Integrationsglied 31 wird aus dem Proportionalanteil $n_{soll}^P$

  

  durch Division durch das Produkt der Nachstellzeit ${\tau }_n^P$

  

  mit der komplexen Variablen s ein Integralanteil $n_{soll}^I$

  

  für die Soll-Drehzahl n_soll berechnet, der anschließend zu dem Proportionalanteil $n_{soll}^P$

  

  addiert wird. Hieraus resultiert die Soll-Drehzahl ns_oll als Ausgangsgröße. Die Übertragungsfunktion des Leistungsreglers 17 ist somit gegeben durch: $$G_r^P\left(s\right)=k_p^P\left(1+\frac{1}{{\tau }_n^{P}S}\right).$$

  
• Die Berechnung des Proportionalbeiwerts $k_p^P$

  

  erfolgt bevorzugt gemäß Gleichung (1).
• Das Regelgesetz wird dabei insbesondere angepasst, indem der Proportionalbeiwert $k_p^P$

  

  so bestimmt wird, dass die vorbestimmte Kreisverstärkung v^P konstant ist, insbesondere konstant bleibt.
• 5 zeigt eine Detaildarstellung einer ersten Ausführungsform eines Verfahrens zur Berechnung des Proportionalbeiwerts $k_p^P$

  

  für die Leistungsregelung gemäß Gleichung (1). Hierzu wird in einem zweiten Multiplikationsglied 33 die vorbestimmte Kreisverstärkung v^P mit dem Faktor 450, der Generatorfrequenz f_G,stat, dem Kehrwert der Generatorleistung P_G,stat, und einem Ausgang eines Summationsglieds 35 multipliziert. Der Proportionalbeiwert $k_p^P$

  

  ergibt sich als Ausgang des zweiten Multiplikationsglieds 33. In dem Summationsglied 35 wird die Zahl 1 mit dem Ausgang eines dritten Multiplikationsglieds 37 addiert. In dem dritten Multiplikationsglied 37 wird die Droop-Größe d mit dem Drehmoment M_stat und dem Kehrwert des Volllast-Drehmoments M_V multipliziert. Der Kehrwert des Volllast-Drehmoments M_V wird in einem ersten Kehrwertglied 39 aus dem Volllast-Drehmoment M_V gebildet.
• Das Drehmoment M_stat kann auf zwei verschiedene Arten ermittelt werden: Einerseits aus dem um einen Abtastschritt τ_a verzögerten Integralanteil $M_{soll}^I.$

  

  In diesem Fall ist ein zur Umschaltung zwischen den beiden Berechnungsarten vorgesehener Schalter 41 in der oberen Schalterstellung gemäß 5 angeordnet.
• Alternativ kann das Drehmoment M_stat aus dem durch die Steuereinrichtung 11 berechneten Soll-Drehmoment M_soll berechnet werden. Auch dieses wird zunächst um einen Abtastschritt τ_a verzögert, danach durch einen Drehmoment-Filter 43 gefiltert, wobei das Drehmoment-Filter 43 vorzugsweise ein PT₁-Filter oder ein Mittelwertfilter ist. Diese Berechnung ist aktiv, wenn sich der Schalter 41 in der unteren Schalterstellung gemäß 5 befindet.
• Die Generatorfrequenz f_G,stat wird bevorzugt berechnet, indem eine vorzugsweise an dem Generator 9 erfasste Ist-Frequenz f_ist mittels eines Frequenzfilters 45 gefiltert wird. Das Frequenzfilter 45 ist in 1 aus Gründen der Vereinfachung nicht explizit dargestellt.
• Die Generatorleistung P_G,stat wird bevorzugt berechnet, in dem zunächst die Ist-Leistung P_ist mittels des Leistungsfilters 15 gefiltert und anschließend in einem Begrenzungsglied 47 nach unten auf einen vorbestimmten Leistungs-Grenzwert P_min begrenzt wird. Anschließend wird der Kehrwert der so begrenzten Generatorleistung P_G,stat in einem zweiten Kehrwertglied 49 berechnet. Der so berechnete Kehrwert wird dann dem zweiten Multiplikationsglied 33 zugeführt. Sowohl das Leistungsfilter 15 als auch das Begrenzungsglied 47 sind in 1 aus Gründen der Vereinfachung nicht explizit dargestellt.
• 6 zeigt eine Detaildarstellung einer zweiten Ausführungsform eines Verfahrens zur Berechnung des Proportionalbeiwerts $k_p^P$

  

  für die Leistungsregelung gemäß Gleichung (21). Dabei wird in dem zweiten Multiplikationsglied 33 die vorbestimmte Kreisverstärkung v^P mit dem Faktor 45 · 10⁴/π, dem Kehrwert des Drehmoments M_stat, und dem Ausgang des Summationsglieds 35 multipliziert. Der Proportionalbeiwert $k_p^P$

  

  ergibt sich wiederum als Ausgang des zweiten Multiplikationsglieds 33. Das Drehmoment M_stat wird aus der Berechnung für das dritte Multiplikationsglied 37 abgezweigt, und sein Kehrwert wird in einem dritten Kehrwertglied 51 gebildet. Im Übrigen erfolgt die Berechnung wie in Zusammenhang mit 5 beschrieben.
• 7 zeigt eine Detaildarstellung einer dritten Ausführungsform eines Verfahrens zur Berechnung des Proportionalbeiwerts $k_p^P$

  

  für die Leistungsregelung gemäß Gleichung (19) und damit für eine konstante Generatorfrequenz mit einem Norm-Frequenzwert von 50 Hz. Dabei wird in dem zweiten Multiplikationsglied 33 die vorbestimmte Kreisverstärkung v^P mit dem Faktor 22500 und dem Kehrwert der Generatorleistung P_G,stαt multipliziert. Der Proportionalbeiwert $k_p^P$

  

  ergibt sich wiederum als Ausgang des zweiten Multiplikationsglieds 33. Der Kehrwert der Generatorleistung P_G,stat wird dabei berechnet, wie dies in Zusammenhang mit 5 beschrieben wurde.
• 8 zeigt eine Detaildarstellung einer vierten Ausführungsform eines Verfahrens zur Berechnung des Proportionalbeiwerts $k_p^P$

  

  für die Leistungsregelung gemäß Gleichung (20) und damit für eine konstante Generatorfrequenz mit einem Norm-Frequenzwert von 60 Hz. Dabei wird in dem zweiten Multiplikationsglied 33 die vorbestimmte Kreisverstärkung v^P mit dem Faktor 27000 und dem Kehrwert der Generatorleistung P_G,stαt multipliziert. Der Proportionalbeiwert $k_p^P$

  

  ergibt sich wiederum als Ausgang des zweiten Multiplikationsglieds 33. Der Kehrwert der Generatorleistung P_G,stat wird dabei berechnet, wie dies in Zusammenhang mit 5 beschrieben wurde.
• Alternativ kann der Proportionalbeiwert $k_p^P$

  

  bevorzugt auch insbesondere nach einer der Gleichungen (2), (3), (17), oder (18) berechnet werden.
• 9 zeigt eine schematische, diagrammatische Darstellung des Verfahrens. Ein erstes Zeitdiagramm bei a) zeigt dabei die auf der Sammelschiene 6 gemessene Gesamtleistung P_Schiene. Diese ist bis zu einem ersten Zeitpunkt t₁ mit dem Wert 0 kW identisch. Zu dem ersten Zeitpunkt t₁ ändert sich die Gesamtleistung P_Schiene sprunghaft auf einen bestimmten Wert P_L und bleibt in der Folge auf diesem Wert stehen.
• Ein zweites Zeitdiagramm bei b) zeigt die Soll-Generatorleistung P_soll, welche der Regeleinrichtung 3 von dem externen Steuergerät 8 übermittelt wird. Da die Soll-Generatorleistung P_soll in dem externen Steuergerät 8 berechnet wird, kommt es zu einem Zeitverzug, bis die Soll-Generatorleistung P_soll in der Regeleinrichtung 3 verfügbar ist. Zur Verdeutlichung und Konkretisierung wird hier angenommen, dass ein Inselparallelbetrieb von vier identischen Leistungsanordnungen 1 vorliegt, wobei die Gesamtleistung P_Schiene auf alle vier Leistungsanordnungen 1 gleichmäßig verteilt werden soll. Aus diesem Grund steigt die Soll-Generatorleistung P_soll zu einem zweiten Zeitpunkt t₂ sprunghaft auf einen Wert P_L/4 an und bleibt in der Folge identisch mit diesem Wert. Der Zeitverzug zwischen dem ersten Zeitpunkt t₁ und dem zweiten Zeitpunkt t₂ beträgt bevorzugt zwei Abtastschritte, d. h. bei einer Abtastzeit von 5 ms insgesamt eine Zeitspanne von 10 ms.
• Ein drittes Zeitdiagramm bei c) zeigt zwei Kurven: Eine erste, gestrichelte Kurve zeigt die von dem einzelnen Generator 9 der einzelnen Leistungsanordnung 1 erzeugte momentane Ist-Leistung P_ist. Da die Gesamtleistung P_Schiene von den Generatoren 9 der vier Leistungsanordnungen 1 gemeinsam zu gleichen Teilen zur Verfügung gestellt werden muss, steigt die Ist-Leistung P_ist - ebenfalls zu dem ersten Zeitpunkt t₁ - sprunghaft auf den Wert P_L/4. Eine zweite, durchgezogene Kurve zeigt die erfasste Generatorleistung P_G, die durch Filterung aus der Ist-Leistung P_ist erhalten wird. Da die erfasste Generatorleistung P_G die Ausgangsgröße eines Filters ist, steigt sie - ausgehend von dem ersten Zeitpunkt t₁ - zeitverzögert an und ist zu einem dritten Zeitpunkt t₃ auf den Wert P_L/4 eingeschwungen.
• Ein viertes Zeitdiagramm bei d) zeigt den zeitlichen Verlauf der Soll-Drehzahl n_soll. In einem fünften Zeitdiagramm bei e) ist ein zeitlicher Verlauf des Integralanteils $M_{soll}^I$

  

  für das Soll-Drehmoment M_soll dargestellt. In einem sechsten Zeitdiagramm bei f) ist der zeitliche Verlauf der Differenzdrehzahl Δn dargestellt. Die im ersten Zeitdiagramm dargestellte Lastaufschaltung stellt beispielhaft - wie im zweiten Diagramm dargestellt - eine Aufschaltung einer 50 %-Last - bezogen auf Volllast - dar und entspricht bevorzugt einem Drehmoment von 5000 Nm. Die Droop-Größe d ist bei dem hier betrachteten Ausführungsbeispiel auf einen Wert von 4 % eingestellt.
• Bis zu dem ersten Zeitpunkt t₁ ist die Brennkraftmaschine 5 in einem lastfreien Zustand, sodass sich - wie in dem sechsten Zeitdiagramm dargestellt - ein Wert von 60 min^-1 für die Differenzdrehzahl Δn ergibt. Da eine Summe der Soll-Drehzahl ns_oll und der Differenzdrehzahl Δn bei einer Soll-Frequenz für den Generator 9 von 50 Hz eine effektive Soll-Drehzahl n_eff von 1500 min^-1 - dem Wert der Nenndrehzahl n_N - ergeben muss, beträgt die Soll-Drehzahl n_soll bis zu dem ersten Zeitpunkt t₁ 1440 min^-1. Der Integralanteil $M_{soll}^I$

  

  beträgt bis zu dem ersten Zeitpunkt t₁ 0 Nm.
• Von dem ersten Zeitpunkt t₁ bis dem zweiten Zeitpunkt t₂ ergibt sich eine negative Regelabweichung e_P, da die erfasste Generatorleistung P_G größere Werte als die Soll-Generatorleistung P_soll annimmt. Als Folge ergibt sich eine kleiner werdende Soll-Drehzahl ns_oll als Stellgröße für den Leistungsregelkreis. Fällt die Soll-Drehzahl n_soll, so fällt zugleich auch die effektive Soll-Drehzahl n_eff, die hier nicht explizit dargestellt ist. Als Folge ergibt sich eine negative Drehzahl-Regelabweichung e_n, wodurch der Integralanteil $M_{soll}^I$

  

  des Drehzahlreglers 21 kleiner wird. Der kleiner werdende Integralanteil $M_{soll}^I$

  

  führt zu einer Vergrößerung der Differenzdrehzahl Δn entsprechend 2. Auf diese Weise wird erreicht, dass sich die effektive Solldrehzahl n_ff wieder auf die Nenndrehzahl n_N einpendelt.
• Zu dem zweiten Zeitpunkt t₂ wird die Soll-Generatorleistung P_soll auf den Wert P_L/4 erhöht. Dadurch ergibt sich nun eine positive Regelabweichung e_P. Als Folge wird die Soll-Drehzahl ns_oll vergrößert. Da mit der Soll-Drehzahl ns_oll zugleich auch die effektive Soll-Drehzahl n_eff erhöht wird, ergibt sich eine positive Drehzahl-Regelabweichung e_n, sodass der Integralanteil $M_{soll}^I$

  

  des Drehzahlreglers 21 vergrößert wird. Dies führt dazu, dass die Differenzdrehzahl Δn verkleinert wird. Da die Soll-Generatorleistung P_soll auf 50 % der Maximalleistung vergrößert wird, sinkt die Differenzdrehzahl Δn bei einem Wert der Droop-Größe d von 4 % auf den Wert 30 min^-1. Dieser Wert wird zu dem dritten Zeitpunkt t₃ erreicht. Da die effektive Soll-Drehzahl n_eff im eingeschwungenen Zustand mit der Nenndrehzahl n_N identisch ist, steigt die Soll-Drehzahl ns_oll bis zu dem dritten Zeitpunkt t₃ um 30 min^-1 auf den Wert 1470 min^-1. Der Integralanteil $M_{soll}^I$

  

  erreicht zu dem dritten Zeitpunkt t₃ mit dem Wert 5000 Nm 50 % des Maximalmoments. Ab dem dritten Zeitpunkt t₃ befindet sich das System in einem eingeschwungenen Zustand.
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• DE 102008036300 B3 [0061]

Claims (11)

1. Regeleinrichtung (3) zur Regelung einer eine Brennkraftmaschine (5) und einen mit der Brennkraftmaschine (5) antriebswirkverbundenen Generator (9) umfassenden Leistungsanordnung (1), wobei die Regeleinrichtung (3) eingerichtet ist, um - eine Generatorleistung (P_G) des Generators (9) als Regelgröße zu erfassen, - eine Regelabweichung (e_P) als Differenz der erfassten Generatorleistung (P_G) zu einer Soll-Generatorleistung (P_soll) zu ermitteln, - eine Soll-Drehzahl (n_soll) als Stellgröße zur Ansteuerung der Brennkraftmaschine (5) in Abhängigkeit von der Regelabweichung (e_P) zu bestimmen, wobei - die Regeleinrichtung (3) außerdem eingerichtet ist, um ein Regelgesetz zur Bestimmung der Soll-Drehzahl (n_soll) zu verwenden, wobei - die Regeleinrichtung (3) eingerichtet ist, um mit einer Steuereinrichtung (11) der Brennkraftmaschine (5) derart wirkverbunden zu werden, dass die Soll-Drehzahl (n_soll) von der Regeleinrichtung (3) an die Steuereinrichtung (11) übermittelt werden kann.
2. Regeleinrichtung (3) nach Anspruch 1, wobei die Regeleinrichtung (3) eingerichtet ist, um das zur Bestimmung der Soll-Drehzahl (n_soll) verwendete Regelgesetz in Abhängigkeit von wenigstens einer Anpassungsgröße anzupassen, wobei die wenigstens eine Anpassungsgröße ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus der erfassten Generatorleistung (P_G), einer Generatorfrequenz (f_G), einer Droop-Größe (d) und einer - insbesondere von der Steuereinrichtung (11) der Brennkraftmaschine (5) berechneten - Soll-Drehmoment-Größe.
3. Regeleinrichtung (3) nach Anspruch 2, wobei die Regeleinrichtung (3) eingerichtet ist, um das Regelgesetz anzupassen, indem ein Proportionalbeiwert $\left(k_p^P\right)$

   

   des Regelgesetzes so bestimmt wird, dass eine vorbestimmte Kreisverstärkung (v^P) des offenen Regelkreises konstant ist.
4. Regeleinrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Regeleinrichtung (3) eingerichtet ist, um den Proportionalbeiwert $\left(k_p^P\right)$

   

   in Abhängigkeit von der Generatorleistung (P_G), der Generatorfrequenz (f_G), der Droop-Größe (d), und der wenigstens einen Soll-Drehmoment-Größe zu berechnen.
5. Regeleinrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Regeleinrichtung (3) eingerichtet ist, um den Proportionalbeiwert $\left(k_p^P\right)$

   

   in Abhängigkeit - von der Generatorleistung (P_G), der Droop-Größe (d) und der wenigstens einen Soll-Drehmoment-Größe, wobei vorzugsweise die Generatorfrequenz (f_G) konstant gesetzt wird, oder - von der Generatorleistung (P_G) und der Generatorfrequenz (f_G), oder - nur von der Generatorleistung (P_G), wobei vorzugsweise die Generatorfrequenz (f_G) konstant gesetzt wird, oder - von der Droop-Größe (d) und der wenigstens einen Soll-Drehmoment-Größe zu berechnen.
6. Regeleinrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Regeleinrichtung (3) eingerichtet ist, um eine momentane Ist-Leistung (P_ist) des Generators (9) zu filtern, und die gefilterte Ist-Leistung (P_ist) als erfasste Generatorleistung (P_G) zu verwenden.
7. Regelanordnung (13) zur Regelung einer eine Brennkraftmaschine (5) und einen mit der Brennkraftmaschine (5) antriebswirkverbundenen Generator (9) umfassenden Leistungsanordnung (1), mit einer Regeleinrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und einer mit der Regeleinrichtung (3) wirkverbundenen Steuereinrichtung (11) zur direkten Ansteuerung der Brennkraftmaschine (5), wobei die Regeleinrichtung (3) eingerichtet ist, um die Soll-Drehzahl (n_soii) an die Steuereinrichtung (11) zu übermitteln.
8. Regelanordnung (13) nach Anspruch 7, wobei die Steuereinrichtung (11) eingerichtet ist, um wenigstens eine Soll-Drehmoment-Größe zu bestimmen und an die Regeleinrichtung (3) zu übermitteln, wobei die Regeleinrichtung (3) eingerichtet ist, um die wenigstens eine Soll-Drehmoment-Größe von der Steuereinrichtung (11) zu empfangen.
9. Regelanordnung (13) nach einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei die Steuereinrichtung (11) eingerichtet ist, um als Soll-Drehmoment-Größe eine Größe zu bestimmen, die ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus einem - vorzugsweise gefilterten - Soll-Drehmoment (Ms_oll) und einem Integralanteil $\left(M_{soll}^I\right)$

   

   eines Drehzahlreglers (21) der Steuereinrichtung (11).
10. Leistungsanordnung (1) mit einer Brennkraftmaschine (5) und einem mit der Brennkraftmaschine (5) antriebswirkverbundenen Generator (9), sowie mit einer Regeleinrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, oder mit einer Regelanordnung (13) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Regeleinrichtung (3) oder die Regelanordnung (13) mit der Brennkraftmaschine (5) und dem Generator (9) der Leistungsanordnung (1) wirkverbunden ist.
11. Verfahren zur Regelung einer eine Brennkraftmaschine (5) und einen mit der Brennkraftmaschine (5) antriebswirkverbundenen Generator (9) umfassenden Leistungsanordnung (1), wobei - eine Generatorleistung (P_G) des Generators (9) als Regelgröße erfasst wird, - eine Regelabweichung (e_P) als Differenz der erfassten Generatorleistung (P_G) zu einer Soll-Generatorleistung (P_soll) ermittelt wird, - eine Soll-Drehzahl (n_soll) als Stellgröße zur Ansteuerung der Brennkraftmaschine (5) in Abhängigkeit von der Regelabweichung (e_P) bestimmt wird, und wobei - die Soll-Drehzahl (n_soll) anhand eines Regelgesetzes bestimmt, insbesondere berechnet wird.

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