WO2017059951A1 - Leistungserzeugungs-anordnung zur erzeugung elektrischer leistung, stromnetz mit einer solchen leistungserzeugungs-anordnung und verfahren zum betreiben einer leistungserzeugungs-anordnung - Google Patents

Leistungserzeugungs-anordnung zur erzeugung elektrischer leistung, stromnetz mit einer solchen leistungserzeugungs-anordnung und verfahren zum betreiben einer leistungserzeugungs-anordnung Download PDF

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Gerhard Filip
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MTU Friedrichshafen GmbH
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/007—Control circuits for doubly fed generators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/008—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output wherein the generator is controlled by the requirements of the prime mover

Definitions

  • a power generating device for generating electric power for generating electric power, a power grid having such a power generating device, and a method of operating a power generating device
  • the invention relates to a power generation arrangement for generating electrical power, a power grid with such a power generation arrangement and a method for operating such a power generation arrangement.
  • Power generation arrangements of the type discussed here for generating electrical power have at least one electric machine and at least one internal combustion engine. It is particularly possible that such, also referred to as a gene set
  • Power generating arrangement comprising a prime mover and driven by the prime mover synchronous generator as an electric machine.
  • Such arrangements are operated at a constant speed, for example in the case of a 50 Hz power network with 1,500 revolutions per minute, or in the case of a 60 Hz power grid with 1,800
  • Speeds is available. If the gensets are to be used flexibly for 50 Hz operation as well as for 60 Hz operation, they are oversized for operation at 50 Hz, and in particular they can deliver 20% less power than at 60 Hz
  • Internal combustion engine can not be operated with optimal fuel consumption at part load and is also an increased especially at longer part load operation
  • power generation arrangements for 50 Hz power grids on the one hand and for 60 Hz power grids on the other hand are constructed, typed and certified differently. It is in principle possible to operate power generation arrangements with variable speed, wherein by means of power electronics, such as a DC and
  • any voltage and frequency generated by a generator can be converted to another voltage and frequency.
  • this power electronics must be designed for the maximum power that can be supplied by the power generating arrangement.
  • the electrical power output must be completely implemented by means of power electronics to the desired voltage and frequency, which requires power electronics, which is tuned to the rated power of the power generation arrangement.
  • the slip of a typical asynchronous machine with a short-circuited rotor is only a few percent, so that, incidentally, for the internal combustion engine in view of the aforementioned disadvantages do not result in any other conditions.
  • the invention has for its object to provide a power generation arrangement, a power grid with such a power generation arrangement and a method for operating such a power generation arrangement, said disadvantages do not occur.
  • the object is achieved in particular by providing a power generation arrangement for
  • Generating electric power which has at least one electric machine and at least one internal combustion engine. It is envisaged that the electric machine is designed as a double-fed, first asynchronous machine with rotor power supply, and that the internal combustion engine is directly drive-connected to the electric machine. By using the double-fed asynchronous machine as an electric machine, it is possible to directly this - without the interposition of a
  • Fuel consumption can be optimized, and the wear of the internal combustion engine can be reduced by a suitable choice of their speed in the partial load range.
  • Fuel consumption can be optimized, and the wear of the internal combustion engine can be reduced by a suitable choice of their speed in the partial load range.
  • the same power generation arrangements be used, so the effort for different construction, typing and
  • Certification of power generation arrangements may be omitted.
  • a double-fed asynchronous machine is here understood to mean an asynchronous machine with rotor current feed, wherein a rotating field is excited in the rotor.
  • a double-fed asynchronous machine therefore preferably has in the rotor a three-phase winding, which is fed with a rotating field for exciting the rotor.
  • This external excitation allows power generation in the stator of the asynchronous machine, whose voltage and frequency can be adjusted in many areas regardless of the mechanical speed.
  • the network frequency which can be tapped on a stator of the asynchronous machine is obtained in particular as the sum of a frequency of the rotating field excited in the rotor and the number of poles of the rotor multiplied by its mechanical rotational frequency.
  • the frequency of the rotating field, which is excited in the rotor the frequency of the rotating field, which is excited in the rotor, the
  • Synchronous speed taking into account the number of poles of the rotor - corresponds, the Synchronous speed is the speed at which the engine would have to drive a Synclironmaschine with the same number of poles to generate the specific grid frequency.
  • An over-synchronous operation is understood to mean a mode of operation in which the
  • Internal combustion engine has a speed which is greater than the synchronous speed. Both modes of operation are possible in generator operation of the electric machine by appropriately selecting the exciter frequency.
  • the internal combustion engine can be selected smaller than when the synchronous speed must be maintained or at least represents an upper limit for the speed of the internal combustion engine. Namely, a certain maximum power can also be applied at a higher rotational speed by a smaller internal combustion engine, in particular with a smaller displacement and / or a smaller number of cylinders. According to one embodiment of the invention it is provided that the internal combustion engine as
  • Diesel engine is formed.
  • the internal combustion engine is designed as a gas engine.
  • the electrical machine is designed as a slip-ring rotor asynchronous machine.
  • the power electronics for excitation of the rotor can be arranged in a cheaper and easier way outside the asynchronous machine, wherein the rotor windings are contacted via slip rings.
  • a number of slip rings is preferably selected so that the current flowing through the
  • Slip rings flow, sized so that an acceptable temperature for the slip rings is achieved during operation.
  • the current through a single slip ring can be reduced, whereby the temperature of the slip rings can also be reduced.
  • a second asynchronous machine is arranged on a rotor shaft of the electric machine, wherein the second Asynchronous machine is electrically connected to the rotor of the electric machine.
  • the second asynchronous machine is used to excite the rotor of the doubly fed, first asynchronous machine. This allows a non-contact, slip-ringless supply of exciter power to the rotor of the doubly fed
  • the second asynchronous machine preferably has its own stator winding, wherein the choice of the frequency of a rotating field for the stator winding of the second asynchronous machine, the exciter frequency for the rotating field of the rotor of the double-fed asynchronous machine can be adjusted.
  • the choice of the frequency of a rotating field for the stator winding of the second asynchronous machine, the exciter frequency for the rotating field of the rotor of the double-fed asynchronous machine can be adjusted.
  • a converter is provided for Läuferstromeinspeisung the electric machine. This allows in a particularly flexible and easy way a rotor power supply with variable frequency.
  • the inverter is designed as a converter with four-quadrant behavior.
  • the power generating arrangement has a control device which is set up to determine a - in particular momentary - excitation frequency for the converter as a function of a - in particular momentary - load of the internal combustion engine.
  • the control device is
  • Control device in particular able to ensure by the appropriate choice of the exciter frequency, that the internal combustion engine at a load-dependent, in particular load-dependent suitable speed in terms of minimum fuel consumption and / or minimal wear, so a maximum life, can be operated.
  • the load of the internal combustion engine can preferably by means of a slip sensor on the
  • a speed sensor preferably a speed sensor, an angle sensor for detecting an angular position of the rotor, and / or a current sensor or generally a current measuring device is provided, wherein at least one of these measuring or sensor elements is operatively connected to the control device.
  • the control device determines from the measurement or sensor signal of the measuring or sensor element, the load of
  • the control device is set up in order to achieve a consumption-optimized speed for the internal combustion engine for a given load. This makes it possible to operate the engine consumption optimized and so save fuel. Particularly preferably, the control device is set up to set a consumption-optimized speed for the internal combustion engine at a given terminal voltage of the electric machine and / or at a given terminal frequency on the stator of the electric machine.
  • the terminal voltage and / or the terminal frequency on the stator of the electric machine is stored in a map or can be determined from a current state of the internal combustion engine.
  • a consumption-optimized speed is in particular a speed understood in which - under otherwise recorded conditions for the operation of the internal combustion engine - a fuel consumption of the internal combustion engine is minimized.
  • minimized means, in particular, that the consumption minimum is not necessarily actually found or visited, but the consumption-optimized speed is at least close to the actual consumption minimum, and / or by a minimization method, either in real time or in particular as a function of one Current state of the internal combustion engine - performed or can be simulated in advance, the results then preferably stored in a map or directly to control the
  • the consumption minimum so found can be a global minimum, but it can also be a local minimum. Furthermore, it turns out that as a result of minimization not necessarily the exact minimum results, but optionally a value that has a - preferably small - distance to the actual minimum.
  • the control device is preferably set up in order to match the excitation frequency for the rotor and the speed for the internal combustion engine in such a way that, on the one hand, the internal combustion engine can be operated at a consumption-optimized speed, while on the other hand, the given, predetermined mains frequency can be tapped off at the stator of the electric machine.
  • a speed sensor is arranged on the internal combustion engine or on the rotor shaft of the electric machine.
  • a virtual speed sensor is implemented in the electric machine to detect the rotor speed of the electric machine. At least one of these speed sensors is preferred with the control device
  • an angle sensor is preferably provided, with which the
  • Angular position of the rotor of the electrical machine can be determined. Also, the angle sensor is preferably operatively connected to the control device.
  • the task is also solved by creating a power grid, which is a
  • Lei stungser Wegungs- arrangement according to one of the previously described exemplary embodiments has.
  • a circuit of the power network is electrically connected to the stator of the electric machine.
  • the power network preferably has a specific, in particular fixed, frequency, in particular 50 Hz or 60 Hz., "Fest” means in particular that the frequency is immutable up to tolerances It is readily possible with variable speed
  • the power grid has a certain, in particular fixed voltage, in particular a voltage of 400 V or 690 V.
  • the power grid is preferably designed as a three-phase network or three-phase power grid.
  • a network of the power network which is electrically connected to the electric machine.
  • the power grid thus conceptually includes the power generation arrangement, while virtually the circuit of the
  • the power grid is preferably designed as an island grid.
  • This may in particular be the electrical system of a vehicle, in particular a
  • Ship such as a yacht, a ferry, or a submarine.
  • each power generation arrangement comprises an internal combustion engine and an electric machine, wherein the internal combustion engine is drive-connected to the electric machine.
  • each power generation arrangement comprises an internal combustion engine and an electric machine, wherein the internal combustion engine is drive-connected to the electric machine.
  • Particularly preferred is at least one of these power generation arrangements according to one of the previously described
  • all power generation arrangements of the electrical system are designed according to one of the previously described embodiments.
  • the internal combustion engines are typically operated in the partial load range, in particular when all internal combustion engines are in operation. As a result, a redundancy for the supply of the electrical system is given.
  • the internal combustion engines in the power generation arrangement according to the invention in the partial load range can be operated underynchronously and in particular at consumption-optimized speed. Falls one
  • Internal combustion engine preferably, another internal combustion engine in the
  • Full load operation be driven to compensate for the failure.
  • Synchronous speed - increased speed used a smaller Brerinkjaftmaschine can deliver to the same power that could be delivered at synchronous speed only from a larger internal combustion engine. This means a "smaller
  • the power grid is designed as a regional power grid or as a supraregional power grid. Even with such larger power grids, the power generation arrangement proposed here can be used advantageously.
  • the internal combustion engine is preferably designed as a reciprocating engine. It is possible that the internal combustion engine is arranged to drive a passenger car, a truck or a commercial vehicle. In a preferred embodiment, the internal combustion engine is the drive in particular heavy land or water vehicles, such as mining vehicles, trains, the internal combustion engine in a
  • Locomotive or a railcar is used, or by ships. It is also possible to use the internal combustion engine to drive a defense vehicle, for example a tank.
  • An exemplary embodiment of the internal combustion engine is preferably also stationary, for example for stationary power supply in emergency operation,
  • Continuous load operation or peak load operation used.
  • the internal combustion engine is preferably as
  • Diesel engine as a gasoline engine, as a gas engine for operation with natural gas, biogas, special gas or other suitable gas formed.
  • the internal combustion engine when designed as a gas engine, it is suitable for use in a cogeneration plant for stationary power generation.
  • the object is also achieved by providing a method of operating a power generation arrangement for generating electrical power.
  • Power generating arrangement operated, which is an electric machine and a
  • Asynchronous machine is designed with rotor power supply and of the
  • an excitation frequency for the rotor of the electric machine in response to a load of the internal combustion engine is determined.
  • a momentary excitation frequency for the rotor is preferably determined as a function of a momentary load of the internal combustion engine.
  • a consumption-optimized speed for the internal combustion engine is set.
  • the exciter frequency for the rotor and the speed of the engine are coordinated so that on the one hand the engine is operated at fuel-optimized speed, on the other hand on the stator of the electric machine a certain, especially constant or fixed frequency is tapped.
  • the description of the power generation arrangement and the power grid on the one hand and the method on the other hand are to be understood as complementary to each other.
  • Method steps which have been described explicitly or implicitly in connection with the power generation arrangement and / or the power grid are preferably individually or combined with one another Steps of a preferred embodiment of the method.
  • Features of the power generation arrangement and / or the power grid that have been explicitly or implicitly described in connection with the method are preferably individually or combined features of a preferred embodiment of the power generation arrangement and / or the power grid.
  • the method is preferably characterized by at least one method step, which is characterized by at least one feature of a preferred or preferred invention
  • Embodiment of the power generation arrangement and / or the power grid conditionally is.
  • the power generating arrangement and / or the power grid preferably draw / are distinguished by at least one feature, which is due to at least one step of a preferred embodiment of the method according to the invention or preferred embodiment.
  • the invention will be explained in more detail below with reference to the drawing. Showing:
  • Figure 1 is a schematic representation of a first embodiment of a power grid with a power generating arrangement
  • Figure 2 is a schematic representation of a second embodiment of a
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a first exemplary embodiment of a power grid 1 with a power generation arrangement 3 and a circuit 5.
  • the power generation device 3 is configured to generate electric power and has an electric machine 7 and a combustion engine 9.
  • the internal combustion engine 9 may be designed in particular as a diesel engine or as a gas engine.
  • Internal combustion engine 9 is connected to the electric machine 7 via a shaft 1 first
  • the electric machine 7 is as a double-fed induction machine with
  • Rotor current supply formed. It has a rotor 13 and a stand 15. The rotor 13 is driven by the internal combustion engine 9 and rotated relative to the stator 15 fixed in space.
  • the stator 15 is electrically connected to the circuit 5.
  • an inverter 17 is provided, which is electrically connected to the rotor 13 to the excitation. It turns out that in the proposed here
  • Power generation arrangement 3 only a relatively small reactive power to excite a rotating field in the rotor 13 and optionally a slip-dependent differential power must flow through the inverter 17, the sum of these powers is in particular of the order of 10% of the rated power of the power generation arrangement 3.
  • Stand 15 is electrically connected directly to the circuit 5 of the power grid 1, without any power electronics is interposed.
  • control device 19 is provided, which is operatively connected on the one hand with the inverter 17 and on the other hand with the internal combustion engine 9.
  • the control device 19 is set up to determine an excitation frequency for the rotor 13 as a function of a momentary load of the internal combustion engine 9.
  • the control device 19 is preferably configured to determine a consumption-optimized speed for the internal combustion engine at a given load and the internal combustion engine 9 at this speed to trigger or cause the internal combustion engine 9 to run at this speed.
  • the control device 19 is set up to the inverter 17 with a
  • the circuit 5 preferably has a fixed, temporally constant frequency, in particular of 50 Hz or 60 Hz.
  • the power grid 1 is preferably a three-phase network with three phases.
  • the inverter 17 is electrically connected to the circuit 5, so that the reactive power to excite the rotor 13 and / or the differential power is ultimately removed from the circuit 5.
  • the electric machine 7 is preferred in the embodiment shown here as
  • Schlei fringsonr asynchronous machine formed, wherein the current for exciting the rotor 13 is supplied to this via slip rings.
  • a speed sensor 21 is arranged on the internal combustion engine 9 in order to detect its rotational speed.
  • the speed sensor 21 is operatively connected to the control device 19.
  • a speed sensor can be arranged on the rotor shaft 1 1 of the electric machine 7. It is also possible that the electric machine 7 is equipped with a virtual speed sensor.
  • Fig. 2 shows a schematic representation of a second embodiment of the power grid 1 with a second exemplary embodiment of the Lei stungser Wegungs- arrangement 3.
  • the same and functionally identical elements are provided with the same reference numerals, so reference is made in this respect to the preceding description.
  • the electric machine has no slip rings and is thus slip ring-free or slip-ring formed. Instead, a second asynchronous machine 23 is on the
  • Rotor shaft 1 1 of the first asynchronous machine namely the electric machine 7 is arranged, wherein the second asynchronous machine 23 is electrically connected to the rotor 13 of the electric machine 7.
  • a second rotor 25 of the second asynchronous machine 23 is electrically connected to the first rotor 13 of the electric machine 7.
  • a second stator 27 of the second asynchronous machine 23 is electrically connected to the inverter 17 and is energized by the latter.
  • an exciter frequency for the rotor 13 can be specified, which can preferably be tuned to a consumption-optimized speed of the internal combustion engine 9.
  • the embodiment shown here of the Lei stungser Wegungs- arrangement 3 is particularly wear, because it is dispensed wear-prone slip rings.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Leistungserzeugungs-Anordnung (3) zur Erzeugung elektrischer Leistung, mit wenigstens einer elektrischen Maschine (7) und wenigstens einer Brennkraftmaschine (9). Dabei ist vorgesehen, dass die elektrische Maschine (7) als doppelt gespeiste Asynchronmaschine mit Läuferstromeinspeisung ausgebildet ist, und dass die Brennkraftmaschine (9) mit der elektrischen Maschine (7) antriebswirkverbunden ist.

Description

BESCHREIBUNG Leistungserzeugungs-Anordnung zur Erzeugung elektrischer Leistung, Stromnetz mit einer solchen Leistungserzeugungs-Anordnung und Verfahren zum Betreiben einer Leistungserzeugungs-Anordnung
Die Erfindung betrifft eine Leistungserzeugungs-Anordnung zur Erzeugung elektrischer Leistung, ein Stromnetz mit einer solchen Leistungserzeugungs-Anordnung und ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Leistungserzeugungs-Anordnung.
Leistungserzeugungs-Anordnungen der hier angesprochenen Art zur Erzeugung elektrischer Leistung weisen wenigstens eine elektrische Maschine und wenigstens eine Brennkraftmaschine auf. Dabei ist es insbesondere möglich, dass eine solche, auch als Genset bezeichnete
Leistungserzeugungs-Anordnung eine Antriebsmaschine und einen von der Antriebsmaschine angetriebenen Synchrongenerator als elektrische Maschine aufweist. Solche Anordnungen werden mit konstanter Drehzahl betrieben, beispielsweise im Falle eines 50 Hz-Stromnetzes mit 1.500 Umdrehungen pro Minute, oder im Falle eines 60 Hz-Stromnetzes mit 1.800
Umdrehungen pro Minute. Dies führt dazu, dass die Brennkraftmaschine nicht mit ihrer maximalen Leistung betrieben werden kann, da diese typischerweise erst bei höheren
Drehzahlen zur Verfügung steht. Sollen die Gensets flexibel sowohl für den 50 Hz-Betrieb als auch für den 60 Hz-Betrieb einsetzbar sein, sind sie für den Betrieb bei 50 Hz überdimensioniert, wobei sie insbesondere 20% weniger Leistung liefern können als bei 60 Hz. Die
Brennkraftmaschine kann bei Teillast nicht mit einem optimalen Kraftstoffverbrauch betrieben werden und ist darüber hinaus insbesondere bei längerem Teillastbetrieb einem erhöhten
Verschleiß ausgesetzt. Häufig sind Leistungserzeugungs-Anordnungen für 50 Hz-Stromnetze einerseits und für 60 Hz-Stromnetze andererseits verschieden aufgebaut, typisiert und zertifiziert. Es ist grundsätzlich möglich, Leistungserzeugungs-Anordnungen mit variabler Drehzahl zu betreiben, wobei mittels einer Leistungselektronik, beispielsweise einem Gleich- und
Wechselrichter, oder einem Umrichter, jede von einem Generator erzeugte Spannung und Frequenz in eine andere Spannung und Frequenz gewandelt werden kann. Soll die elektrische Maschine der Leistungserzeugungs-Anordnung jedoch über eine Leistungselektronik mit einem Stromnetz verbunden werden, muss diese Leistungselektronik auf die Maximalleistung ausgelegt sein, welche von der Leistungserzeugungs- Anordnung geliefert werden kann. Auch wenn als elektrische Maschine ein Asynchrongenerator eingesetzt wird, der drehzahlvariabel betrieben werden soll, muss die abgegebene elektrische Leistung komplett mittels Leistungselektronik auf die gewünschte Spannung und Frequenz umgesetzt werden, was eine Leistungselektronik erfordert, welche auf die Nennleistung der Leistungserzeugungs-Anordnung abgestimmt ist. Der Schlupf einer typischen Asynchronmaschine mit kurzgeschlossenem Läufer beträgt nur wenige Prozent, sodass sich im Übrigen für die Brennkraftmaschine in Hinblick auf die zuvor genannten Nachteile keine nennenswert anderen Bedingungen ergeben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Leistungserzeugungs-Anordnung, ein Stromnetz mit einer solchen Leistungserzeugungs-Anordnung sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Leistungserzeugungs-Anordnung zu schaffen, wobei die genannten Nachteile nicht auftreten.
Die Aufgabe wird gelöst, indem die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche geschaffen werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem eine Leistungserzeugungs-Anordnung zur
Erzeugung elektrischer Leistung geschaffen wird, welche wenigstens eine elektrische Maschine und wenigstens eine Brennkraftmaschine aufweist. Dabei ist vorgesehen, dass die elektrische Maschine als doppelt gespeiste, erste Asynchronmaschine mit Läuferstromeinspeisung ausgebildet ist, und dass die Brennkraftmaschine direkt mit der elektrischen Maschine antriebswirkverbunden ist. Durch die Verwendung der doppelt gespeisten Asynchronmaschine als elektrische Maschine ist es möglich, diese direkt - ohne Zwischenschaltung einer
Leistungselektronik - am Stromnetz zu betreiben und trotzdem - über eine Variation der Frequenz eines in einen Läufer der elektrischen Maschine eingespeisten Drehfeldes - die Brennkraftmaschine drehzahlvariabel betreiben zu können. Dabei ist es insbesondere möglich, die Brennkraftmaschine sowohl übersynchron als auch untersynchron zu betreiben, sodass sie zumindest in bestimmten Betriebszuständen bei Volllast betrieben werden kann. Darüber hinaus kann die Drehzahl der Brennkraftmaschine lastabhängig in Hinblick auf einen
Kraftstoffverbrauch optimiert werden, und der Verschleiß der Brennkraftmaschine kann durch geeignete Wahl von deren Drehzahl im Teillastbereich reduziert werden. Für einen Betrieb im 50 Hz-Stromnetz und im 60 Hz-Stromnetz können gleiche Leistungserzeugungs- Anordnungen verwendet werden, sodass der Aufwand für verschiedenen Aufbau, Typisierung und
Zertifizierung von Leistungserzeugungs- Anordnungen entfallen kann. Für die Einspeisung eines Drehfelds in den Läufer der doppelten gespeisten Asynchronmaschine bedarf es zwar noch einer Leistungselektronik, diese muss aber lediglich die Blindleistung für die Läufererregung sowie zusätzlich gegebenenfalls eine vom Schlupf abhängige Differenzleistung aufbringen, die deutlich kleiner ist als die Nennleistung der Leistungserzeugungs-Anordnung, wobei sie typischer Weise - insbesondere bei vernachlässigbarem Schlupf, wobei die Differenzleistung bei
Synchrondrehzahl verschwindet - im Bereich von 10% dieser Nennleistung liegt. Daher kann die Leistungselektronik deutlich kleiner und kostengünstiger ausfallen. Warrungsintervalle für die Brennkraftmaschine können aufgrund des reduzierten Verschleißes verlängert werden, wobei auch ein Ölverbrauch reduziert werden kann, wenn die Brennkraftmaschine im Teillastbereich bei niedrigen Drehzahlen betrieben werden kann.
Unter einer doppelt gespeisten Asynchronmaschine wird hier eine Asynchronmaschine mit Läuferstromeinspeisung verstanden, wobei in dem Läufer ein Drehfeld erregt wird. Eine doppelt gespeiste Asynchronmaschine hat demnach bevorzugt im Läufer eine Drehstromwicklung, die mit einem Drehfeld zur Erregung des Läufers gespeist wird. Diese externe Erregung ermöglicht eine Stromerzeugung im Ständer der Asynchronmaschine, deren Spannung und Frequenz in weiten Bereichen unabhängig von der mechanischen Drehzahl eingestellt werden kann. Die an einem Ständer der Asynchronmaschine abgreifbare Netzfrequenz ergibt sich dabei insbesondere als Summe aus einer Frequenz des in dem Läufer erregten Drehfelds und der Polzahl des Läufers multipliziert mit dessen mechanischer Rotationsfrequenz. Abhängig von der Erregerfrequenz des Läufers, also der Frequenz des Drehfeldes, welches in dem Läufer erregt wird, kann die
Brennkraftmaschine - bei konstanter Netzfrequenz - mit variabler Drehzahl, insbesondere übersynchron oder untersynchron, betrieben werden. Dabei ermöglicht es die Kombination der doppelt gespeisten Asynchronmaschine mit der Brennkraftmaschine insbesondere, einen
Drehstrom mit einer bestimmten Frequenz und einer bestimmten Spannung über den gesamten Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine zu erzeugen. Auf diese Weise ist es möglich, die Drehzahl der Brennkraftmaschine durch entsprechende Anpassung der Erregerfrequenz für den Läufer einer aktuellen Leistung oder Last anzupassen.
Unter einem untersynchronen Betrieb der Brennkraftmaschine wird eine Betriebsweise verstanden, bei welcher die Drehzahl der Brennkraftmaschine niedriger ist, als es einer
Synchrondrehzahl - unter Berücksichtigung der Polzahl des Läufers - entspricht, wobei die Synchrondrehzahl die Drehzahl ist, mit welcher die Brennkraftmaschine eine Synclironmaschine mit gleicher Polzahl antreiben müsste, um die bestimmte Netzfrequenz zu erzeugen. Unter einem übersynchronen Betrieb wird eine Betriebsweise verstanden, bei welcher die
Brennkraftmaschine eine Drehzahl aufweist, die größer ist als die Synchrondrehzahl. Beide Betriebsweisen sind im generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine durch entsprechend geeignete Wahl der Erregerfrequenz möglich.
Insbesondere deswegen, weil auch ein übersynchroner Betrieb der Brennkraftmaschine und damit höhere Drehzahlen möglich sind, kann die Brennkraftmaschine kleiner gewählt werden, als wenn die Synchrondrehzahl eingehalten werden muss oder zumindest eine Obergrenze für die Drehzahl der Brennkraftmaschine darstellt. Eine bestimmte maximale Leistung kann nämlich bei höherer Drehzahl auch von einer kleineren Brennkraftmaschine - insbesondere mit geringerem Hubraum und/oder geringerer Zylinderzahl - aufgebracht werden. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Brennkraftmaschine als
Dieselmotor ausgebildet ist. Alternativ ist bevorzugt vorgesehen, dass die Brennkraftmaschine als Gasmotor ausgebildet ist. Sowohl für Dieselmotoren als auch für Gasmotoren verwirklichen sich in besonderer Weise die bereits erwähnten Vorteile der Leistungserzeugungs-Anordnung, wobei Dieselmotoren und/oder Gasmotoren in vorteilhafter Weise zur Stromerzeugung in hier angesprochenen Leistungserzeugungs-Anordnungen eingesetzt werden können.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die elektrische Maschine als Schleifringläufer-Asynchronmaschine ausgebildet ist. Dabei kann die Leistungselektronik zur Erregung des Läufers in günstiger und einfacher Weise außerhalb der Asynchronmaschine angeordnet sein, wobei die Läuferwicklungen über Schleifringe kontaktiert werden. Dabei wird eine Anzahl von Schleifringen bevorzugt so gewählt, dass der Strom, welcher durch die
Schleifringe fließt, so bemessen ist, dass eine akzeptable Temperatur für die Schleifringe im Betrieb erreicht wird. Insbesondere kann durch eine größere Zahl von Schleifringen, auf welche der Strom aufgeteilt wird, der Strom durch einen einzelnen Schleifring reduziert werden, wodurch auch die Temperatur der Schleifringe reduziert werden kann. Hierdurch wird die Lebensdauer der Schleifringe - und insbesondere von Kohlebürsten - verlängert.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine zweite Asynchronmaschine auf einer Läuferwelle der elektrischen Maschine angeordnet ist, wobei die zweite Asynchronmaschine mit dem Läufer der elektrischen Maschine elektrisch verbunden ist. In diesem Fall wird die zweite Asynchronmaschine zur Erregung des Läufers der doppelt gespeisten, ersten Asynchronmaschine verwendet. Dies ermöglicht eine berührungsfreie, schleifringlose Zuführung der Erregerleistung an den Läufer der doppelt gespeisten
Asynchronmaschine. Die zweite Asynchronmaschine verfügt vorzugsweise über eine eigene Ständerwicklung, wobei über die Wahl der Frequenz eines Drehfelds für die Ständerwicklung der zweiten Asynchronmaschine die Erregerfrequenz für das Drehfeld des Läufers der doppelt gespeisten Asynchronmaschine eingestellt werden kann. Hierzu wird vorzugsweise die
Ständerwicklung der zweiten Asynchronmaschine mittels einer Leistungselektronik,
insbesondere mit einem Gleichrichter und einem Wechselrichter, und/oder mit einem Umrichter, angesteuert. Dadurch, dass die zweite Asynchronmaschine auf der Läuferwelle der elektrischen Maschine angeordnet ist, wird sie gemeinsam mit dieser durch die Brennkraftmaschine angetrieben. Dies ermöglicht insgesamt eine besonders einfache und zugleich verschleißarme Ausgestaltung der Leistungserzeugungs-Anordnung.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass zur Läuferstromeinspeisung der elektrischen Maschine ein Umrichter vorgesehen ist. Dies ermöglicht in besonders flexibler und einfacher Weise eine Läuferstromeinspeisung mit variabler Frequenz. Vorzugsweise ist der Umrichter als Umrichter mit Vier-Quadranten- Verhalten ausgebildet.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Leistungserzeugungs- Anordnung eine Steuereinrichtung aufweist, die eingerichtet ist zur Bestimmung einer - insbesondere momentanen - Erregerfrequenz für den Umrichter in Abhängigkeit von einer - insbesondere momentanen - Last der Brennkraftmaschine. Die Steuereinrichtung ist
insbesondere eingerichtet, um die momentane Last der Brennkraftmaschine zu erfassen und abhängig von der erfassten momentanen Last der Brennkraftmaschine die momentane
Erregerfrequenz für den Läufer der elektrischen Maschine zu bestimmen. Somit ist die
Steuereinrichtung insbesondere in der Lage, durch die entsprechende Wahl der Erregerfrequenz zu gewährleisten, dass die Brennkraftmaschine bei einer lastabhängigen, insbesondere lastabhängig geeigneten Drehzahl in Hinblick auf einen minimalen Kraftstoffverbrauch und/oder einen minimalen Verschleiß, also eine maximale Lebensdauer, betrieben werden kann.
Die Last der Brennkraftmaschine kann bevorzugt mittels eines Schlupfsensors an der
elektrischen Maschine, und/oder mittels eines Drehzahl sensor an der elektrischen Maschine oder an der Brennkraftmaschine, und/oder anhand einer Strommessung des von der elektrischen Maschine abgegebenen Stroms bestimmt werden. Hierzu ist vorzugsweise ein Drehzahl sensor, ein Winkelsensor zur Erfassung einer Winkelposition des Läufers, und/oder ein Stromsensor oder allgemein eine Strommesseinrichtung, vorgesehen, wobei zumindest eines dieser Mess- oder Sensorelemente mit der Steuereinrichtung wirkverbunden ist. Die Steuereinrichtung ermittelt aus dem Mess- oder Sensorsignal des Mess- oder Sensorelements die Last der
Brennkraftmaschine und bestimmt anhand dieser die Erregerfrequenz für den Läufer der elektrischen Maschine. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung eingerichtet ist, um für die Brennkraftmaschine bei gegebener Last eine verbrauchsoptimierte Drehzahl zu erzielen. Hierdurch ist es möglich, die Brennkraftmaschine verbrauchsoptimiert zu betreiben und so Kraftstoff einzusparen. Besonders bevorzugt ist die Steuereinrichtung eingerichtet, um bei gegebener Klemmenspannung der elektrischen Maschine und/oder bei gegebener Klemmenfrequenz am Ständer der elektrischen Maschine eine verbrauchsoptimierte Drehzahl für die Brennkraftmaschine einzustellen.
Es ist möglich, dass eine verbrauchsoptimierte Drehzahl für die Brennkraftmaschine in
Abhängigkeit von der Last, der Klemmenspannung und/oder der Klemmenfrequenz am Ständer der elektrischen Maschine in einem Kennfeld hinterlegt ist oder aus einem momentanen Zustand der Brennkraftmaschine bestimmbar ist.
Unter einer verbrauchsoptimierten Drehzahl wird insbesondere eine Drehzahl verstanden, bei der - unter ansonsten festgehaltenen Bedingungen für den Betrieb der Brennkraftmaschine - ein Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine minimiert ist. Dabei wird unter„minimiert" insbesondere verstanden, dass nicht zwingend tatsächlich das Verbrauchsminimum aufgefunden oder aufgesucht wird, wobei aber die verbrauchsoptimierte Drehzahl zumindest nahe an dem tatsächlichen Verbrauchsminimum liegt, und/oder durch ein Minimierungsverfahren, das entweder in Echtzeit - insbesondere in Abhängigkeit von einem momentanen Zustand der Brennkraftmaschine - durchgeführt oder vorab simuliert werden kann, wobei die Ergebnisse dann vorzugsweise in einem Kennfeld hinterlegt oder aber direkt zur Ansteuerung der
Brennkraftmaschine verwendet werden, aufgesucht wird/wurde. Bei dem derart aufgefundenen Verbrauchsminimum kann es sich um ein globales Minimum handeln, es kann sich aber auch um ein lokales Minimum handeln. Weiterhin zeigt sich, dass als Ergebnis einer Minimierung nicht notwendig das exakte Minimum resultiert, sondern gegebenenfalls ein Wert, der einen - vorzugsweise kleinen - Abstand zu dem tatsächlichen Minimum aufweist.
Die Steuereinrichtung ist bevorzugt eingerichtet, um die Erregerfrequenz für den Läufer und die Drehzahl für die Brennkraftmaschine derart aufeinander abzustimmen, dass einerseits die Brennkraftmaschine bei verbrauchsoptimierter Drehzahl betrieben werden kann, wobei andererseits am Ständer der elektrischen Maschine die gegebene, vorbestimmte Netzfrequenz abgreifbar ist. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Drehzahlsensor an der Brennkraftmaschine oder an der Läuferwelle der elektrischen Maschine angeordnet ist.
Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass ein virtueller Drehzahlsensor in der elektrischen Maschine implementiert ist, um die Läuferdrehzahl der elektrischen Maschine zu erfassen. Wenigstens einer dieser Drehzahl sensoren ist bevorzugt mit der Steuereinrichtung
wirkverbunden.
Zusätzlich oder alternativ ist bevorzugt ein Winkelsensor vorgesehen, mit dem die
Winkelposition des Läufers der elektrischen Maschine bestimmt werden kann. Auch der Winkelsensor ist bevorzugt mit der Steuereinrichtung wirkverbunden.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein Stromnetz geschaffen wird, welches eine
Lei stungserzeugungs- Anordnung nach einem der zuvor beschriebenen Ausfuhrungsbeispiele aufweist. Ein Stromkreis des Stromnetzes ist mit dem Ständer der elektrischen Maschine elektrisch verbunden. In Zusammenhang mit dem Stromnetz verwirklichen sich insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit der Lei stungserzeugungs- Anordnung beschrieben wurden. Das Stromnetz weist bevorzugt eine bestimmte, insbesondere feste Frequenz auf, insbesondere 50 Hz oder 60 Hz. ,.Fest" bedeutet insbesondere, dass die Frequenz bis auf Toleranzen unveränderlich ist. Es ist ohne weiteres möglich, mit variabler Drehzahl der
Brennkraftmaschine an den Klemmen der elektrischen Maschine eine Spannung mit der bestimmten Frequenz des Stromnetzes zu erzeugen, da die Erregerfrequenz für den Läufer der doppelt gespeisten Asynchronmaschine zu der entsprechenden Drehzahl der Brennkraftmaschine derart passend gewählt werden kann, dass letztlich an den Klemmen der elektrischen Maschine die bestimmte Frequenz für das Stromnetz resultiert. Vorzugsweise weist das Stromnetz eine bestimmte, insbesondere feste Spannung auf, insbesondere eine Spannung von 400 V oder von 690 V.
Das Stromnetz ist bevorzugt als Drehstromnetz oder Drei-Phasen-Stromnetz ausgebildet.
Unter einem Stromkreis des Stromnetzes wird hier ein Leitungsnetz des Stromnetzes verstanden, welches an die elektrische Maschine elektrisch angeschlossen ist. Das Stromnetz schließt also begrifflich die Leistungserzeugungs-Anordnung ein, während quasi der Stromkreis des
Stromnetzes dessen verbleibende Bestandteile ohne die Leistungserzeugungs-Anordnung anspricht.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist das Stromnetz bevorzugt als Inselnetz ausgebildet. Dabei kann es sich insbesondere um das Bordnetz eines Fahrzeugs, insbesondere eines
Schifffahrzeugs, beispielsweise einer Yacht, eines Fährschiffs, oder eines Unterseeboots handeln.
Vorzugsweise sind zur Versorgung des Bordnetzes eines Schifffahrzeugs mehrere
Leistungserzeugungs-Anordnungen vorgesehen, wobei jede Leistungserzeugungs-Anordnung eine Brennkraftmaschine und eine elektrische Maschine aufweist, wobei die Brennkraftmaschine mit der elektrischen Maschine antriebswirkverbunden ist. Besonders bevorzugt ist wenigstens eine dieser Leistungserzeugungs- Anordnungen nach einem der zuvor beschriebenen
Ausführungsbeispiele ausgebildet. Vorzugsweise sind alle Leistungserzeugungs-Anordnungen des Bordnetzes gemäß einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele ausgebildet. Dabei werden die Brennkraftmaschinen typischerweise im Teillastbereich betrieben, insbesondere wenn alle Brennkraftrnaschinen im Betrieb sind. Hierdurch ist eine Redundanz für die Speisung des Bordnetzes gegeben. In vorteilhafter Weise können die Brennkraftmaschinen bei der erfindungsgemäßen Leistungserzeugungs-Anordnung im Teillastbereich untersynchron und insbesondere bei verbrauchsoptimierter Drehzahl betrieben werden. Fällt eine
Brennkraftmaschine aus, kann vorzugsweise eine andere Brennkraftmaschine in den
Volllastbetrieb gefahren werden, um den Ausfall auszugleichen. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, den Lastpunkt einiger oder aller verbleibenden Brennkraftmaschinen entsprechend der ausgefallenen Leistung anzuheben. Insbesondere im Volllastbetrieb ist es möglich, eine
Brennkraftmaschine übersynchron zu betreiben, sodass aufgrund der - im Vergleich zur
Synchrondrehzahl - erhöhten Drehzahl eine kleinere Brerinkjaftmaschine verwendet werden kann, um die gleiche Leistung abzugeben, die bei Synchrondrehzahl erst von einer größeren Brennkraftmaschine abgegeben werden könnte. Dabei bedeutet eine„kleinere
Brennkraftmaschine" im Vergleich zu einer„größeren Brennkraftmaschine" insbesondere eine Brennkraftmaschine mit kleinerem Hubraum und/oder kleinerer Zylinderzahl. Mittels der erfindungsgemäßen Leistungserzeugungs-Anordnung ist es also möglich, kleinere
Brennkraftmaschinen zu verwenden. Die insoweit dann höhere Drehzahl im Volllastbetrieb kann zumindest kurzfristig in Kauf genommen werden, ohne dass ein nennenswerter Verschleiß oder eine nennenswerte Verkürzung der Lebensdauer der Brennkraftmaschine auftritt. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Stromnetz als regionales Stromnetz oder als überregionales Stromnetz ausgebildet ist. Auch bei solchen größeren Stromnetzen kann die hier vorgeschlagene Leistungserzeugungs-Anordnung vorteilhaft eingesetzt werden. Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise als Hubkolbenmotor ausgebildet. Es ist möglich, dass die Brennkraftmaschine zum Antrieb eines Personenkraftwagens, eines Lastkraftwagens oder eines Nutzfahrzeugs eingerichtet ist. Bei einem bevorzugten Ausfuhrungsbeispiel dient die Brennkraftmaschine dem Antrieb insbesondere schwerer Land- oder Wasserfahrzeuge, beispielsweise von Minenfahrzeugen, Zügen, wobei die Brennkraftmaschine in einer
Lokomotive oder einem Triebwagen eingesetzt wird, oder von Schiffen. Auch ein Einsatz der Brennkraftmaschine zum Antrieb eines der Verteidigung dienenden Fahrzeugs, beispielsweise eines Panzers, ist möglich. Ein Ausfuhrungsbeispiel der Brennkraftmaschine wird vorzugsweise auch stationär, beispielsweise zur stationären Energieversorgung im Notstrombetrieb,
Dauerlastbetrieb oder Spitzenlastbetrieb eingesetzt. Auch eine stationäre Anwendung der Brennkraftmaschine zum Antrieb von Hilfsaggregaten, beispielsweise von Feuerlöschpumpen auf Bohrinseln, ist möglich. Weiterhin ist eine Anwendung der Brennkraftmaschine im Bereich der Förderung fossiler Roh- und insbesondere Brennstoffe, beispielswiese Öl und/oder Gas, möglich. Auch eine Verwendung der Brennkraftmaschine im industriellen Bereich oder im Konstruktionsbereich, beispielsweise in einer Konstruktions- oder Baumaschine, zum Beispiel in einem Kran oder einem Bagger, ist möglich. Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise als
Dieselmotor, als Benzinmotor, als Gasmotor zum Betrieb mit Erdgas, Biogas, Sondergas oder einem anderen geeigneten Gas, ausgebildet. Insbesondere wenn die Brennkraftmaschine als Gasmotor ausgebildet ist, ist sie für den Einsatz in einem Blockheizkraftwerk zur stationären Energieerzeugung geeignet. Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein Verfahren zum Betreiben einer Leistungserzeugungs- Anordnung zur Erzeugung elektrischer Leistung geschaffen wird. Dabei wird eine
Leistungserzeugungs-Anordnung betrieben, welche eine elektrische Maschine und eine
Brennkraftmaschine aufweist, wobei die elektrische Maschine als doppelt gespeiste
Asynchronmaschine mit Läuferstromeinspeisung ausgebildet ist und von der
Brennkraftmaschine angetrieben wird. In Zusammenhang mit dem Verfahren ergeben sich insbesondere die Vorteile, die in Zusammenhang mit der Leistungserzeugungs-Anordnung beschrieben wurden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass im Betrieb der
Leistungserzeugungs-Anordnung eine Erregerfrequenz für den Läufer der elektrischen Maschine in Abhängigkeit von einer Last der Brennkraftmaschine bestimmt wird. Insbesondere wird bevorzugt eine momentane Erregerfrequenz für den Läufer in Abhängigkeit von einer momentanen Last der Brennkraftmaschine bestimmt.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass bei gegebener momentaner Last eine verbrauchsoptimierte Drehzahl für die Brennkraftmaschine eingestellt wird. Insbesondere werden dabei die Erregerfrequenz für den Läufer und die Drehzahl der Brennkraftmaschine so aufeinander abgestimmt, dass einerseits die Brennkraftmaschine bei verbrauchsoptimierter Drehzahl betrieben wird, wobei andererseits an dem Ständer der elektrischen Maschine eine bestimmte, insbesondere konstante oder feste Frequenz abgegriffen wird.
Die Beschreibung der Leistungserzeugungs-Anordnung und des Stromnetzes einerseits sowie des Verfahrens andererseits sind komplementär zueinander zu verstehen. Verfahrensschritte, die explizit oder implizit in Zusammenhang mit der Leistungserzeugungs-Anordnung und/oder dem Stromnetz beschrieben wurden, sind bevorzugt einzeln oder miteinander kombiniert Schritte einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens. Merkmale der Leistungserzeugungs- Anordnung und/oder des Stromnetzes, die explizit oder implizit in Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben wurden, sind bevorzugt einzeln oder miteinander kombiniert Merkmale eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Leistungserzeugungs-Anordnung und/oder des Stromnetzes. Das Verfahren zeichnet sich bevorzugt durch wenigstens einen Verfahrensschritt aus, der durch wenigstens ein Merkmal eines erfindungsgemäßen oder bevorzugten
Ausführungsbeispiels der Leistungserzeugungs-Anordnung und/oder des Stromnetzes bedingt ist. Die Leistungserzeugungs- Anordnung und/oder das Stromnetz zeichnet/zeichnen sich bevorzugt durch wenigstens ein Merkmal aus, welches durch wenigstens einen Schritt einer erfindungsgemäßen oder bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens bedingt ist. Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Stromnetzes mit einer Leistungserzeugungs- Anordnung, und Figur 2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines
Stromnetzes mit einer Leistungserzeugungs-Anordnung.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Stromnetzes 1 mit einer Leistungserzeugungs-Anordnung 3 und einem Stromkreis 5.
Die Leistungserzeugungs-Anordnung 3 ist eingerichtet zur Erzeugung elektrischer Leistung und weist eine elektrische Maschine 7 sowie eine Brermkraftmaschine 9 auf. Die Brennkraftmaschine 9 kann insbesondere als Dieselmotor oder als Gasmotor ausgebildet sein. Die
Brennkraftmaschine 9 ist mit der elektrischen Maschine 7 über eine Welle 1 1
antriebswirkverbunden.
Die elektrische Maschine 7 ist als doppelt gespeiste Asynchronmaschine mit
Läuferstromeinspeisung ausgebildet. Sie weist einen Läufer 13 und einen Ständer 15 auf. Der Läufer 13 wird von der Brennkraftmaschine 9 angetrieben und relativ zu dem raumfest angeordneten Ständer 15 gedreht.
Der Ständer 15 ist mit dem Stromkreis 5 elektrisch verbunden.
Zur Läuferstromeinspeisung ist ein Umrichter 17 vorgesehen, der mit dem Läufer 13 zu dessen Erregung elektrisch verbunden ist. Dabei zeigt sich, dass bei der hier vorgeschlagenen
Leistungserzeugungs-Anordnung 3 nur eine relativ geringe Blindleistung zur Erregung eines Drehfelds in dem Läufer 13 und gegebenenfalls eine schlupfabhängige Differenzleistung über den Umrichter 17 fließen muss, wobei die Summe dieser Leistungen insbesondere in der Größenordnung von 10 % der Nennleistung der Leistungserzeugungs-Anordnung 3 liegt. Der Ständer 15 ist dagegen direkt mit dem Stromkreis 5 des Stromnetzes 1 elektrisch verbunden, ohne dass eine Leistungselektronik zwischengeschaltet ist.
Es ist eine Steuereinrichtung 19 vorgesehen, die einerseits mit dem Umrichter 17 und andererseits mit der Brennkraftmaschine 9 wirkverbunden ist. Die Steuereinrichtung 19 ist eingerichtet zur Bestimmung einer Erregerfrequenz für den Läufer 13 in Abhängigkeit von einer momentanen Last der Brennkraftmaschine 9. Weiterhin ist die Steuereinrichtung 19 bevorzugt eingerichtet, um für die Brennkraftmaschine bei gegebener Last eine verbrauchsoptimierte Drehzahl zu bestimmen und die Brennkraftmaschine 9 mit dieser Drehzahl anzusteuern beziehungsweise die Brennkraftmaschine 9 zu veranlassen, mit dieser Drehzahl zu laufen. Zugleich ist die Steuereinrichtung 19 eingerichtet, um den Umrichter 17 mit einer
entsprechenden Erregerfrequenz anzusteuern, sodass letztlich aus der momentanen Drehzahl der Brennkraftmaschine 9 und der momentanen Erregerfrequenz des Läufers 13 eine vorbestimmte Netzfrequenz für den Stromkreis 5 resultiert.
Dabei weist der Stromkreis 5 vorzugsweise eine feste, zeitlich konstante Frequenz, insbesondere von 50 Hz oder 60 Hz auf.
Bei dem Stromnetz 1 handelt es sich bevorzugt um ein Drehstromnetz mit drei Phasen.
Es ist möglich, dass der Umrichter 17 mit dem Stromkreis 5 elektrisch verbunden ist, sodass die Blindleistung zur Erregung des Läufers 13 und/oder die Differenzleistung letztlich aus dem Stromkreis 5 entnommen wird. Die elektrische Maschine 7 ist bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel bevorzugt als
Schlei fringläufer- Asynchronmaschine ausgebildet, wobei der Strom zur Erregung des Läufers 13 diesem über Schleifringe zugeführt wird.
Vorzugsweise ist ein Drehzahlsensor 21 an der Brennkraftmaschine 9 angeordnet, um deren Drehzahl zu erfassen. Der Drehzahl sensor 21 ist mit der Steuereinrichtung 19 wirkverbunden. Zusätzlich oder alternativ kann ein Drehzahlsensor an der Läuferwelle 1 1 der elektrischen Maschine 7 angeordnet sein. Es ist auch möglich, dass die elektrische Maschine 7 mit einem virtuellen Drehzahlsensor ausgestattet ist. Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels des Stromnetzes 1 mit einem zweiten Ausfuhrungsbeispiel der Lei stungserzeugungs- Anordnung 3. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insoweit auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel weist die elektrische Maschine keine Schleifringe auf und ist insofern schleifringfrei oder schleifringlos ausgebildet. Stattdessen ist eine zweite Asynchronmaschine 23 auf der
Läuferwelle 1 1 der ersten Asynchronmaschine, nämlich der elektrischen Maschine 7 angeordnet, wobei die zweite Asynchronmaschine 23 mit dem Läufer 13 der elektrischen Maschine 7 elektrisch verbunden ist. Insbesondere ist ein zweiter Läufer 25 der zweiten Asynchronmaschine 23 elektrisch mit dem ersten Läufer 13 der elektrischen Maschine 7 elektrisch verbunden. Ein zweiter Ständer 27 der zweiten Asynchronmaschine 23 ist mit dem Umrichter 17 elektrisch verbunden und wird durch diesen erregt. Die Drehzahl der Brennkraftmaschine 9 einerseits und eine Schaltfrequenz des Umrichters 17, somit die Frequenz eines Drehfelds in dem zweiten Ständer 27 andererseits, bestimmen letztlich die Frequenz eines Drehfelds in dem zweiten Läufer 25 der zweiten elektrischen Maschine 23 und damit zugleich die Erregerfrequenz für den Läufer 13 der elektrischen Maschine 7. Somit kann auch bei diesem Ausführungsbeispiel mittels des Umrichters 17 eine Erregerfrequenz für den Läufer 13 vorgegeben werden, die vorzugsweise auf eine verbrauchsoptimierte Drehzahl der Brennkraftmaschine 9 abgestimmt werden kann. Dabei ist das hier dargestellte Ausführungsbeispiel der Lei stungserzeugungs- Anordnung 3 besonders verschleißarm, weil auf verschleißanfällige Schleifringe verzichtet wird.
Insgesamt zeigt sich, dass mittels der hier vorgeschlagenen Lei stungserzeugungs- Anordnung 3, dem Stromnetz 1 und dem Verfahren eine Brennkraftmaschine 9 zur Stromerzeugung optimal eingesetzt werden kann, wobei sie zum einen verbrauchsoptimiert und zum anderen
verschleißarm betreibbar ist.

Claims

ANSPRÜCHE
1. Lei stungserzeugungs- Anordnung (3) zur Erzeugung elektrischer Leistung, mit
- wenigstens einer elektrischen Maschine (7) und
- wenigstens einer Brennkraftmaschine (9),
dadurch gekennzeichnet, dass
- die elektrische Maschine (7) als doppelt gespeiste Asynchronmaschine mit
Läuferstromeinspeisung ausgebildet ist, und dass
- die Brennkraftmaschine (9) mit der elektrischen Maschine (7) antriebswirkverbunden ist.
2. Leistungserzeugungs- Anordnung (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (7) als Schleifringläufer- Asynchronmaschine ausgebildet ist, oder dass eine weitere Asynchronmaschine (23) auf einer Läuferwelle (1 1) der elektrischen Maschine (7) angeordnet ist, wobei die weitere Asynchronmaschine (23) mit einem Läufer (13) der elektrischen Maschine (7) elektrisch verbunden ist.
3. Leistungserzeugungs- Anordnung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Läuferstromeinspeisung der elektrischen Maschine (7) ein Umrichter (17) vorgesehen ist.
4. Leistungserzeugungs-Anordnung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung (19), die eingerichtet ist zur Bestimmung einer Erregerfrequenz für den Läufer (13) der elektrischen Maschine (7) in Abhängigkeit von einer Last der Brennkraftmaschine (9).
5. Leistungserzeugungs-Anordnung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (19) eingerichtet ist, um für die Brennkraftmaschine (9) bei gegebener Last eine verbrauchsoptimierte Drehzahl zu bestimmen.
6. Leistungserzeugungs-Anordnung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drehzahl sensor (21) an der Brennkraftmaschine (9) oder an der Läuferwelle (1 1 ) der elektrischen Maschine (7) angeordnet ist, oder dass die elektrische
Maschine (7) einen virtuellen Drehzahl sensor aufweist.
7. Stromnetz ( 1 ) mit einer Leistungserzeugungs-Anordnung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei ein Stromkreis (5) des Stromnetzes (1 ) mit einem Ständer (15) der elektrischen
Maschine (7) elektrisch verbunden ist, und wobei das Stromnetz (1) bevorzugt eine bestimmte, insbesondere feste, Frequenz aufweist.
8. Stromnetz (1 ) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Stromnetz als Inselnetz, als regionales Stromnetz, oder als überregionales Stromnetz ausgebildet ist.
9. Verfahren zum Betreiben einer Leistungserzeugungs-Anordnung (3) zur Erzeugung elektrischer Leistung, insbesondere einer Leistungserzeugungs-Anordnung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine als doppelt gespeiste Asynchronmaschine mit
Läuferstromeinspeisung ausgebildete elektrische Maschine (7) von einer Brennkraftmaschine (9) angetrieben wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Erregerfrequenz für einen Läufer (13) der elektrischen Maschine (7) in Abhängigkeit von einer Last der
Brennkraftmaschine (9) bestimmt wird, wobei bevorzugt für die Brennkraftmaschine (9) bei gegebener Last eine verbrauchsoptimierte Drehzahl bestimmt wird, und wobei insbesondere die Erregerfrequenz für den Läufer (13) abhängig von der Drehzahl der Brennkraftmaschine (9) eingestellt wird.
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