Die Erfindung betrifft ein Genset mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Regeln eines Genset mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 10.

Unter Genset versteht man wenigstens eine Anordnung aus einem durch eine Antriebsvorrichtung angetriebenen Generator zur Erzeugung elektrischer Energie.

Dabei wird eine mechanische Leistung von der Antriebsvorrichtung, gegebenenfalls über eine Übertragungseinheit, in den wenigstens einen Generator eingebracht und von diesem in elektrische Leistung umgewandelt. Diese elektrische Leistung wird im Folgenden an das Energieversorgungsnetz abgegeben. Während eines Netzfehlers in einem Energieversorgungsnetz, insbesondere während eines elektrischen Kurzschlusses in zumindest einer Phase des Energieversorgungsnetzes und dem damit verbundenen Abfall der Netzspannung und Anstieg des Netzstroms im Energieversorgungsnetz, können an einem mit dem Energieversorgungsnetz verbundenen elektrischen Generator, insbesondere Synchrongenerator, unerwünschte Änderungen von Betriebsgrößen des Generators wie beispielsweise der Drehzahl oder des Polradwinkels bzw. Lastwinkels auftreten, denn der Abfall der Netzspannung führt zu einer signifikanten Verringerung der Abgabe von elektrischer Leistung vom Generator an das Energieversorgungsnetz. Bei üblichen Konfigurationen, bei denen ein Rotor des Generators mit einer den Rotor antreibenden Welle einer Antriebsvorrichtung (z.B. einer Verbrennungskraftmaschine) verbunden ist, kann dieser elektrische Leistungsabfall zu einer entsprechenden Drehzahlerhöhung der Antriebsvorrichtung und somit des Rotors führen. Dadurch kann die Synchronisation des Generators mit dem Energieversorgungsnetz verloren gehen oder sogar ein Schaden im Generator hervorgerufen werden.

Der sogenannte Lastwinkel ist der Winkel, unter dem das Polrad einer Synchronmaschine dem Synchrondrehfeld vorauseilt (Generatorbetrieb) bzw. nacheilt (Motorbetrieb). Der herkömmliche Ansatz, um auf solche Netzfehler zu reagieren, ist es, entsprechende Maßnahmen zu ergreifen, um einer solchen Erhöhung der Drehzahl und einer damit verbundenen Erhöhung des Lastwinkels des Generators entgegenzuwirken. So werden üblicherweise Maßnahmen ergriffen, welche die Drehzahl und den Lastwinkel reduzieren. Eine solche beispielhafte Maßnahme ist die Reduzierung des Beschleunigungsmomentes, indem eine mit dem Generator verbundene Antriebsvorrichtung entsprechend gedrosselt wird.

Solche Verfahren zum Regeln einer Antriebsvorrichtung sind beispielsweise aus der AT 514 81 1 A1 und der WO 2010/134994 A1 bereits bekannt. Hier wird bei Vorliegen eines Netzfehlers, eine Verbrennungskraftmaschine (welche als Antriebsvorrichtung fungiert) über die Brennstoffzufuhr oder die Zündeinheit geregelt.

Es hat sich jedoch gezeigt, dass die herkömmlichen Maßnahmen bei einem Netzfehler in bestimmten Situationen immer noch mit einer größeren Änderung des Lastwinkels verbunden sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, die vorbeschriebenen Nachteile zu vermeiden und ein gegenüber dem Stand der Technik verbesserten Genset und ein verbessertes Verfahren zum Betreiben eines Gensets während eines Netzfehlers (vor allem in der Anfangsphase des Netzfehlers) im Energieversorgungsnetz anzugeben. Daher wäre es wünschenswert bei Auftreten eines Netzfehlers schneller reagieren zu können um einen zu hohen Zuwachs des Lastwinkels zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird durch ein Genset mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Regeln eines Gensets mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.

Das erfindungsgemäße Genset weist wenigstens auf:

- eine Detektionsvorrichtung zur Detektion des Vorliegens eines Netzfehlers in wenigstens einer Phase eines Energieversorgungsnetzes,

- eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Betriebszustandes des Generators unmittelbar vor oder bei Detektion eines Netzfehlers und - eine Regeleinrichtung, welcher die Signale der Detektionsvorrichtung und der Vorrichtung zur Bestimmung des Betriebszustandes zuführbar sind.

Die Regeleinrichtung ist dazu ausgebildet, nach Detektion eines Netzfehlers eine Leistung der Antriebsvorrichtung in Abhängigkeit eines von der Vorrichtung zur Bestimmung des Betriebszustands bestimmten Betriebszustandes des Generators, welcher unmittelbar vor oder bei Detektion des Netzfehlers vorlag, zu regeln. Dies dient einer besseren und schnelleren Reaktion bei einem Netzfehler zur Regelung der Antriebsvorrichtung weil sich der Lastwinkel besser kontrollieren lässt und sich eine anfallende Abweichung möglichst klein halten lässt. Ein Netzfehler kann so besser „durchfahren" (LVRT- Low Voltage Ride Through) werden.

Ein solches Genset kann eine Detektionsvorrichtung, welche eine Messeinrichtung zum Messen wenigstens einer Netzspannung und/oder eines Netzstromes wenigstens einer Phase eines mit dem Genset verbundenen Stromnetzes umfasst, aufweisen. Die Detektionsvorrichtung detektiert in diesem Fall das Vorliegen eines Netzfehlers bei Messung einer Unterspannung und/oder eines Überstroms in der wenigstens einen Phase des Energieversorgungsnetzes. Diese Unterspannung und dieser Überstrom bezieht sich auf Schwellwerte, die durch Versuche, Messungen und Erfahrungswerte oder physikalische Modelle bestimmt werden können.

Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung zur Bestimmung eines Betriebszustandes des Generators:

- als Messeinrichtung zur Messung der Spannung und/oder des Stroms des Generators und/oder

- als Messeinrichtung zur Messung der Leistung des Generators und/oder

- als Messeinrichtung zur Messung des Leistungsfaktors des Generators

ausgeführt ist.

Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Regeleinrichtung bei Erreichen oder Passieren vorgegebener Schwellwerte für

- die Leistung des Generators,

- die Spannung und/oder den Strom des Energieversorgungsnetzes und

- des Leistungsfaktors die Leistung der Antnebsvornchtung verringert. Solche Schwellwerte können durch Erfahrungswerte, Messungen oder auch physikalische Modelle bestimmt werden.

Es ist bekannt, dass die Leistung des Generators und die Spannungen des Energieversorgungsnetzes bei Vorliegen eines Netzfehlers sinken und die Stromstärke steigt. Um ein charakteristisches Signal für den Ausgangslastwinkel zu erhalten sind wenigstens zwei der oben genannten Messgrößen erforderlich.

Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Regeleinrichtung dazu ausgebildet ist, die Verringerung der Leistung der Antriebsvorrichtung durch ein zumindest teilweises Abschalten oder Retardieren einer Zündvorrichtung wenigstens eines Brennraums der Antriebsvorrichtung und/oder ein Deaktivieren oder Verringern einer Kraftstoffzufuhr wenigstens eines Brennraums der Antriebsvorrichtung vorzunehmen. Das Abschalten oder Retardieren der Zündvorrichtung kann für einzelne, mehrere oder alle Brennräume erfolgen. Für Hubkolbenmotoren ist diese Technik als„ignition skipping" bekannt. Das Verringern oder Deaktivieren der Kraftstoffzufuhr kann für einzelne, mehrere oder alle Brennräume erfolgen.

Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Regeleinrichtung dazu ausgebildet ist, die Verringerung der Leistung der Antriebsvorrichtung für eine vorbestimmte Zeitspanne vorzunehmen. Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Regeleinrichtung dazu ausgebildet ist, die vorbestimmte Zeitspanne, für welche die Verringerung der Leistung der Antriebsvorrichtung vorgenommen wird, in Abhängigkeit des Betriebszustandes des Generators unmittelbar vor oder bei Detektion des Netzfehlers und/oder der Konfiguration des Gensets vorzunehmen. Je weiter die zuletzt gemessenen Werte bzgl. des Betriebszustandes des Generators und/oder der Konfiguration des Gensets unmittelbar vor oder bei Detektion des Netzfehlers von vorgegebenen Schwellwerten abweichen, desto länger wird die vorbestimmte Zeitspanne gewählt. Die Regeleinrichtung kann zu diesem Zweck einen Lookup-Table beinhalten, welcher vorbestimmte Zeitspannen für verschiedene mögliche Betriebszustände des Generators und/oder Konfigurationen des Gensets unmittelbar vor oder bei Detektion des Netzfehlers aufweist. Ein Lookup-Table könnte z. B. wie folgt aussehen:

Trägheitsmoment des Gensets Num Num Num Num

Anzahl der Pole des Generators Num Num Num Num Bauform des Generators (z. B. Vollpol oder V/S V/S V/S V/S Schenkelpol)

Nominelle Leistung des Gensets Num Num Num Num

Nominelle Spannung des Gensets Num Num Num Num

Spannung des Energieversorgungsnetzes Num Num Num Num unmittelbar vor oder bei Netzfehler

Leistung des Generators unmittelbar vor oder Num Num Num Num bei Netzfehler

Leistungsfaktor des Generators unmittelbar vor Num Num Num Num oder bei Netzfehler

sich ergebende vorbestimmte Zeitspanne Num Num Num Num

Die mit„Num" (Abkürzung für„nummerischer Wert") und„V/S" (Abkürzung für„Vollpol" oder„Schlupfpol") bezeichneten Werte beziehen sich einerseits auf die Konfiguration des Gensets und andererseits auf die unmittelbar vor oder bei Auftreten des Netzfehlers gemessenen Werte. Jeweils ergibt sich eine gewisse vorbestimmte Zeitspanne.

Alternativ zur Verwendung eines Lookup-Tables kann auch für verschiedene Konfigurationen des Gensets jeweils eine einfache, z. B. lineare Formel für verschiedene vorbestimmte Zeitspannen hinterlegt sein.

Die vorbestimmten Zeitspannen können sich z. B. in einem Bereich von 20 Millisekunden bis 60 Millisekunden bewegen.

Nach Ablauf der vorbestimmten Zeitspanne kann eine erneute Abfrage der Messwerte der Detektionsvorrichtung und/oder eine Bestimmung des Betriebszustandes der Antriebsvorrichtung erfolgen, welche Auslöser für eine Verringerung der Leistung der Antriebsvorrichtung waren um über ein weiteren Vorgehen zu entscheiden. Liegen immer noch die Kriterien vor, welche eine Verringerung der Leistung der Antriebsvorrichtung ausgelöst haben, kann die Verringerung der Leistung beibehalten oder gegebenenfalls intensiviert werden. Liegen diese Auslöser nicht mehr oder nur noch in einem abgeschwächten Zustand vor, kann die Regeleinrichtung mit einer entsprechenden Änderung darauf reagieren. Je nach gesetzlicher Vorschrift kann es auch zu einem Trennen des Genset vom Energieversorgernetz kommen, falls der Netzfehler zu lange dauert.

Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass eine Vorrichtung zur Berechnung eines momentanen Lastwinkels des Generators vorgesehen ist, deren Signale der Regeleinrichtung zuführbar sind, wobei die Regeleinrichtung bei Erreichen oder Überschreiten eines vorgegebenen Schwellwertes für den Lastwinkel die Maßnahmen zur Verringerung der Leistung der Antriebsvorrichtung beizubehalten und bei Unterschreiten des vorgegebenen Schwellwertes die Maßnahmen zur Verringerung der Leistung der Antriebsvorrichtung zu beenden. In diesem Fall verringert die Regeleinrichtung, in Abhängigkeit des von der Vorrichtung zur Bestimmung des Betriebszustands bestimmten Betriebszustandes des Generators die Leistung der Antriebsvorrichtung so, dass der Lastwinkel keine zu große Abweichung erfährt. Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Antriebsvorrichtung als - vorzugsweise stationäre - Verbrennungskraftmaschine, vorzugsweise als Hubkolbenmotor oder Gasturbine ausgeführt ist. Ein Hubkolbenmotor kann als Gasmotor oder Dual-Fuel- Verbrennungskraftmaschine ausgebildet sein. Verschiedene Ausführungsformen der Erfindung sind in den folgenden Figuren gezeigt. Dabei zeigt:

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild eines mit einem

Energieversorgungsnetz elektrisch verbundenen Generators, der von einer Antriebsvorrichtung angetrieben wird und

Fig. 2a, 2b Blockdiagramme für eine mögliche Regelstrecke einer Low Voltage Ride

Through (kurz LVRT) Regelung.

Fig. 1 zeigt in einem schematischen Blockschaltbild einen elektrischen Generator 2, der mit einem dreiphasig ausgebildeten Energieversorgungsnetz 1 elektrisch verbunden ist. Der Generator 2 ist hier als Synchrongenerator ausgebildet und weist einen Stator 6 und einen innerhalb des Stators 6 drehbar angeordneten Rotor 7 auf. Die drei Phasen des Energieversorgungsnetzes 1 sind in bekannter Art und Weise mit Wicklungen am Stator 6 des Generators 2 verbunden. Beim Energieversorgungsnetz 1 kann es sich um ein öffentliches Energieversorgungsnetz handeln, das die Netzfrequenz vorgibt, oder beispielsweise um ein lokales Energieversorgungsnetz im Inselbetrieb, bei dem die Netzfrequenz vom Generator 2 vorgegeben wird. Der Rotor 7 bzw. Läufer des Generators 2 ist über eine Übertragungseinheit 3 (wie aus dem Stand der Technik bekannt, kann dies Beispielsweise als eine Motorwelle, eine Kupplung oder eine Rotorwelle 7' ausgeführt sein) mit einer hier als Verbrennungskraftmaschine 4 ausgebildeten Antriebsvorrichtung verbunden. Bei der Verbrennungskraftmaschine 4 kann es sich zum Beispiel um einen stationären Gasmotor handeln, der als fremdgezündete, ottomotorisch betriebene Hubkolbenmaschine ausgebildet sein kann.

Eine von der Verbrennungskraftmaschine 4 abgegebene mechanische Leistung Pmech wird über die Übertragungseinheit 3 in den Generator 2 eingebracht, im Generator 2 in (elektrische) Leistung P umgewandelt, und in weiterer Folge wird die elektrische Leistung P an das Energieversorgungsnetz 1 abgegeben.

Im gezeigten Beispiel sind verschiedene Messwerte über Sensoren 9 einer Regeleinrichtung 1 1 mittels Signalleitungen 10 zuführbar. Diese Messwerte können beispielsweise die Spannung U oder der Strom I des Energieversorgernetzes 1 sein, durch welche die Detektionsvorrichtung (welche in diesem Ausführungsbeispiel mit der Regeleinrichtung 1 1 kombiniert ist) einen Netzfehler detektieren kann. Des Weiteren können solche gemessene Messgrößen vom Generator 2, der Antriebsvorrichtung oder der Übertragungseinheit 3 stammen, um m it Hilfe der Vorrichtung zur Bestimmung eines Betriebszustandes (welche in diesem konkreten Beispiel ebenfalls mit der Regeleinrichtung 1 1 kombiniert ist) einen momentanen Betriebszustand zu bestimmen. Hierbei kann die Regeleinrichtung 1 1 so ausgebildet sein dass sie mit den vorliegenden Messgrößen einen Leistungsfaktor ermitteln kann.

Des Weiteren ist die Regeleinrichtung 1 1 über Motorsteuerleitungen 5 mit einer Aktuatoreinheit 8 verbunden, welche an der Verbrennungskraftmaschine 4 sitzt. Diese Aktuatoreinheit 8 kann die Leistung der Verbrennungskraftmaschine 4 regeln. Eine solche Regelung kann beispielsweise über die Regelung der Zündung und/oder die Regelung der zugeführten Brennstoffmenge erfolgen. Die Regeleinrichtung 1 1 ist über Motorsteuerleitungen 5 ebenfalls mit einer Aktuatoreinheit 12 verbunden. Diese Aktuatoreinheit 12 sitzt am Generator 2 und kann beispielsweise so ausgeführt sein, dass sie in der Lage ist den Generator 2 vom Energieversorgernetz 1 zu trennen, falls dies erforderlich und/oder gesetzlich erlaubt ist.

Insbesondere kann es sich bei der Verbrennungskraftmaschine 4 um einen luftaufgeladenen Gasmotor handeln.

Fig. 2 zeigt ein Blockdiagramm für eine mögliche Regelstrecke einer Low Voltage Ride Through (kurz LVRT) Regelung. Diese Regelung startet mit einer Netzbeobachtung mittels einer Detektionsvorrichtung, welche eine ständige Messung der Spannung U des Energieversorgungsnetzes 1 vornimmt und bei Erkennen einer Unterspannung auf einen Netzfehler schließt. Wird ein solcher Netzfehler detektiert, kommt es zu einem Speichern einer Leistung Pi des Generators 2 , einer Spannung Ui des Energieversorgungsnetzes 1 und eines Leistungsfaktors p _f -i , welche noch kurz vor oder bei dem Auftreten des Netzfehlers gemessen wurden. Überschreiten oder unterschreiten diese zuletzt aufgetretenen Werte die vorgegebenen Schwellwerte P _re f, Uref, Pfref, also P _ref < p., , U _re f > U-| , Pf _re f > PH , wird mit diesen zuletzt aufgetretenen Werten in einer Regeleinrichtung 1 1 , mittels einer vordefinierten Tabelle (Look up Table) über eine vorbestimmte Zeitspanne At entschieden und über eine entsprechende Ansteuerung der Aktuatoren in der Antriebsvorrichtung die Leistung für diese vorbestimmte Zeitspanne M verringert, z. B. die Zündung für diese Zeitspanne M ausgeschalten. Das Verringern der Leistung kann je nach Netzfehler für die gesamte Antriebseinheit erfolgen oder nur für einzelne Brennräume.

Überschreiten oder unterschreiten diese zuletzt aufgetretenen Werte nicht die Schwellwerte, also P _re f > Pi , U _re f < U-i , < Pn kommt es direkt zu einer Regelung der Aktuatoren in der Antriebsvorrichtung für eine Zeitspanne At. Auch die Dauer dieser Zeitspanne M ist, insofern als sie durch das Ausmaß der Abweichung von den zuletzt aufgetreten Werten zu den Schwellwerten bestimmt werden kann ( es kann sich um die vorher diskutierte Zeitspanne M handeln). Nach Ablauf dieser Zeitspanne M wird fortgefahren mit einem Regelkreislauf wie er aus dem Stand der Technik bekannt ist bis die Spannung U des Energieversorgungsnetzes 1 wieder einen vorgegebenen Wert erreicht hat. Dabei wird z. B. (vgl. Fig. 2b) der momentane Drehzahlwert gemessen und durch die Regeleinrichtung 1 1 mit einem vorgegebenen gewünschten Drehzahlwert (beispielsweise 1500 U/min) des Rotors 7 oder der Rotorwelle 7' verglichen. Durch die berechnete Abweichung (Drehzahldeltawert) der momentanen Drehzahl zur gewünschten Drehzahl wird durch die Regeleinrichtung 1 1 ein Steuer-/Regelsignal für die entsprechende Steuerung/Regelung der Leistung der Antriebseinheit mittels der Aktuatoreinheit 12, z. B. über das Zündsystem, erzeugt. Je nach Drehzahlabweichung ergibt sich dadurch z. B. ein Ignition on/off („Zündung ein/aus"). Diese Schleife kann so lange wiederholt werden, bis die Antriebseinheit die gewünschte Drehzahl für den stabilen Normalbetrieb wieder erreicht hat und der Regelzyklus für die Low Voltage Ride Through (kurz LVRT) Regelung endet.

Dauert der Spannungseinbruch zu lange (z. B. in einem Bereich von 100 Millisekunden bis 300 Millisekunden) und ist der Spannungseinbruch zu groß (z. B. verbleibende Restspannung nur mehr zwischen 0 % und 30 % der Spannung im Normalbetrieb des Energieversorgungsnetzes), kann auch eine Trennung des Gensets vom Energieversorgungsnetzes erfolgen.