EP4359657A1 - 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

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

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EP4359657A1
EP4359657A1 EP22733984.3A EP22733984A EP4359657A1 EP 4359657 A1 EP4359657 A1 EP 4359657A1 EP 22733984 A EP22733984 A EP 22733984A EP 4359657 A1 EP4359657 A1 EP 4359657A1
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EP
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control device
generator
power
internal combustion
combustion engine
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Application number
EP22733984.3A
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Armin DÖLKER
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Rolls Royce Solutions GmbH
Original Assignee
Rolls Royce Solutions GmbH
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Publication date
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    • F02D2250/18—Control of the engine output torque

Definitions

  • Control device for controlling a power arrangement comprising an internal combustion engine and a generator drivingly connected to the internal combustion engine, control arrangement with such a control device, power arrangement and method for controlling a power arrangement
  • the invention relates to a control device for controlling a power arrangement comprising an internal combustion engine and a generator drivingly connected to the internal combustion engine, a control arrangement with such a control device, a power arrangement comprising an internal combustion engine and a generator drivingly connected to the internal combustion engine, with such a control device or with such a control arrangement , and a method for controlling such a power arrangement.
  • Such a control device is typically set up to control a rotational speed of the internal combustion engine and, indirectly via this, a generator frequency of the generator which is drive-actively connected to the internal combustion engine.
  • This is problematic insofar as a comparatively dynamic variable is used for regulation.
  • the control is intrinsically comparatively less robust, from which a stationary control behavior suffers in particular.
  • the speed controller has to be parameterized in a special way in order to be able to control the generator frequency.
  • a separate adaptation is required for each speed controller of each specific power arrangement. This applies to a very special degree when the power arrangement is operated in combination with other power arrangements in isolated parallel operation or grid parallel operation, with a required total power being distributed to the various power arrangements.
  • a separate, suitable parameterization of the speed controller is necessary, possibly taking into account an external control device used for power distribution.
  • the invention is based on the object of providing a control device for controlling an internal combustion engine and a generator which is drivingly connected to the internal combustion engine comprehensive power arrangement, a control arrangement with such a control device, a power arrangement, comprising an internal combustion engine and a generator operatively connected to the internal combustion engine, with such a control device or with such a control arrangement, and a method for controlling such a power arrangement, the disadvantages mentioned not occur.
  • the object is achieved in particular by creating a control device for controlling a power arrangement comprising an internal combustion engine and a generator that is drivingly connected to the internal combustion engine, the control device being set up to record a generator power of the generator as a control variable, a control deviation as a difference in the recorded generator power to determine a target generator power, and to determine a target speed as a manipulated variable for controlling the internal combustion engine as a function of the control deviation.
  • the control device is also set up to use a control law to determine the target speed.
  • the control device is set up to be operatively connected to a control device of the internal combustion engine in such a way that the setpoint speed can be transmitted from the control device to the control device.
  • control device is designed as a generator controller and can be operatively connected to the control device of the internal combustion engine in such a way that the setpoint speed can be transmitted from the control device to the control device.
  • control device proposed here calculates the setpoint speed as a function of the control deviation determined as the difference between the detected generator power and the setpoint generator power, comparatively slow control is provided which can readjust deviations from the setpoint generator power in a robust manner.
  • the control device uses a control law for this purpose, a particularly robust configuration of the power control is achieved.
  • the dynamics for the operation of the power arrangement are provided separately from this by a speed controller implemented in the control device of the internal combustion engine. This results in a particularly robust configuration of the control device for the purpose of power control.
  • control device In addition, there is no need for independent, separate parameterization of the speed controller Internal combustion engine, which is particularly advantageous with regard to the use of the control device in a network of power arrangements, especially when the control device assigned setpoint generator power is determined in an external control unit by load distribution of a total power to the individual power arrangements. In particular, no separate adaptation of the control device to the external control device is required. Because the control device itself is designed as a generator controller and can be operatively connected to the control device of the internal combustion engine, it can be used flexibly with different internal combustion engines in different power configurations. In particular, the control device can also be used with internal combustion engines or power systems from other manufacturers.
  • a control law is understood to mean, in particular, a mathematical relationship, in particular an equation, which describes the behavior of a controller.
  • the control law describes the relationship between the manipulated variable and the control deviation.
  • the control law describes how the manipulated variable behaves as a function of the control deviation.
  • control law describes the behavior of a controller that is selected from a group consisting of a P controller, an I controller, a D controller, a PI controller, a PD controller, a PD1 controller, a PD2 controller, a PID controller, a PT 1 controller, a PT2 controller, a PI(DT1) controller, and a combination of at least two of the aforementioned controllers.
  • Lachmann is fundamentally familiar with control laws that describe the behavior of these and other controllers.
  • control law is preferably implemented in the control device, preferably in a hardware structure of the control device, or in the form of software that is executed on the control device during operation of the control device.
  • the manipulated variable it is possible, on the one hand, for the manipulated variable to be calculated explicitly as a function of the control deviation by carrying out specific calculation steps in the software; However, it is also possible for the manipulated variable to be determined as a function of the control deviation on the basis of the specific interconnection of the hardware structure of the control device, that is to say it is calculated more or less indirectly.
  • a control device is understood to mean, in particular, a control device.
  • a control arrangement is understood to mean, in particular, a control arrangement. Accordingly, a control device is understood to mean, in particular, a control device.
  • a generator controller is understood to mean, in particular, a control device that is separate from the control device of the internal combustion engine, i.e. in particular an external control unit, which is set up to regulate the generator power of the generator by specifying the target speed for the internal combustion engine, in particular the target speed as a manipulated variable to the To transmit control device of the internal combustion engine.
  • a generator controller itself is not a control device for the internal combustion engine, in particular not a so-called engine control unit (ECU).
  • the generator regulator is provided in addition to the control device for the internal combustion engine, that is to say in addition to the control unit.
  • a power arrangement is understood here in particular to be an arrangement made up of an internal combustion engine and an electric machine that can be operated as a generator, i.e. a generator, with the internal combustion engine being operatively connected to the generator in order to drive the generator.
  • the power arrangement is thus set up in particular to convert chemical energy converted into mechanical energy in the internal combustion engine into electrical energy in the generator.
  • the power arrangement is operated in particular with a plurality of - in particular a few - other power arrangements together in a network, i.e. in an isolated parallel operation, or the power arrangement is operated on a particularly larger power grid or energy supply grid, in particular a national power grid, in grid parallel operation.
  • the generator power recorded here as a controlled variable is recorded separately in particular at a plurality of power arrangements, preferably at each power arrangement of a network of power arrangements for the respective power arrangement, and is used to control the respective power arrangement.
  • the generator power recorded as a controlled variable is therefore not a total power of the network of power arrangements, but rather the power provided by the individual power arrangement.
  • the generator power is preferably not detected at a busbar to which a plurality of power arrangements are electrically connected.
  • the generator power is preferably detected at the generator of the power arrangement.
  • the target generator power is in particular a for the respective power arrangement, i. H. in particular for the respective control device, generated load share. This is in particular that part of the total load or total power that is to be provided by the respective power arrangement.
  • the target generator power is preferably generated as a load component for the respective power arrangement by an external control device or an external controller.
  • a total load is preferably recorded--particularly on the busbar--which is then divided among the individual power arrangements according to an algorithm that is preferably implemented in the external control unit.
  • the control device is set up to be connected to the external control device in order to receive the setpoint generator power from the external control device—as the load component assigned to the control device.
  • the control device preferably has an interface suitable for this.
  • control device is set up to determine the setpoint generator power itself, that is to say in particular to record the total power and to divide it among a plurality of control devices—including itself.
  • control device is preferably designed as a master control device. It preferably has an interface via which load requirements calculated for other control devices, in particular to slave control devices, can be output, for example an interface for a CAN bus.
  • control device is set up to be operatively connected to the control device of the internal combustion engine in such a way that the setpoint speed can be transmitted from the control device to the control device, i.e. can be operatively connected, means in particular that the control device has an interface suitable for this.
  • the control device is operatively connected--in particular via the interface--to the control device of the internal combustion engine in such a way that the setpoint speed can be transmitted from the control device to the control device.
  • the control device is preferably also set up to receive at least one target torque variable from the control device.
  • the interface is preferably set up in such a way that in addition to the output of the target speed, the at least one target torque variable can be received via the interface.
  • a separate, second interface to be provided for receiving the at least one setpoint torque variable.
  • the control device is set up to adapt the control law used to determine the setpoint speed as a function of at least one adaptation variable, the at least one adaptation variable being selected from a group consisting of the detected generator power, a Generator frequency, a droop size and a - calculated in particular by the control device of the internal combustion engine - target torque size.
  • the use and especially the adaptation of the control law make it possible to operate the control device in combination with a large number of different power arrangements, in particular with a large number of different internal combustion engines, without a specific adaptation to the power arrangement actually being operated, in particular to the internal combustion engine actually being operated , requirement.
  • the power arrangement, in particular the internal combustion engine can be operated virtually without any adjustments, so that the adaptation effort otherwise required with conventional control devices and methods is advantageously minimal when using the technical teaching according to the invention, preferably completely eliminated.
  • a generator frequency is understood to mean in particular the frequency of the electrical voltage induced in the generator, in particular the frequency of the electrical output voltage of the generator.
  • control law is adapted as a function of the at least one adaptation variable also advantageously makes it possible to keep a loop gain of the open control loop similar at all operating points, preferably at a predetermined value, in particular at a value parameterized by the user, across all operating points. This in turn simplifies the control behavior and at the same time also the adjustment of the control device to the specific application.
  • the control device is easy to adapt in this way and can be used easily and reliably, which last but not least also saves costs in use.
  • adaptation of the control law as a function of at least one adaptation variable is understood in particular to mean that at least one parameter determining the control law is changed as a function of the at least one adaptation variable.
  • the control law is adapted as a function of the at least one adjustment variable by changing the proportional coefficient of the control law as a function of the at least one adjustment variable.
  • the control law is determined in particular by the proportional coefficient as a parameter.
  • An adaptation variable is accordingly understood as a variable, depending on which the at least one parameter determining the control law is changed.
  • an adjustment variable is a variable on which a value of the at least one parameter that determines the control law depends.
  • the droop size is preferably a size provided and used to ensure a predetermined power distribution among a plurality of power assemblies. Droop size is also known as P grade. A finite value of a few percentage points, preferably at most 8%, preferably 4%, is preferably assigned to the droop size. The droop size also has a dampening and stabilizing effect on the behavior of the power arrangement in conjunction with other power arrangements.
  • the target torque variable is, in particular, an instantaneous torque of the internal combustion engine. It is possible for the target torque variable to be a torque in a stationary state, which is also referred to as stationary torque. Alternatively or additionally, the target torque variable is preferably a—preferably filtered—target torque or an integral component for the target torque.
  • the control law is preferably tracked as a function of the at least one adjustment variable, with it being adjusted--in particular automatically--in particular to changing operating points of the power arrangement.
  • the control device is preferably set up to limit the detected generator power downwards, in particular to a predetermined power limit value.
  • the control law is preferably determined in particular by: with the proportional coefficient k p , the predetermined, preferably specifiable loop gain v p , the droop size d, the generator frequency / G stat , the generator power P G stat , the torque M stat and the full-load torque M v .
  • the full-load torque My corresponds in particular to the torque at 100% engine power of the internal combustion engine. Such a relationship as Equation (1) is sometimes also briefly referred to as a control law.
  • Equation (1) shows that the proportional coefficient k p varies with the generator frequency / G stat and the generator power P G stat for a given loop gain v p that is kept constant, and also when the droop size d in a preferred embodiment of is different from zero, with the droop size d and the torque M stat .
  • Equation (1) can be derived in particular if one starts from the linearized representation of the control circuit according to FIG calculated, namely taking into account the complex variable s according to the following equation:
  • the control device is set up to adapt the control law by determining the proportional coefficient k p of the control law such that the predetermined loop gain v p of the open control loop is constant.
  • the control device is preferably set up to determine the proportional coefficient k p in such a way that the predetermined loop gain v p remains constant—in particular across all operating points of the power arrangement.
  • the control device is advantageously easy to adapt in this way and can be used easily and reliably. Equation (1) in particular shows that it is possible to always adjust the proportional coefficient k p in such a way that the loop gain v p is constant—particularly independently of the instantaneous operating point of the power arrangement.
  • the predetermined loop gain v p can preferably be parameterized, ie in particular can be set or specified by a user. In this way, a user of the control device or a user of a power arrangement that is operated with the control device can set the loop gain v p in a desired manner.
  • the proportional coefficient k p is then adapted to the user-selected loop gain v p in appropriately adjusted. This has the advantage that no complex tuning of the control device to the power arrangement is required.
  • the control device is set up in particular to select the proportional coefficient k p proportional to the predetermined loop gain v p .
  • the predetermined loop gain v p is preferably set once or at most infrequently by a user and otherwise kept constant. It can thus be regarded as a constant, at least during ongoing operation of the power arrangement.
  • the control device is set up to calculate the proportional coefficient k p as a function of the generator power, the generator frequency, the droop variable d and the at least one target torque variable. In this way, the proportional coefficient can be adjusted particularly flexibly and precisely.
  • the control device is preferably set up to determine the proportional coefficient k p according to equation (1).
  • control device is preferably set up to calculate the proportional coefficient k p inversely proportional to the generator power.
  • control device is preferably set up to calculate the proportional coefficient k p proportional to the generator frequency.
  • control device is preferably set up to calculate the proportional coefficient k p proportional to the droop variable d.
  • control device is preferably set up to calculate the proportional coefficient k p proportional to the target torque variable.
  • the control device is set up to calculate the proportional coefficient k p as a function of the generator power, the droop variable d and the at least one target torque variable. In this way, too, the proportional coefficient k p can be calculated flexibly and precisely, albeit with a reduced computational effort, be tracked.
  • the control device is preferably set up to set the generator frequency constant in this case. Since the generator frequency varies only slightly during ongoing operation of the power arrangement, this results in at most a small, in particular negligible, error.
  • a predetermined, constant standard frequency value is preferably selected for the generator frequency, particularly preferably--depending on the application--50 Hz or 60 Hz.
  • the control device is set up to calculate the proportional coefficient k p as a function of—in particular only—the generator power and the generator frequency. This also represents a stable option for tracking the proportional coefficient k p with a reduced computational effort at the same time, especially since the droop variable d has only a small influence on the proportional coefficient k p .
  • the control device is preferably set up to determine the proportional coefficient k p according to equation (2). Due to the small influence of the droop size on the proportional coefficient k p , Equation (2) represents a very good approximation.
  • the control device is set up to calculate the proportional coefficient k p as a function only of the generator power. Since the detected generator power is available in the control device itself, it does not have to be provided by an external controller. This configuration therefore represents a particularly robust way of calculating the proportional coefficient k p Configuration also the relationship according to equation (2) can be further simplified by using a constant generator frequency, in particular by setting the generator frequency to a predetermined standard frequency value.
  • control device is set up to calculate the proportional coefficient kp as a function of—in particular only—the droop variable and the at least one setpoint torque variable.
  • control device is preferably set up to calculate the proportional coefficient kp according to the following relationship:
  • Equation (23) Substituting Equation (23) into Equation (1) gives Equation (21) directly.
  • the control device is set up to filter a momentary actual power of the generator and to use the filtered actual power as the detected generator power.
  • the instantaneous actual power is preferably - measured directly at the generator - in particular electrically.
  • the instantaneous actual power is filtered using a PT i filter or an averaging filter, with the detected generator power resulting from the PTi filter or the averaging filter.
  • the object is also achieved by creating a control arrangement for controlling a power arrangement comprising an internal combustion engine and a generator that is drivingly connected to the internal combustion engine, which has a control device according to the invention or a control device according to one or more of the exemplary embodiments described above and a control device that is operatively connected to the control device for direct Having control of the internal combustion engine.
  • the control device is set up to transmit the setpoint speed to the control device.
  • the control device is preferably an engine regulator of the internal combustion engine.
  • the control device is particularly preferably what is known as an engine control unit (ECU).
  • the engine controller or the ECU is preferably set up to calculate at least one energization duration for at least one fuel injection valve, in particular an injector, of the internal combustion engine using the target speed—preferably via the intermediate step of a target torque.
  • the control device preferably has a speed controller, or a speed controller is implemented in the control device.
  • the speed controller is preferably designed as disclosed in patent specification DE 102008 036 300 B3.
  • the control device is set up to determine, in particular to calculate, at least one setpoint torque variable and to transmit it to the control device, with the control device being set up to determine the at least one setpoint torque Receiving size from the controller.
  • the at least one target torque variable is in particular that target torque variable which is preferably used in the control device to adapt, in particular track, the control law, in particular according to equation (1).
  • control device is set up to determine as the at least one target torque variable a variable that is selected from a group consisting of a - preferably filtered - target torque and an integral component for the target torque of a speed controller of the control device.
  • the at least one setpoint torque variable is the setpoint torque, which is used in the control device to calculate an energization duration for the fuel injection valves, in particular as a manipulated variable for the speed controller.
  • the at least one target torque variable is preferably an integral component (I component) of the target torque.
  • the object is also achieved by creating a power arrangement that has an internal combustion engine and a generator that is drivingly connected to the internal combustion engine.
  • the power arrangement has a control device according to the invention or a control device according to one or more of the exemplary embodiments described above.
  • the power arrangement has a control arrangement according to the invention or a control arrangement according to one or more of the exemplary embodiments described above.
  • the control device or the control arrangement is operatively connected to the internal combustion engine and the generator of the power arrangement.
  • the object is also achieved by a method for controlling an internal combustion engine and a generator which is drivingly connected to the internal combustion engine comprehensive power arrangement is created, wherein a generator power of the generator is detected as a controlled variable.
  • a control deviation is determined as the difference between the detected generator power and a setpoint generator power.
  • a setpoint speed is determined as a manipulated variable for controlling the internal combustion engine as a function of the control deviation.
  • the setpoint speed is determined, in particular calculated, using a control law.
  • the setpoint speed is preferably calculated in a control device designed as a generator controller and transmitted--in particular via an interface--to a control device designed as an engine controller.
  • a control device according to the invention or a control device according to one or more of the exemplary embodiments described above is preferably used to control the power arrangement.
  • a control arrangement according to the invention or a control arrangement according to one or more of the exemplary embodiments described above is preferably used within the scope of the method for controlling the power arrangement.
  • the control law used to determine the setpoint speed is preferably adapted, in particular tracked, as a function of at least one adaptation variable.
  • the at least one adjustment variable is selected from a group consisting of the detected generator power, a generator frequency, a droop variable and a setpoint torque variable—calculated in particular by the control device of the internal combustion engine.
  • control law is adjusted by determining a proportional coefficient of the control law such that a predetermined open loop gain is constant, preferably remains constant.
  • the proportional coefficient is preferably calculated as a function of the generator power, the generator frequency, the droop size and the at least one target torque size.
  • the proportional coefficient is preferably calculated as a function of the generator power, the droop size and the at least one target torque size, with the generator frequency preferably being set constant.
  • the proportional coefficient is preferably calculated as a function of—in particular only—the generator power and the generator frequency.
  • the proportional coefficient is preferably calculated as a function only of the generator power, with the generator frequency preferably being set constant.
  • the proportional coefficient is preferably calculated as a function of—in particular only—the droop variable and the at least one target torque variable.
  • An instantaneous actual power of the generator is preferably filtered and the filtered actual power is used as the detected generator power.
  • Figure 1 is a first schematic representation of an embodiment of a
  • FIG. 2 shows a second schematic illustration of the exemplary embodiment of the cable arrangement according to FIG. 1;
  • FIG. 3 shows a third schematic illustration of the exemplary embodiment of the cable arrangement according to FIG. 1;
  • FIG. 4 shows a detailed illustration of a power controller
  • FIG. 5 shows a detailed representation of a first embodiment of a method for calculating the proportional coefficient for the power control
  • FIG. 6 shows a detailed illustration of a second embodiment of a method for calculating the proportional coefficient for the power control
  • FIG. 7 shows a detailed illustration of a third embodiment of a method for calculating the proportional coefficient for the power control
  • FIG. 8 shows a detailed representation of a fourth embodiment of a method for calculating the proportional coefficient for the power control
  • FIG. 9 shows a schematic, diagrammatic representation of the functioning of an embodiment of a method for controlling a power arrangement.
  • the power arrangement 1 shows a first schematic representation of an exemplary embodiment of a power arrangement 1 with a first exemplary embodiment of a control device 3.
  • the power arrangement 1 is part of a higher-level network of a plurality of power arrangements, of which only one power arrangement 1, which is considered in more detail here, is shown.
  • the power arrangement 1 is electrically connected to a power supply system 4 , here specifically to a busbar 6 .
  • the power arrangement 1 can be operated, in particular, in island parallel operation or in grid parallel operation;
  • the power grid 4 can be a local power grid, in particular an onboard power supply of a vehicle, for example a ship, or a nationwide power grid.
  • An external control unit 8 is assigned to the power supply system 4, which divides a total power P s bahn requested at the busbar 6, which is also referred to as the total load, to the individual power arrangements 1, in particular by providing a separate setpoint generator power Pj 0 u , Psoiu P soiu, etc., is calculated.
  • a first setpoint generator power P oll assigned to the power arrangement 1 concretely shown here is referred to below for the sake of simplicity as setpoint generator power P setpoint .
  • the power arrangement 1 has an internal combustion engine 5 and a generator 9 drivingly connected to the internal combustion engine 5 via a shaft 7 shown schematically.
  • the control device 3 is operatively connected to the internal combustion engine 5 on the one hand and to the generator 9 on the other hand.
  • the generator 9 is electrically connected to the busbar 6 in a manner that is not explicitly shown here.
  • control device 3 is set up to control the power arrangement 1, it being set up to supply a generator power P G of the generator 9 as a controlled variable record in order to determine a control deviation as the difference between the detected generator power P G and the setpoint generator power P set and to determine a setpoint speed n set as a manipulated variable for controlling the internal combustion engine 5 as a function of the control deviation.
  • the control device 3 is also set up to use a control law to determine the target speed n target .
  • the control device 3 is designed as a generator controller and is operatively connected to a control device 11 of the internal combustion engine 5 in such a way that the setpoint speed n setpoint can be transmitted from the control device 3 to the control device 11 . At the same time, this enables a particularly robust power control and a diverse range of uses for the control device 3, in particular with a large number of power arrangements 1.
  • the control device 3 is preferably set up to adapt the control law used to determine the setpoint speed n set as a function of at least one adjustment variable, the at least one adjustment variable being selected from a group consisting of the detected generator power P G , a generator frequency f G , a droop variable d and a target torque variable—calculated in particular by the control device of the internal combustion engine.
  • the regulating device 3 and the control device 11 together form a regulating arrangement 13 for regulating the power arrangement 1.
  • the control device 11 is preferably designed as an engine regulator, in particular as an engine control unit (ECU).
  • the control device 11 is set up in particular to calculate the at least one target torque variable and to transmit it to the control device 3 , with the control device 3 being set up to receive the at least one target torque variable from the control device 11 .
  • control device 11 is preferably set up to determine a variable as the target torque variable that is selected from a group consisting of a—preferably filtered—target torque M set and an integral component of a speed controller—shown in FIG 21 of the control device 11 , in particular an integral component M s l oU of the target torque M
  • a variable as the target torque variable that is selected from a group consisting of a—preferably filtered—target torque M set and an integral component of a speed controller—shown in FIG 21 of the control device 11 , in particular an integral component M s l oU of the target torque M
  • Another input variable of the control device 3 is optionally the droop variable d.
  • the control device 11 also has the target speed n set and a detected speed n actual as input variables . From this, the control device 11 calculates a speed control deviation. From this speed control deviation, the control device 11 finally calculates an energization duration BD for controlling fuel injection valves of the internal combustion engine 5. The control device 11 preferably first calculates the setpoint torque M soll from the speed control deviation and from this in turn the energization duration BD.
  • FIG. 2 shows a second schematic representation of the exemplary embodiment of the power arrangement 1 according to FIG. 1, in particular in the form of a block diagram.
  • An actual power Pi St detected at the generator 9 is preferably filtered in a power filter 15, and the filtered actual power Pi St is used as the detected generator power Po.
  • the power filter 15 is preferably a PTi filter or an average filter.
  • the power filter 15 is preferably part of the control device 3, which also has a power controller 17, which calculates the setpoint speed n setpoint from the deviation ep as the difference between the setpoint generator power P setpoint and the detected generator power Po.
  • the control device 11 has a speed filter 19, which is preferably designed as a PTi filter or averaging filter.
  • a measured speed n mess that is preferably used to calculate a speed control deviation e n results from filtering the actual speed n ist measured directly on the internal combustion engine 5 using the speed filter 19.
  • the control device 11 also has the speed controller 21, which is Speed control deviation e n the target torque M is and preferably from this - in a manner not shown - the energization duration BD calculated.
  • a controlled system 23 of the speed control circuit assigned to the speed controller 21 comprises the internal combustion engine 5, the shaft 7 and the generator 9. The meaning of the droop size d is explained in more detail below:
  • a differential speed An is preferably calculated on the basis of the droop variable d, an effective desired speed e ff being calculated by adding the differential speed An to the desired speed nsoii .
  • the effective set speed n eff is used to calculate the speed control deviation e n by subtracting the measured speed n mess from the effective set speed n ejf .
  • the differential speed An is calculated in a calculation block 25 .
  • Input variables of the calculation block 25 are the integral component M g0ll of the setpoint torque M soii calculated by the speed controller 21, the droop size d, a full-load torque Mv, and a nominal speed n N for the internal combustion engine 5, the nominal Speed h g can be 1500 min 1 , for example.
  • the differential speed An is preferably calculated according to the following equation:
  • the droop size d is preferably set to a finite value, in particular in the single-digit percentage range, preferably to a maximum of 8%, preferably to 4%.
  • the droop variable d can be predetermined, ie in particular parameterized, by a user of the power arrangement 1 or the control device 3 .
  • the droop variable d can also be set to zero, in this case both in the control device 3 and in the control device 11. If the droop variable d is equal to zero, the differential speed An also disappears at the same time, so that the result is the effective setpoint -Speed is not equal to the target speed n soii .
  • the droop variable d is different from zero, the following results: If the internal combustion engine 5 is running under full load, the integral component of the setpoint torque M setpoint is equal to the full-load Torque Mv, so that the differential speed An becomes equal to zero. On the other hand, if the internal combustion engine 5 is idling, the integral component is equal to zero, and the Differential speed An is equal to the percentage of the nominal speed hN determined by the droop size d. If the rated speed nv is 1500 rpm and the droop size d is 4 %, the value of the differential speed An varies between 0 rpm at full load and 60 rpm when idling. FIG.
  • FIG. 3 shows a third schematic representation of the power arrangement 1 according to FIG. 1, in this case as a linearized block diagram.
  • the individual controllers are represented by transmission blocks with correspondingly assigned transmission functions.
  • the controlled system 23 in FIG. 3 is shown divided into two transmission blocks, namely a transmission block assigned to the internal combustion engine 5, characterized by the transmission function with the setpoint torque M set as Input variable and the actual speed nist as the output variable, and a generator 9 associated transfer block, characterized by the transfer function, with the same input variable, namely the target torque M soii , and the actual power P, si as the output variable.
  • the speed controller 21 is represented by a first multiplication element 27 for calculating a proportional component of the setpoint torque M set by multiplication with the speed proportional coefficient, and a first integration element 29 for the calculation of the integral component of the target torque M SOÜ by multiplying it by a term with the reset time and the complex variable s.
  • the speed controller 21 thus has a PI transmission behavior here, since the first multiplication element 27 has a proportional transmission behavior and the first integration element 29 has an integral transmission behavior.
  • the calculation block 25 is given a negative sign here by the linearization, so that the differential speed An calculated in the calculation block 25 is now subtracted from the setpoint speed n setpoint . Due to the linearization, the differential speed An is calculated in the calculation block 25 according to the following modified equation:
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a power controller 17 according to FIG. 3, which is preferably implemented as a PI controller.
  • the control deviation ep is first multiplied by the proportional coefficient, so that a proportional component h for the target Speed n Soii results.
  • a second integrator 31 an integral component n for the desired speed n soii is calculated from the proportional component hz 0 ⁇ i by dividing by the product of the reset time with the complex variable s, which then becomes the Proportional component hz o1i is added. This results in the setpoint speed n setpoint as the output variable.
  • the transfer function of the power controller 17 is thus given by:
  • the proportional coefficient is preferably calculated according to equation (1).
  • the control law is in particular adapted in that the proportional coefficient k p is determined in such a way that the predetermined loop gain v p is constant, in particular remains constant.
  • FIG. 5 shows a detailed representation of a first embodiment of a method for calculating the proportional coefficient for the power control according to equation (1).
  • a second multiplication element 33 the predetermined loop gain v p by a factor of 450, the generator frequency fc. stat , the reciprocal of the generator power Pc. stat , and an output of a summation element 35 multiplied.
  • the proportional coefficient k is given as Output of the second multiplication element 33.
  • the summation element 35 the number 1 is added to the output of a third multiplication element 37.
  • the droop variable d is multiplied by the torque M stat and the reciprocal of the full-load torque My.
  • the reciprocal of the full-load torque My is formed in a first reciprocal value element 39 from the full-load torque My.
  • the torque M stat can be determined in two different ways: On the one hand from the integral component delayed by a sampling step ta .
  • a switch 41 provided for switching between the two types of calculation is arranged in the upper switch position according to FIG.
  • the torque M stat can be calculated from the setpoint torque M setpoint calculated by the control device 11 . This too is first delayed by a sampling step t 1 , then filtered by a torque filter 43, the torque filter 43 preferably being a PTi filter or a mean value filter. This calculation is active when the switch 41 is in the lower switch position according to FIG.
  • the generator frequency fc.stat is preferably calculated by using a frequency filter 45 to filter an actual frequency fi st , which is preferably detected at the generator 9 .
  • the frequency filter 45 is not shown explicitly in FIG. 1 for reasons of simplification.
  • the generator power Pc.stat is preferably calculated by first filtering the actual power P, i using the power filter 15 and then limiting it downwards in a limiting element 47 to a predetermined power limit value P m in .
  • the reciprocal of the generator power Pc.stat limited in this way is then calculated in a second reciprocal element 49 .
  • the reciprocal value calculated in this way is then fed to the second multiplication element 33 .
  • Both the power filter 15 and the limiting element 47 are not shown explicitly in FIG. 1 for reasons of simplification.
  • FIG. 6 shows a detailed representation of a second embodiment of a method for calculating the proportional coefficient k p for the power control according to equation (21).
  • the predetermined loop gain v p is multiplied by the factor 45 ⁇ 10 4 /p, the reciprocal value of the torque Mstat, and the output of the summation element 35.
  • the proportional coefficient k p results in turn as the output of the second multiplication element 33.
  • the torque M stat is branched off from the calculation for the third multiplication element 37, and its reciprocal value is formed in a third reciprocal value element 51. Otherwise, the calculation is carried out as described in connection with FIG.
  • Fig. 7 shows a detailed illustration of a third embodiment of a method for calculating the proportional coefficient k p for the power control according to equation (19) and thus for a constant generator frequency with a standard frequency value of 50 Hz v p multiplied by the factor 22500 and the reciprocal of the generator power Pc.stat.
  • the proportional coefficient k p results in turn as the output of the second multiplication element 33.
  • the reciprocal value of the generator power Pc.stat is calculated as was described in connection with FIG.
  • FIG. Fig. 8 shows a detailed representation of a fourth embodiment of a method for calculating the proportional coefficient k p for the power control according to equation (20) and thus for a constant generator frequency with a standard frequency value of 60 Hz.
  • the proportional coefficient k p results in turn as the output of the second multiplication element 33.
  • the reciprocal value of the generator power Pc.stat is calculated as was described in connection with FIG.
  • the proportional coefficient k p can preferably also be calculated according to one of the equations (2), (3), (17), or (18).
  • Figure 9 shows a schematic, diagrammatic representation of the process.
  • a first time diagram at a) shows the total power Ps rail measured on the busbar 6 - this is identical to the value 0 kW up to a first point in time ti.
  • the total power Ps rail suddenly changes to a specific value P L and subsequently remains at this value.
  • a second time diagram at b) shows the setpoint generator power P setpoint , which is transmitted to the control device 3 by the external control device 8 . Since the setpoint generator power Psoii is calculated in the external control unit 8, there is a time delay before the setpoint generator power Psoii is available in the control device 3. For clarification and specification, it is assumed here that there is an island parallel operation of four identical power arrangements 1, with the total power Ps rail being to be distributed evenly over all four power arrangements 1. For this reason, the setpoint generator power P setpoint rises suddenly at a second point in time h to a value P t J and subsequently remains identical to this value.
  • the time delay between the first point in time t 1 and the second point in time t 2 is preferably two sampling steps, ie a total time span of 10 ms given a sampling time of 5 ms.
  • a third time diagram at c) shows two curves:
  • a first dashed curve shows the instantaneous actual power Pi st generated by the individual generator 9 of the individual power arrangement 1 . Since the total power Ps rail from the generators 9 of the four Power arrangements 1 must be made available together in equal parts, the actual power Pi St increases— also at the first point in time ti—suddenly to the value P / J4.
  • a second, solid curve shows the detected generator power P G , which is obtained by filtering from the actual power Pi St . Since the detected generator power P G is the output variable of a filter, it increases—starting from the first point in time ti—with a time delay and has settled at the value P / J4 at a third point in time ti.
  • a fourth time diagram at d) shows the course over time of the setpoint speed n setpoint .
  • a sixth timing diagram at f) is the time course Differential speed An shown.
  • the fast activation shown in the first time diagram represents an example--as shown in the second diagram--an activation of a 50% fast--related to full load--and preferably corresponds to a torque of 5000 Nm.
  • the droop size d is set to a value of 4%.
  • the internal combustion engine 5 Up to the first point in time ti, the internal combustion engine 5 is in a load-free state, so that—as shown in the sixth time diagram—a value of 60 rpm results for the differential speed An. Since a sum of the target speed n soii and the differential speed At a target frequency for the generator 9 of 50 Hz, an effective target speed n e ff of 1500 rpm—the value of the nominal speed H N —must result, the target speed is n target up to the first point in time ti 1440 minutes "1 . The integral term is up to the first Time ti 0 Nm.
  • the setpoint generator power P setpoint is increased to the value P / J4. This now results in a positive control deviation ep.
  • the setpoint speed n setpoint is increased. Since the effective setpoint speed n, j] is increased at the same time as the setpoint speed n setpoint, the result is a positive speed control deviation e n , so that the integral component M sl oU of the speed controller 21 is increased. This leads to the differential speed An being reduced. Since the setpoint generator power P soii is increased to 50% of the maximum power, the differential speed An drops at a value of the droop size d of 4% to the value 30 min 1 . This value is reached at the third point in time A.
  • the setpoint speed n setpoint increases by 30 min- 1 to the value 1470 min- 1 by the third point in time.
  • the integral component M g0ll reaches 50% of the maximum torque at the third point in time with the value 5000 Nm. From the third point in time, the system is in a steady state.

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

Rolls-Royce Solutions GmbH
BESCHREIBUNG
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
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 Lall 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 antriebs wirkverbundenen 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 -Regeier, einem PD2-Regler, einem PID-Regler, einem PT 1 -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 Lachmann grundsätzlich bekannt.
Das Regelgesetz ist bevorzugt in die Regeleinrichtung implementiert, vorzugsweise in eine Hardwarestruktur der Regeleinrichtung, oder in Lorm 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 antriebs wirkverbunden 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 Lrequenz der in dem Generator induzierten elektrischen Spannung, insbesondere die Lrequenz 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 Leistung s anordnungen .
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: mit dem Proportionalbeiwert kp, der vorbestimmten, vorzugsweise vorgebbaren Kreisverstärkung vp , der Droop-Größe d, der Generatorfrequenz /G stat , der Generatorleistung PG stat, dem Drehmoment Mstat und dem Volllast- Drehmoment Mv. Das Volllast-Drehmoment My 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 kp bei vorgegebener, konstant gehaltener Kreisverstärkung vp mit der Generatorfrequenz /G stat und der Generatorleistung PG 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 Mstat.
Wird die Droop-Größe d gleich null gewählt, variiert der Proportionalbeiwert kp bei vorgegebener, konstant gehaltener Kreisverstärkung vp nur mit der Generatorfrequenz /G stat und der Generatorleistung PG stat: kP = 450vrfc,stat (2)
PG.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 Fast oder Nulllast, d. h. bei Mstat = 0, unabhängig vom Wert der Droop-Größe.
Bei Volllast mit Mstat = My ergibt sich dagegen folgender Zusammenhang:
Gleichung (1) kann insbesondere hergeleitet werden, wenn man von der linearisierten Darstellung des Regelkreises gemäß Figur 3 ausgeht: Darin wird ein Soll-Drehmoment Msoii in Abhängigkeit von einer Drehzahl-Regelabweichung en, einem Drehzahl-Proportionalbeiwert kp , und einer Nachstellzeit berechnet, nämlich unter Berücksichtigung der komplexen Variablen s gemäß folgender Gleichung:
Zugleich liest man aus Figur 3 mit den dort dargestellten Übertragungsfunktionen direkt ab: mit der Soll-Drehzahl nsoii und der Nenn-Drehzahl «y.
Nach Auflösen von Gleichung (4) nach der Drehzahl-Regelabweichung en, Umformen von Gleichung (5) und Einsetzen der aufgelösten Gleichung (4) in die umgeformte Gleichung (5) sowie weiterem Umformen erhält man: Die Übertragungsfunktion Gs(s ) der Regelstrecke des Leistungsreglers ausgehend von der Soll- Drehzahl nSoii bis zur Ausgabe einer Ist-Leistung Pist liest man ab als:
Durch Einsetzen von Gleichung (6) in Gleichung (7) erhält man:
Für den stationären Betriebszustand gilt:
(9) womit Gleichung (8) im stationären Betriebszustand folgende Form annimmt:
Für die Übertragungsfunktionen der Brennkraftmaschine und des Drehzahlfilters G†(Q) einerseits sowie des Generators 0) andererseits gilt im stationären Betriebszustand:
(12) mit der Drehzahl nstat, und
Mit riN = nstat, durch Einsetzen der Gleichungen (11) bis (13) in Gleichung (10), Erweitern mit M statt Mv, einigem Umformen erhält man schließlich:
Daraus folgt mit: und weiterhin unter Berücksichtigung, dass bei Netzparallelbetrieb im stationären Zustand bei Nenndrehzahl gilt: 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 kp des Regelgesetzes so bestimmt wird, dass die vorbestimmte Kreisverstärkung vp des offenen Regelkreises konstant ist. Insbesondere ist die Regeleinrichtung bevorzugt eingerichtet, um den Proportionalbeiwert kp so zu bestimmen, dass die vorbestimmte Kreisverstärkung vp - 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 kp stets so anzupassen, dass die Kreisverstärkung vp - insbesondere unabhängig von dem momentanen Betriebspunkt der Leistungsanordnung - konstant ist.
Die vorbestimmte Kreisverstärkung vp 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 vp in gewünschter Weise einstellen. Der Proportionalbeiwert kp wird dann an die durch den Anwender gewählte Kreisverstärkung vp 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 kp proportional zu der vorbestimmten Kreisverstärkung vp zu wählen. Die vorbestimmte Kreisverstärkung vp 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 kp 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 kp nach Gleichung (1) zu bestimmen.
Insbesondere ist die Regeleinrichtung bevorzugt eingerichtet, um den Proportionalbeiwert kp umgekehrt proportional zu der Generatorleistung zu berechnen.
Alternativ oder zusätzlich ist die Regeleinrichtung bevorzugt eingerichtet, um den Proportionalbeiwert kp proportional zu der Generatorfrequenz zu berechnen.
Alternativ oder zusätzlich ist die Regeleinrichtung bevorzugt eingerichtet, um den Proportionalbeiwert kp proportional zu der Droop-Größe d zu berechnen.
Alternativ oder zusätzlich ist die Regeleinrichtung bevorzugt eingerichtet, um den Proportionalbeiwert kp proportional zu der Soll-Drehmoment-Größe zu berechnen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Regeleinrichtung eingerichtet ist, um den Proportionalbeiwert kp 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 kp 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 vemachlässigbarer 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:
Für einen Norm-Frequenzwert von 60 Hz ergibt sich entsprechend folgendes modifizierter Zu s ammenhang :
Alternativ oder zusätzlich ist bevorzugt vorgesehen, dass die Regeleinrichtung eingerichtet ist, um den Proportionalbeiwert kp in Abhängigkeit von - insbesondere nur - der Generatorleistung und der Generatorfrequenz zu berechnen. Auch dies stellt eine stabile Möglichkeit zur Nachführung des Proportionalbeiwerts kp bei zugleich reduziertem Rechenaufwand dar, insbesondere da die Droop-Größe d auf den Proportionalbeiwert kp nur einen geringen Einfluss hat. Insbesondere ist die Regeleinrichtung bevorzugt eingerichtet, um den Proportionalbeiwert kp nach Gleichung (2) zu bestimmen. Aufgrund des geringen Einflusses der Droop-Größe auf den Proportionalbeiwert kp stellt Gleichung (2) eine sehr gute Näherung dar.
Alternativ oder zusätzlich ist bevorzugt vorgesehen, dass die Regeleinrichtung eingerichtet ist, um den Proportionalbeiwert kp 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 kp 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:
Für einen Norm-Frequenzwert von 60 Hz ergibt sich entsprechend folgender modifizierter Zusammenhang:
Alternativ oder zusätzlich ist bevorzugt vorgesehen, dass die Regeleinrichtung eingerichtet ist, um den Proportionalbeiwert kp 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 kp gemäß dem folgenden Zusammenhang zu berechnen:
Der Zusammenhang nach Gleichung (21) kann dabei auf folgende Weise hergeleitet werden:
Für die Generatorleistung gilt in einheitenloser Darstellung: woraus sich mit Gleichung (16) ergibt:
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 PT i -Filter oder einem Mittelwertfilter gefiltert, wobei die erfasste Generatorleistung aus dem PTi-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 102008 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:
Figur 1 eine erste schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer
Feistungsanordnung mit einem Ausführungsbeispiel einer Regeleinrichtung;
Figur 2 eine zweite schematische Darstellung des Ausführungsbeispiels der Feistungsanordnung gemäß Figur 1;
Figur 3 eine dritte schematische Darstellung des Ausführungsbeispiels der Feistungsanordnung gemäß Figur 1;
Figur 4 eine Detaildarstellung eines Feistungsreglers;
Figur 5 eine Detaildarstellung einer ersten Ausführungsform eines Verfahrens zur Berechnung des Proportionalbeiwerts für die Feistungsregelung; Figur 6 eine Detaildarstellung einer zweiten Ausführungsform eines Verfahrens zur Berechnung des Proportionalbeiwerts für die Leistungsregelung;
Figur 7 eine Detaildarstellung einer dritten Ausführungsform eines Verfahrens zur Berechnung des Proportionalbeiwerts für die Leistungsregelung;
Figur 8 eine Detaildarstellung einer vierten Ausführungsform eines Verfahrens zur Berechnung des Proportionalbeiwerts für die Leistungsregelung;
Figur 9 eine schematische, diagrammatische Darstellung der Funktionsweise einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Regelung einer Leistungsanordnung.
Fig. 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 Pj0u, Psoiu P soiu usw., berechnet wird. Eine der hier konkret dargestellten Leistungsanordnung 1 zugeordnete erste Soll-Generatorleistung P}oll wird im Folgenden der einfacheren Darstellung wegen kurz als Soll-Generatorleistung Psoii 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 PG des Generators 9 als Regelgröße zu erfassen, um eine Regelabweichung als Differenz der erfassten Generatorleistung PG ZU der Soll- Generatorleistung Psoll zu ermitteln, und um eine Soll-Drehzahl nsoii 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 nsoii zu verwenden. Die Regeleinrichtung 3 ist als Generatorregler ausgebildet und mit einer Steuereinrichtung 11 der Brennkraftmaschine 5 derart wirkverbunden, dass die Soll-Drehzahl nsoii 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 nsoll verwendete Regelgesetz in Abhängigkeit von wenigstens einer Anpassungsgröße anzupassen, wobei die wenigstens eine Anpassungsgröße ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus der erfassten Generatorleistung PG , einer Generatorfrequenz fG, 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 Msoll und einem Integralanteil eines - in Figur 2 dargestellten - Drehzahlreglers 21 der Steuereinrichtung 11, insbesondere einem Integralanteil Ms l oU des Soll-Drehmoments Msoll· Optional ist eine weitere Eingangsgröße der Regeleinrichtung 3 die Droop-Größe d.
Die Steuereinrichtung 11 weist außerdem als Eingangsgrößen die Soll-Drehzahl nsoii und eine erfasste Drehzahl nist 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 Msoll und aus diesem wiederum die Bestromungsdauer BD.
Fig. 2 zeigt eine zweite schematische Darstellung des Ausführungsbeispiels der Leistungsanordnung 1 gemäß Figur 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 PiSt in einem Leistungsfilter 15 gefiltert, und die gefilterte Ist-Leistung PiSt wird als die erfasste Generatorleistung Po verwendet. Das Leistungsfilter 15 ist vorzugsweise ein PTi-Filter oder ein Mittelwertfilter. Das Leistungsfilter 15 ist vorzugsweise Teil der Regeleinrichtung 3, die außerdem einen Leistungsregler 17 aufweist, der aus der Regelabweichung ep als Differenz der Soll- Generatorleistung Psoii und der erfassten Generatorleistung Po die Soll-Drehzahl nsoii berechnet.
Die Steuereinrichtung 11 weist ein Drehzahlfilter 19 auf, das vorzugsweise als PTi-Filter oder Mittelwertfilter ausgebildet ist. Eine vorzugsweise zur Berechnung einer Drehzahl- Regelabweichung en verwendete, gemessene Drehzahl nmess ergibt sich durch Filterung der unmittelbar an der Brennkraftmaschine 5 gemessenen Ist-Drehzahl nist mittels des Drehzahlfilters 19. Die Steuereinrichtung 11 weist außerdem den Drehzahlregler 21 auf, der aus der Drehzahl- Regelabweichung en das Soll-Drehmoment Msoll 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 An berechnet, wobei durch Addition der Differenzdrehzahl An zu der Soll-Drehzahl nsoii eine effektive Soll-Drehzahl eff berechnet wird. Die effektive Soll-Drehzahl neff wird zur Berechnung der Drehzahl- Regelabweichung en herangezogen, indem von der effektiven Soll-Drehzahl nejf die gemessene Drehzahl nmess abgezogen wird. Die Differenzdrehzahl An wird in einem Berechnungsblock 25 berechnet. Eingangsgrößen des Berechnungsblocks 25 sind dabei der von dem Drehzahlregler 21 berechnete Integralanteil Mg0ll des Soll-Drehmoments Msoii, die Droop-Größe d, ein Volllast- Drehmoment Mv, und eine Nenn-Drehzahl nN für die Brennkraftmaschine 5, wobei die Nenn- Drehzahl hg beispielsweise 1500 min 1 betragen kann. Die Differenzdrehzahl An wird bevorzugt gemäß folgender Gleichung berechnet:
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 An, sodass dann im Ergebnis die effektive Soll-Drehzahl ungleich der Soll- Drehzahl nsoii ist.
Ist die Droop-Größe d von null verschieden, ergibt sich folgendes: Läuft die Brennkraftmaschine 5 unter Volllast, ist der Integralanteil des Soll-Drehmoments Msoll gleich dem Volllast- Drehmoment Mv, sodass die Differenzdrehzahl An gleich null wird. Läuft dagegen die Brennkraftmaschine 5 im Leerlauf, ist der Integralanteil gleich Null, und die Differenzdrehzahl An ist gleich dem durch die Droop-Größe d bestimmten Prozentsatz der Nenn- Drehzahl hN. Beträgt die Nenn-Drehzahl n.v 1500 min 1 und die Droop-Größe d 4 %, variiert demnach der Wert der Differenzdrehzahl An zwischen 0 min 1 bei Volllast und 60 min 1 im Leerlauf. Fig. 3 zeigt eine dritte schematische Darstellung der Leistungsanordnung 1 gemäß Figur 1, in diesem Fall als linearisiertes Blockschaltbild. Dabei sind die einzelnen Regler durch Übertragungsblöcke mit entsprechend zugeordneten Übertragungsfunktionen dargestellt. Im Unterschied zu Figur 2 ist die Regelstrecke 23 in Figur 3 in zwei Übertragungsblöcke aufgeteilt dargestellt, nämlich einen der Brennkraftmaschine 5 zugeordneten Übertragungsblock, gekennzeichnet durch die Übertragungsfunktion mit dem Soll-Drehmoment Msoll als Eingangsgröße und der Ist-Drehzahl nist als Ausgangsgröße, und einen dem Generator 9 zugeordneten Übertragungsblock, gekennzeichnet durch die Übertragungsfunktion , mit derselben Eingangsgröße, nämlich dem Soll-Drehmoment Msoii, und der Ist-Leistung P,si als Ausgangsgröße. Der Drehzahlregler 21 ist dargestellt durch ein erstes Multiplikationsglied 27 zur Berechnung eines Proportionalanteils des Soll-Drehmoments Msoll durch Multiplikation mit dem Drehzahl-Proportionalbeiwert , und ein erstes Integrationsglied 29 zur Berechnung des Integralanteils des Soll-Drehmoments MSOÜ durch Multiplikation mit einem Term mit der Nachstellzeit und der komplexen Variablen s. Somit weist der Drehzahlregler 21 hier ein Pl-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 An von der Soll-Drehzahl nsoii subtrahiert wird. Aufgrund der Linearisierung wird die Differenzdrehzahl An in dem Berechnungsblock 25 gemäß folgender, abgewandelter Gleichung berechnet:
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Leistungsreglers 17 gemäß Figur 3, der bevorzugt als PI-Regler umgesetzt ist. Die Regelabweichung ep wird dabei zunächst mit dem Proportionalbeiwert multipliziert, sodass sich ein Proportionalanteil h für die Soll- Drehzahl nSoii ergibt. In einem zweiten Integrationsglied 31 wird aus dem Proportionalanteil hz0ΐi durch Division durch das Produkt der Nachstellzeit mit der komplexen Variablen s ein Integralanteil n für die Soll-Drehzahl nsoii berechnet, der anschließend zu dem Proportionalanteil hzo1i addiert wird. Hieraus resultiert die Soll-Drehzahl nsoii als Ausgangsgröße. Die Übertragungsfunktion des Leistungsreglers 17 ist somit gegeben durch:
Die Berechnung des Proportionalbeiwerts erfolgt bevorzugt gemäß Gleichung (1).
Das Regelgesetz wird dabei insbesondere angepasst, indem der Proportionalbeiwert kp so bestimmt wird, dass die vorbestimmte Kreisverstärkung vp konstant ist, insbesondere konstant bleibt.
Fig. 5 zeigt eine Detaildarstellung einer ersten Ausführungsform eines Verfahrens zur Berechnung des Proportionalbeiwerts für die Leistungsregelung gemäß Gleichung (1). Hierzu wird in einem zweiten Multiplikationsglied 33 die vorbestimmte Kreisverstärkung vp mit dem Faktor 450, der Generatorfrequenz fc.stat, dem Kehrwert der Generatorleistung Pc.stat, und einem Ausgang eines Summationsglieds 35 multipliziert. Der Proportionalbeiwert k 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 Mstat und dem Kehrwert des Volllast- Drehmoments My multipliziert. Der Kehrwert des Volllast- Drehmoments My wird in einem ersten Kehrwertglied 39 aus dem Volllast-Drehmoment My gebildet.
Das Drehmoment Mstat kann auf zwei verschiedene Arten ermittelt werden: Einerseits aus dem um einen Abtastschritt ta verzögerten Integralanteil . In diesem Fall ist ein zur Umschaltung zwischen den beiden Berechnungs arten vorgesehener Schalter 41 in der oberen Schalterstellung gemäß Figur 5 angeordnet.
Alternativ kann das Drehmoment Mstat aus dem durch die Steuereinrichtung 11 berechneten Soll- Drehmoment Msoll berechnet werden. Auch dieses wird zunächst um einen Abtastschritt t,, verzögert, danach durch einen Drehmoment-Filter 43 gefiltert, wobei das Drehmoment-Filter 43 vorzugsweise ein PTi-Filter oder ein Mittelwertfilter ist. Diese Berechnung ist aktiv, wenn sich der Schalter 41 in der unteren Schalterstellung gemäß Figur 5 befindet. Die Generatorfrequenz fc.stat wird bevorzugt berechnet, indem eine vorzugsweise an dem Generator 9 erfasste Ist-Frequenz fist mittels eines Frequenzfilters 45 gefiltert wird. Das Frequenzfilter 45 ist in Figur 1 aus Gründen der Vereinfachung nicht explizit dargestellt.
Die Generatorleistung Pc.stat wird bevorzugt berechnet, in dem zunächst die Ist-Leistung P, i mittels des Leistungsfilters 15 gefiltert und anschließend in einem Begrenzungsglied 47 nach unten auf einen vorbestimmten Leistungs-Grenzwert Pmin begrenzt wird. Anschließend wird der Kehrwert der so begrenzten Generatorleistung Pc.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 Figur 1 aus Gründen der Vereinfachung nicht explizit dargestellt.
Fig. 6 zeigt eine Detaildarstellung einer zweiten Ausführungsform eines Verfahrens zur Berechnung des Proportionalbeiwerts kp für die Leistungsregelung gemäß Gleichung (21). Dabei wird in dem zweiten Multiplikationsglied 33 die vorbestimmte Kreisverstärkung vp mit dem Faktor 45· 104/p, dem Kehrwert des Drehmoments Mstat, und dem Ausgang des Summationsglieds 35 multipliziert. Der Proportionalbeiwert kp ergibt sich wiederum als Ausgang des zweiten Multiplikationsglieds 33. Das Drehmoment Mstat 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 Figur 5 beschrieben.
Fig. 7 zeigt eine Detaildarstellung einer dritten Ausführungsform eines Verfahrens zur Berechnung des Proportionalbeiwerts kp 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 vp mit dem Faktor 22500 und dem Kehrwert der Generatorleistung Pc.stat multipliziert. Der Proportionalbeiwert kp ergibt sich wiederum als Ausgang des zweiten Multiplikationsglieds 33. Der Kehrwert der Generatorleistung Pc.stat wird dabei berechnet, wie dies in Zusammenhang mit Figur 5 beschrieben wurde. Fig. 8 zeigt eine Detaildarstellung einer vierten Ausführungsform eines Verfahrens zur Berechnung des Proportionalbeiwerts kp 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 vp mit dem Faktor 27000 und dem Kehrwert der Generatorleistung Pc.stat multipliziert. Der Proportionalbeiwert kp ergibt sich wiederum als Ausgang des zweiten Multiplikationsglieds 33. Der Kehrwert der Generatorleistung Pc.stat wird dabei berechnet, wie dies in Zusammenhang mit Figur 5 beschrieben wurde.
Alternativ kann der Proportionalbeiwert kp bevorzugt auch insbesondere nach einer der Gleichungen (2), (3), (17), oder (18) berechnet werden.
Fig. 9 zeigt eine schematische, diagrammatische Darstellung des Verfahrens. Ein erstes Zeitdiagramm bei a) zeigt dabei die auf der Sammelschiene 6 gemessene Gesamtleistung Pschiene- Diese ist bis zu einem ersten Zeitpunkt ti mit dem Wert 0 kW identisch. Zu dem ersten Zeitpunkt ti ändert sich die Gesamtleistung Pschiene sprunghaft auf einen bestimmten Wert PL und bleibt in der Folge auf diesem Wert stehen.
Ein zweites Zeitdiagramm bei b) zeigt die Soll-Generatorleistung Psoii, welche der Regeleinrichtung 3 von dem externen Steuergerät 8 übermittelt wird. Da die Soll- Generatorleistung Psoii in dem externen Steuergerät 8 berechnet wird, kommt es zu einem Zeitverzug, bis die Soll-Generatorleistung Psoii 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 Pschiene auf alle vier Leistungsanordnungen 1 gleichmäßig verteilt werden soll. Aus diesem Grund steigt die Soll- Generatorleistung Psoii zu einem zweiten Zeitpunkt h sprunghaft auf einen Wert Pt J an und bleibt in der Folge identisch mit diesem Wert. Der Zeitverzug zwischen dem ersten Zeitpunkt ti 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 Pist. Da die Gesamtleistung Pschiene von den Generatoren 9 der vier Leistungsanordnungen 1 gemeinsam zu gleichen Teilen zur Verfügung gestellt werden muss, steigt die Ist-Leistung PiSt - ebenfalls zu dem ersten Zeitpunkt ti - sprunghaft auf den Wert P/J4. Eine zweite, durchgezogene Kurve zeigt die erfasste Generatorleistung PG, die durch Filterung aus der Ist-Leistung PiSt erhalten wird. Da die erfasste Generatorleistung PG die Ausgangsgröße eines Filters ist, steigt sie - ausgehend von dem ersten Zeitpunkt ti - zeitverzögert an und ist zu einem dritten Zeitpunkt ti auf den Wert P/J4 eingeschwungen.
Ein viertes Zeitdiagramm bei d) zeigt den zeitlichen Verlauf der Soll-Drehzahl nsoii. In einem fünften Zeitdiagramm bei e) ist ein zeitlicher Verlauf des Integralanteils für das Soll- Drehmoment dargestellt. In einem sechsten Zeitdiagramm bei f) ist der zeitliche Verlauf der Differenzdrehzahl An dargestellt. Die im ersten Zeitdiagramm dargestellte Fastaufschaltung stellt beispielhaft - wie im zweiten Diagramm dargestellt - eine Aufschaltung einer 50 %-Fast - 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 ti 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 An ergibt. Da eine Summe der Soll-Drehzahl nsoii und der Differenzdrehzahl An bei einer Soll-Frequenz für den Generator 9 von 50 Hz eine effektive Soll-Drehzahl neff von 1500 min'1 - dem Wert der Nenndrehzahl HN- ergeben muss, beträgt die Soll-Drehzahl nsoii bis zu dem ersten Zeitpunkt ti 1440 min"1. Der Integralanteil beträgt bis zu dem ersten Zeitpunkt ti 0 Nm.
Von dem ersten Zeitpunkt ti bis dem zweiten Zeitpunkt h ergibt sich eine negative Regelabweichung ep, da die erfasste Generatorleistung PG größere Werte als die Soll- Generatorleistung Psoii annimmt. Als Folge ergibt sich eine kleiner werdende Soll-Drehzahl nsoii als Stellgröße für den Feistungsregelkreis. Fällt die Soll-Drehzahl nsoii, so fällt zugleich auch die effektive Soll-Drehzahl nejf, die hier nicht explizit dargestellt ist. Als Folge ergibt sich eine negative Drehzahl-Regelabweichung en, wodurch der Integralanteil Mi,oü des Drehzahlreglers 21 kleiner wird. Der kleiner werdende Integralanteil Ms l ou führt zu einer Vergrößerung der Differenzdrehzahl An entsprechend Figur 2. Auf diese Weise wird erreicht, dass sich die effektive Solldrehzahl nejf wieder auf die Nenndrehzahl hg cinpcndclt.
Zu dem zweiten Zeitpunkt t2 wird die Soll-Generatorleistung Psoii auf den Wert P/J4 erhöht. Dadurch ergibt sich nun eine positive Regelabweichung ep. Als Folge wird die Soll-Drehzahl nsoii vergrößert. Da mit der Soll-Drehzahl nsoii zugleich auch die effektive Soll-Drehzahl n,j] erhöht wird, ergibt sich eine positive Drehzahl-Regelabweichung en , sodass der Integralanteil Ms l oU des Drehzahlreglers 21 vergrößert wird. Dies führt dazu, dass die Differenzdrehzahl An verkleinert wird. Da die Soll-Generatorleistung Psoii auf 50 % der Maximalleistung vergrößert wird, sinkt die Differenzdrehzahl An bei einem Wert der Droop-Größe d von 4 % auf den Wert 30 min 1. Dieser Wert wird zu dem dritten Zeitpunkt A erreicht. Da die effektive Soll-Drehzahl tieff im eingeschwungenen Zustand mit der Nenndrehzahl h.g identisch ist, steigt die Soll- Drehzahl nsoii bis zu dem dritten Zeitpunkt um 30 min 1 auf den Wert 1470 min 1. Der Integralanteil Mg0ll erreicht zu dem dritten Zeitpunkt mit dem Wert 5000 Nm 50 % des Maximalmoments. Ab dem dritten Zeitpunkt befindet sich das System in einem eingeschwungenen Zustand.

Claims

ANSPRÜCHE
1. Regeleinrichtung (3) zur Regelung einer eine Brennkraftmaschine (5) und einen mit der Brennkraftmaschine (5) antriebs wirkverbundenen 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 (Psoii) zu ermitteln, eine Soll-Drehzahl (nsoii) 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 (nsoii) zu verwenden, wobei die Regeleinrichtung (3) eingerichtet ist, um mit einer Steuereinrichtung (11) der Brennkraftmaschine (5) derart wirkverbunden zu werden, dass die Soll-Drehzahl (nsoii) 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 (nsoii) verwendete Regelgesetz in Abhängigkeit von wenigstens einer Anpassungsgröße anzupassen, wobei die wenigstens eine Anpassungsgröße ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus der erfassten Generatorleistung (PG), einer Generatorfrequenz (fc), 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 (kp) des Regelgesetzes so bestimmt wird, dass eine vorbestimmte Kreisverstärkung (vp) des offenen Regelkreises konstant ist.
4. Regeleinrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Regeleinrichtung (3) eingerichtet ist, um den Proportionalbeiwert (kp) in Abhängigkeit von der Generatorleistung (PG), der Generatorfrequenz (fc), 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 (kp) in Abhängigkeit von der Generatorleistung ( PG ), der Droop-Größe (d) und der wenigstens einen Soll- Drehmoment-Größe, wobei vorzugsweise die Generatorfrequenz (fc) konstant gesetzt wird, oder von der Generatorleistung (PG) und der Generatorfrequenz (fc), oder nur von der Generatorleistung (PG), wobei vorzugsweise die Generatorfrequenz (fc) 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,si) des Generators (9) zu filtern, und die gefilterte Ist-Leistung (P,si) als erfasste Generatorleistung (PG) ZU verwenden.
7. Regelanordnung (13) zur Regelung einer eine Brennkraftmaschine (5) und einen mit der Brennkraftmaschine (5) antriebs wirkverbundenen 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 (nsoii) 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 (Msoii) und einem Integralanteil (Ms l oU) eines Drehzahlreglers (21) der Steuereinrichtung (11).
10. Leistungsanordnung (1) mit einer Brennkraftmaschine (5) und einem mit der Brennkraftmaschine (5) antriebs wirkverbundenen 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) antriebs wirkverbundenen Generator (9) umfassenden Leistungsanordnung (1), wobei eine Generatorleistung ( PG ) des Generators (9) als Regelgröße erfasst wird, eine Regelabweichung ( ep ) als Differenz der erfassten Generatorleistung (PG) ZU einer
Soll-Generatorleistung (Psoii) ermittelt wird, eine Soll-Drehzahl (nsoii) als Stellgröße zur Ansteuerung der Brennkraftmaschine (5) in Abhängigkeit von der Regelabweichung (ep) bestimmt wird, und wobei die Soll-Drehzahl (nsoii) anhand eines Regelgesetzes bestimmt, insbesondere berechnet wird.
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