Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung und Regelung eines Brennkraftmaschinen-Generator-Systems gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft weiter eine Einrichtung zur Steuerung und Regelung eines Brennkraftmaschinen- Generator-Systems und ein Brennkraftmaschinen-Generator-System. Die Erfindung betrifft auch ein Land- oder Wasser-Fahrzeug und eine stationäre Anlage zur Erzeugung elektrischer Energie mit einem Brennkraft-Maschinen-Generatorsystem.

Ein Brennkraftmaschinen-Generator-System der eingangs genannten Art weist eine Anzahl von an ein Verteilernetz anschließbaren, elektrische Leistung generierenden Brennkraftmaschinen-Generator-Einheiten auf. Über das Verteilernetz sind ebenfalls elektrische Leistung verbrauchende Lastverbraucher angeschlossen, welche die von den Brennkraftmaschinen-Generator-Einheiten generierte elektrische Leistung als Last verbrauchen. Eine vorgenannte Brennkraftmaschinen-Generator-Einheit weist eine drehzahlvariable Brennkraftmaschine und einen Generator auf. Eingesetzt werden solche Brennkraftmaschinen-Generator-Systeme für Großfahrzeuge, z. B. als Land- oder Wasserfahrzeug aber auch als stationäre Systeme. Generell hat eine Brennkraftmaschinen- Generator-Einheit die Funktion eines Stromerzeugungsaggregats, das z. B. einen Motor und einen Generator zum Antrieb des Generators -ggfs. über ein Getriebe- koppelt, wobei der Generator wiederum Strom erzeugt.

Üblicherweise wird bei einem Stromerzeugungsaggregat ein Dieselmotor möglichst mit konstanter Drehzahl betrieben. Da ein Dieselmotor durchaus auch bei höherer Drehzahl als den üblichen 1500 bzw. 1800 U/min betrieben werden kann -und damit mehr Leistung abgeben kann- ist es in bestimmten begrenzten Betriebssituationen auch üblich, über leistungselektronische Maßnahmen einen drehzahlvariablen Betrieb zu ermöglichen. In dem Fall wird eine von der Drehzahl der Brennkraftmaschine abhängige Frequenz des vom Generator gelieferten elektrischen Stroms zunächst gleichgerichtet und dann wieder auf die im Verteilernetz gewünschte Frequenz des Stromaggregats wechselgerichtet. Insbesondere für einen solchen Fall wird eine Brennkraftmaschine, insbesondere ein Dieselmotor, gemäß einer dafür ausgelegten Kennlinie betrieben, die für jede Drehzahl eine entsprechende Leistung angibt. Eine solche Kennlinie, verläuft üblicherweise in einem sicheren Abstand zur Drehzahl und oder Drehmoment bedingten Leistungsgrenze, die über eine sogenannte DBR- bzw. MCR-Kurve eines Dieselmotors angegeben werden kann. Dadurch wird gewährleistet, dass eine entsprechende Leistungsreserve für den Dieselmotor vorgehalten wird, die dazu dienen soll bei variabler Lastabnahme vom Dieselmotor genügend Leistungsreserve zur Verfügung zu haben. Ein solcher Betrieb eines Dieselmotors ist jedoch regelmäßig nicht verbrauchsoptimal. So ist beispielsweise aus DE 199 37 139 C1 ein Verfahren zur Steuerung einer eigentlich stationär zu betreibenden Brennkraftmaschine bekannt, bei dem mit Erkennen einer signifikanten Lastverringerung am Abtrieb der Einspritzbeginn nach spät verstellt wird. Die dazu vorgesehene Drehzahlbegrenzungskurve zur Begrenzung der Solleinspritzmenge schränkt den Verstellbereich im stationären Betriebszustand ein. Aus DE 103 02 263 B3 ist ein Verfahren bekannt, bei dem im stationären Betriebszustand die Solleinspritzmenge über eine erste Drehzahlbegrenzungskurve begrenzt wird. Mit Erkennen eines dynamischen Betriebszustands wird auf eine zweite Drehzahlbegrenzungskurve umgeschaltet.

Wünschenswert ist es, eine Brennkraftmaschine, insbesondere eine Diesel- Brennkraftmaschine, im Rahmen einer Brennkraftmaschinen-Generator-Einheit als Teil eines Brennkraftmaschinen-Generator-Systems optimiert zu betreiben, d. h. beispielsweise mit vergleichsweise gutem spezifischen Kraftstoffverbrauch und dennoch ausreichend großem Lastauf schaltvermögen. Bei einem Brennkraftmaschinen-Generator-System mit einem Parallelbetrieb von einer Anzahl von Brennkraftmaschinen-Generator-Einheiten -auch GENSET genannt- können deren jeweilige Betriebspunkte aufgrund der vorgenannten Unabhängigkeit von Leistung und Drehzahl bei einer Diesel-Brennkraftmaschine grundsätzlich optimiert werden. Bei einem solchen Parallelbetrieb von z. B. mehreren Stromerzeugungsaggregaten wird die Leistung auf die Aggregate z. B. gemäß der Nennleistungen der Diesel- Brennkraftmaschine aufgeteilt und Laständerungen werden ebenso auf die Aggregate verteilt. Bei üblichen Regelungen kann im Rahmen von Zu- oder Abschaltvorgängen grundsätzlich das Problem von Überschwingverhalten auftreten. Dies kann teilweise in einer sogenannten„P-Grad-Regelung" behoben werden wie sie beispielsweise in DE 10 2004 015 973 B3 der Anmelderin beschrieben ist. Dabei wird eine höhere Leistung vom Betreiber über die Erhöhung einer Solldrehzahl-Vorgabe eingestellt und eine höhere Solleinspritzmenge bewirkt eine höhere Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine. Dabei ist auch vorgesehen, dass eine Erhöhung der Solldrehzahl-Vorgabe eine Verschiebung der Drehzahlbegrenzungskurve zu höheren Ist-Drehzahlen bewirkt. In einer Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass eine Abregelkurve der Drehzahlbegrenzungskurve über den „P-Grad" veränderbar ist. Im Ergebnis haben die stationären Betriebspunkte der Dieselmotoren der Stromerzeugungsaggregate dann einen genügenden Abstand zu der Grenzkurve (DBR-Kurve), so dass Lastaufschaltungen und Laständerungen übernom- men werden können. Das vorgenannte Verfahren hat sich bewährt für den grundsätzlich stationären Betrieb und bei allgemein vorgegebenen Laständerungen, die beispielsweise in Normen und Vorschriften festgelegt sind.

Grundsätzlich eignen sich alle vorgenannten Konzepte jedoch nur bedingt für einen dynamischen, höchst drehzahlvariablen -d. h. tatsächlich z. B. ständig transienten- Betrieb eines Brennkraftmaschinen-Generator-Systems und den darin vernetzten Brennkraftmaschinen-Generator-Einheiten.

An dieser Stelle setzt die Erfindung an, deren Aufgabe es ist, ein Verfahren zur Steuerung und Regelung der eingangs genannten Art in verbesserter Weise für einen transien- ten Betrieb eines Brennkraftmaschinen-Generator-Systems auszugestalten. Insbesonde- re soll, ggfs. unter Berücksichtigung von an sich bewährten Konzepten für den stationären Betrieb, ein Verfahren zur Steuerung und Regelung eines Brennkraftmaschinen- Generator-Systems angegeben werden, das gerade für den transienten Betrieb zum einen eine ausreichende Leistungsreserve für das System bzw. die Einheit zur Verfügung stellt und zum anderen einen optimierten Betrieb des Systems bzw. der Einheit ermög- licht. Insbesondere soll das Verfahren die Möglichkeit bieten, eine Optimierungsvorschrift je nach Zweckmäßigkeit und Einsatzbedarf des Anwenders auszuwählen. Aufgabe der Erfindung ist es ebenso, eine geeignete Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben. Die Aufgabe betreffend das Verfahren wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei dem erfindungsgemäß die Schritte des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 vorgesehen sind. Die Erfindung führt zur Lösung der Aufgabe hinsichtlich der Vorrichtung auch auf eine Einrichtung zur Steuerung und Regelung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 17. Die Erfindung führt zur Lösung der Aufgabe hinsichtlich der Vorrichtung auch auf ein Brennkraftmaschinen-Generator-System gemäß dem Anspruch 20 mit einer Anzahl von an ein Verteilernetz anschließbaren, elektrische Leistung generierenden Brennkraftmaschinen-Generator-Einheiten und Leistung elektrische verbrauchenden Lastverbrauchern, wobei eine Einheit eine drehzahlvariable Brennkraftmaschine und einen Generator auf- weist und mit einer Einrichtung zur Steuerung und Regelung gemäß dem Konzept der Erfindung versehen ist.

Unter einer Brennkraftmaschine kann grundsätzlich jede Art eines Motors oder dergleichen durch Brennkraft angetriebene Maschine verstanden werden. Im vorliegenden Fall ist das Konzept der Erfindung besonders effektiv umsetzbar mit einer Diesel- Brennkraftmaschine, was jedoch nicht einschränkend wirken soll. Unter einer Brenn- kraftmaschinen-Generator-Einheit ist insbesondere ein Motor-Stromerzeugungs- Aggregat, insbesondere ein Dieselmotor-Stromerzeugungs-Aggregat zu verstehen. Unter einem Brennkraftmaschinen-Generator-System ist insbesondere eine Brennkraftmaschinen-Generator-Anlage zu verstehen, in der mehrere Brennkraftmaschinen-Generator- Einheiten parallel betrieben werden können.

Die Erfindung führt auch auf ein Land- oder Wasserfahrzeug gemäß dem Anspruch 21 mit einem Brennkraftmaschinen-Generator-System der vorgenannten Art. Insbesondere kann ein Landfahrzeug ein Allzweckfahrzeug oder Nutzfahrzeug sein. Ein Wasserfahrzeug, bei dem sich das Brennkraftmaschinen-Generator-System der Erfindung besonders bewährt hat, ist z. B. ein Yachtschiff, insbesondere eine sogenannte Megayacht. Beispielhaft wird das Konzept der Erfindung anhand eines Brennkraftmaschinen-Generator- Systems für eine Megayacht in Bezug auf die Zeichnung weiter unten erläutert. Die Erfindung führt auch auf eine stationäre Anlage gemäß dem Anspruch 21 zur Erzeugung elektrischer Energie mit einem Brennkraftmaschinen-Generator-System gemäß dem Konzept der Erfindung.

Die Erfindung hat erkannt, dass bislang ein genügendes Lastaufschaltvermögen und eine Optimierung eines Betriebszustand zur Verfügung stellendes Systems bzw. eine Einheit im System unter Berücksichtigung von aktuellen Betriebszuständen bzw. von aktuellen Lastanforderungen in einem kontinuierlich transienten Zustand nicht möglich erschien.

Betreffend das Verfahren sehen erfindungsgemäß die im Anspruch 1 genannten Schritte

(a) und (b) vor:

(a) Bestimmen eines aktuellen Betriebszustands (Z*) der Brennkraftmaschine der wenigstens einen Brennkraftmaschinen-Generator-Einheit;

(b) Ableiten eines Lastaufschaltvermögens (i_ ^adm ) in Abhängigkeit vom aktuellen Betriebszustand Z ^* beschreibenden Betriebszustandsbereich (ZB*) für die Brennkraftmaschine der wenigstens einen Brennkraftmaschinen-Generator-Einheit.

- Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Bestimmen des aktuellen Betriebszustands (Z ^* ) und das Ableiten des Betriebszustandsbereich (ZB*) auf Grundlage eines Rechenmodells für die Brennkraftmaschine erfolgt.

Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass das transiente Verhalten von Dieselmotoren in einem dynamischen Betriebszustand und das damit verbundene, eine Leistungs- reserve charakterisierende Lastaufschaltvermögen eines Dieselmotors von einer Anzahl verschiedenster Parameter abhängen kann. Zu den Parametern kann zum Beispiel die aktuelle Leistung, die aktuelle Drehzahl und die Temperatur eines Motors aber auch seine Umgebungstemperatur, der Luftdruck etc. gehören. Grundsätzlich hat sich bei aller Komplexität eines drehzahlvariablen Betriebs eines Dieselmotors gezeigt, dass ein ver- gleichsweise guter spezifischer Kraftstoffverbrauch beim Dieselmotor nahe unterhalb, ggfs. sogar leicht oberhalb seiner im wesentlichen für den stationären Betrieb vorgegebenen Leistungsgrenze, d. h. insbesondere im Bereich um eine vorgenannte DBR- bzw. MCR-Kurve, vorliegt. Jenseits insbesondere der MCR-Kurve sollte der Dieselmotor jedoch nicht dauernd betrieben werden. Die Erfindung geht weiter von der Überlegung aus, dass ein Dieselmotor genau dann einen vergleichsweise guten spezifischen Kraftstoffverbrauch annehmen kann, wenn er naturgemäß nur ein vergleichsweise geringes Lastaufschaltvermögen und damit nur ein vergleichsweise geringes Beschleunigungsvermögen zur Verfügung hat. Die Erfindung hat erkannt, dass sich dennoch eine opti- mierte Betriebsweise, d. h. beispielsweise mit vergleichsweise gutem spezifischen Kraftstoffverbrauch und dennoch ausreichend großem Lastaufschaltvermögen, im Rahmen einer geeigneten rechenmodell-basierten Regelung erreichen lässt.

Das Konzept der Erfindung sieht -verkürzt ausgedrückt- eine modellbasierte Regelung vor, mit der eine Brennkraftmaschine, beispielsweise ein Dieselmotor, gerade im transienten Betrieb vergleichsweise genau simuliert werden kann. Über das Rechenmodell ist nicht nur der aktuelle transiente Zustand (Z*) der Brennkraftmaschine einer Brennkraftmaschinen-Generator-Einheit bestimmbar sondern es kann zudem ein Betriebszustands- bereich (ZB ^* ) und damit ein jedenfalls grundsätzlich zur Verfügung stehendes Lastauf- schaltvermögen (L ^adm ) in Abhängigkeit vom aktuellen Betriebszustand (Z ^* ) abgeleitet werden. Der Betriebszustand und das für den Betriebszustand zur Verfügung stehende Lastaufschaltvermögen einer Diesel-Brennkraftmaschine beispielsweise ist aufgrund des Konzepts der Erfindung praktisch in jedem Zustand eines auch transienten Betriebs einer Einrichtung zur Steuerung und Regelung des Brennkraftmaschinen-Generator-Systems bekannt.

Betreffend die Einrichtung zur Steuerung und Regelung ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass entsprechende Regel- und Prozessormittel zum Bestimmen des aktuellen Betriebszustandes und zum Ableiten des Lastaufschaltvermögens auf Grundlage des Rechenmodells, bevorzugt in einer zweiten, die drehzahlvariable Brennkraftmaschine betreffe n- den Teilregelung, implementiert sind.

Dieser Ansatz des Konzepts der Erfindung bildet die Basis dafür, dass die Einrichtung zur Steuerung und Regelung die Brennkraftmaschine, insbesondere eine Diesel- Brennkraftmaschine, beispielsweise einen Dieselmotor, abhängig von den zu erwartenden Lastanforderungen von Lastverbrauchern und dennoch in einem optimalen Betriebs- punkt betrieben werden kann - also mit ausreichendem Lastaufschaltvermögen und dennoch in optimierter Weise, vorzugweise je nach Wahl einer bestimmten geeigneten Optimierungsstrategie.

Das Verfahren gemäß dem Konzept der Erfindung sieht erfindungsgemäß den weiteren Schritt (c) vor, nämlich (c) Bereitstellen eines mögliche Lastanforderungen der Anzahl von Lastverbraucher beschreibenden Lastanforderungsumfangs. Bezugnehmend auf die erfindungsgemäße Einrichtung zur Steuerung und Regelung des Brennkraftmaschinen-Generator-Systems ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass entsprechende Regel- und Prozessormittel für den Schritt (c) -bevorzugt in einer ersten das System betreffenden übergeordneten ersten Teilregelung- implementiert sind. Das Konzept der Erfindung bietet damit die Basis für einen -abhängig vom aktuellen Betriebszustand (Z*)- sicheren Betrieb einer beispielsweise Diesel-Brennkraftmaschine im Rahmen des über den Betriebszustandsbereich (ZB*) bekannten Lastaufschaltvermö- gens (L ^adm ), wobei der sowohl stationäre als auch transiente Betrieb in dem Betriebszustandsbereich optimiert werden kann. Anders ausgedrückt bietet das Konzept der Erfin- dung auch für einen transienten Betrieb eines Brennkraftmaschinen-Generator-Systems die Möglichkeit, einen sicheren und gleichzeitig unter Randbedingungen optimal gewählten Betriebspunkt für das Brennkraftmaschinen-Generator-System bzw. für die einzelnen Brennkraftmaschinen-Generator-Einheiten einzuregeln, insbesondere kontinuierlich nachzu regeln. In besonders vorteilhafter Weise wird ein vorgenanntes Verfahren zur Steuerung und Regelung in einer Regelschleife betrieben, bei welcher ein aktueller Betriebszustand und Betriebszustandsbereich (Z ^* , ZB ^* ) kontinuierlich wiederholt bestimmt werden, so dass das Verfahren zur Steuerung und Regelung in der Lage ist, auch vergleichsweise hochdynamische Betriebszustände von Brennkraftmaschinen im Rahmen eines Brennkraft- maschinen-Generator-Systems nachzuregeln - dies unter Wahrung eines ausreichenden Lastaufschaltvermögens und unter optimierten Betriebsgesichtspunkten.

Vorteilhaft wird bei einem vorgenannten Verfahren zur Steuerung und Regelung ein Lastabwurf oder Notbetrieb des Brennkraftmaschinen-Generator-Systems in der Tat nur in Ausnahmesituationen notwendig, nämlich beschränkt auf einen tatsächlichen Überlas- tungsbereich des Brennkraftmaschinen-Generator-Systems.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen und geben im Einzelnen vorteilhafte Möglichkeiten an, das oben erläuterte Konzept im Rahmen der Aufgabenstellung sowie hinsichtlich weiterer Vorteile zu realisieren.

Im Rahmen einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist zusätzlich vorgesehen, dass (d) unter Berücksichtigung des aktuellen Betriebszustand und des Lastaufschaltvermö- gens der Brennkraftmaschine der wenigstens einen Brennkraftmaschinen-Generator- Einheit:

- eine Anzahl von an das Verteilernetz anzuschließenden Brennkraftmasch inen- Generator-Einheiten in Abhängigkeit des Lastanforderungsumfangs bestimmt wird, und

- eine variable Lastverteilung und einer variablen Drehzahlverteilung auf die Anzahl Brennkraftmaschinen der Anzahl Brennkraftmaschinen-Generator-Einheiten in Abhängigkeit des Lastanforderungsumfangs bestimmt wird.

Der Lastanforderungsumfang wird also im Wesentlichen erfüllt im Rahmen einer variab- len Lastverteilung und Drehzahlverteilung, wobei die Lastverteilung möglichst die geforderte Lastaufschaltung wiedergeben sollte, die gemäß dem Lastanforderungsumfang auf die einzelnen Aggregate von Brennkraftmaschinen-Generator-Einheiten zu verteilen ist. Insbesondere wird dabei nicht nur ermittelt, ob ein weiteres Aggregat benötigt wird sondern ggfs. auch berechnet, ob ein Aggregat abgestellt werden kann.

Bezugnehmend auf die Einrichtung zur Steuerung und Regelung des Brennkraftmaschi- nen-Generator-Systems ist vorteilhaft weiter vorgesehen, dass entsprechende Regel- und Prozessormittel für den Schritt (c) und zusätzlich (d) in einer ersten das System betreffenden übergeordneten ersten Teilregelung implementiert sind. Verkürzt ausgedrückt sieht eine weitere Weiterbildung des Konzeptes der Erfindung betreffend die Einrichtung weiter vor, dass ein erster Teilregler auf Systemebene den vorgenannten zweiten Teilregler auf Brennkraftmaschinenebene überlagert. Zum einen ist der erste Teilregler vorgesehen, um -z. B. mit Hilfe eines digitalen Signalprozessors- modellbasiert den aktuellen Betriebszustand (Z ^* ) und einen daraus abgeleiteten für das Lastaufschaltvermögen relevanten Betriebszustandsbereich (ZB ^* ) zu bestimmen. Diese Informationen werden auch dem zweiten Teilregler zur Verfügung gestellt, der diese zusammen mit der Information eines Lastanforderungsumfangs nutzt, um die Anzahl von benötigten Brennkraftmaschinen-Generator-Einheiten zu bestimmen. Insbesondere ist der zweite Teilregler auch ausgelegt, die Lasten und Drehzahlen in Abhängigkeit des Lastanforderungsumfangs auf die nötigen Brennkraftmaschinen-Generator-Einheiten zu verteilen.

Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterbildung wird -insbesondere in der zweiten, die drehzahlvariable Brennkraftmaschine betreffenden Teilregelung- abgefragt, ob ein auf die angeforderte Einheit bezogener Betrag einer variablen Lastverteilung in Bezug auf den aktuellen Betriebszustand innerhalb eines zulässigen, das Lastaufschaltvermögen beschreibende Betriebszustandsbereichs der Brennkraftmaschine liegt. Abhängig von dem Ergebnis einer solchen Abfrage hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Drehzahl der Brennkraftmaschine ggfs. derart zu ändern, dass ein neuer Betriebszustand (Z*) der Brennkraftmaschine wieder an einer bevorzugten Stelle innerhalb eines zulässigen Betriebszustandsbereich (ZB ^* ) liegt, d.h. mit ausreichendem Lastaufschaltvermögen

Insbesondere kann in einer weiterführenden Weiterbildung dieses Prozesses dienenden Abfrage auch eine andere den Betriebszustand der Brennkraftmaschine bestimmende Größe geändert werden. Auch diese Maßnahme kann sicherstellen, dass der neue Betriebszustand (Z ^* ) der Brennkraftmaschine innerhalb eines zulässigen Betriebszustandsbereichs (ZB ^* ) derart platziert ist, dass ein ausreichendes Lastaufschaltvermögen (L ^adm ) zur Verfügung steht, um dem auf die angeforderte Einheit bezogenen Betrag einer variablen Lastverteilung auch in einem transienten Betriebszustand zu genügen.

Besonders vorteilhaft weist das Verfahren den weiteren Schritt auf: (e) Vergleichen des Lastaufschaltvermögens mit der lastanforderungsumfangs- abhängigen variablen Lastverteilung für die Brennkraftmaschine.

Der Verfahrensschritt (e) ist besonders vorteilhaft in der zweiten, die drehzahlvariable Brennkraftmaschine betreffenden Teilregelung durchführbar.

Darüber hinaus hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, ein Lastaufschaltvermögen an einem aktuellen Betriebszustand (Z ^* ) durch im Wesentlichen wenigstens zwei die transiente Entwicklung einer Leistung beschreibende Parameter zu charakterisieren. Als besonders vorteilhaft hat sich die Heranziehung eines Leistungssprungs (ΔΡ) einerseits und die Heranziehung einer Leistungsrampe (δΡ) andererseits erwiesen. Unter einem Leistungssprung (ΔΡ) ist ein Leistungsbetrag zu verstehen, der praktisch instantan in vergleichsweise sehr kurzer Zeit zur Verfügung stehen soll. Unter einer Leistungsrampe (δΡ) ist ein Leistungsbetrag zu verstehen, der über einen festlegbaren akzeptablen Zeitraum, z. B. über eine Regelungsrampe mit definiertem Endpunkt und Steilheit, ange- fahren werden kann - also nicht zum frühest möglichen sondern erst nach einem bestimmten Zeitraum zur Verfügung stehen kann, der deutlich länger ist, als der für einen Leistungssprung zur Verfügung stehende Zeitraum. Insofern kann es sich bei einem Leistungssprung und einer Leistungsrampe durchaus um einen gleichen zur Verfügung zustellenden Leistungsbetrag handeln. Bei einem Leistungssprung hat dieser jedoch praktisch instanten zu einem frühest möglichen Zeitpunkt zur Verfügung zu stehen und bei einer Leistungsrampe kann dieser in definierter Weise über einen längeren Zeitraum angeregelt werden.

Die Parameter eines Leistungssprungs und einer Leistungsrampe lassen sich innerhalb dem das Lastaufschaltvermögen (L ^adm ) umschreibenden Betriebszustandsbereich (ZB*) für die Brennkraftmaschine definieren. Insofern kann ein Betriebszustandsbereich (ZB ^* ) auch als ein maximal möglicher Betrag einer Zustandsgröße und ein Lastaufschaltver- mögen (L ^adm )als ein ggfs. gleicher oder geringerer zulässiger Betrag einer Zustandsgröße für eine Betriebszustand (Z ^* ) aufgefasst werden. Das vorliegend weitergebildete Konzept bietet eine bevorzugte Grundlage, um einen Betriebszustand (Z*) einer Brennkraftmaschine derart einzuregeln, dass dieser auch bei einem Leistungssprung oder einer Leistungsrampe einen noch ausreichenden Abstand zu den Grenzen des Betriebszustands- bereichs (ZB ^* ) hält. Um einen maximal möglichen Betrag einer Zustandsgröße handelt es sich in dieser Weiterbildung insofern um einen die Grenzen des Betriebszustandsbe- reichs beschreibenden Betrag.

Die vorgenannte Vergleichsabfrage zwischen Lastaufschaltvermögen und Lastverteilung wird bevorzugt in der zweiten, die drehzahlvariable Brennkraftmaschine betreffenden Teilregelung in besonders bevorzugter Weise als Vergleich zwischen einem zulässigen Leistungssprung bzw. einer zulässigen Leistungsrampe einerseits und einem aufgrund der variablen Lastverteilung angeforderten Lastsprungs bzw. Lastrampe andererseits durchgeführt.

Insbesondere im Rahmen einer ersten das System betreffenden, übergeordneten ersten Teilregelung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Anzahl von an das Verteilernetz anzuschließende Brennkraftmaschinen-Generator-Einheiten zu bestimmen. Dies erfolgt zweckmäßigerweise im Rahmen der ersten Teilregelung in Abhängigkeit des Anforde- rungsumfangs. Besonders vorteilhaft wird dazu in der ersten Teilregelung ein Vergleich der Lastsumme der Verbraucher mit der Leistungssumme der Brennkraftmasch inen- Generator-Einheiten durchgeführt. Vorteilhaft erfolgt zunächst nur ein Vergleich der Lastsumme der Lastverbraucher und der aktuellen Leistungssumme der Brennkraftmaschinen-Generator-Einheiten. Wird dabei eine Tendenz erkannt, dass die Lastsumme der Lastverbraucher höher als die aktuelle Leistungssumme der Brennkraftmaschinen sein könnte sieht eine Weiterbildung vor, dass die Anzahl von am Verteilernetz angeschlossenen Brennkraftmaschinen-Generator-Einheiten frühzeitig erhöht wird. Dadurch lässt sich eine mögliche Überlastung des Systems frühzeitig erkennen und vermeiden. Liegt die Anzahl der benötigten Brennkraftmaschinen-Generator-Einheiten fest kann eine Lastverteilung und/oder eine Drehzahlverteilung durchgeführt werden.

Für die das System betreffende übergeordnete erste Teilregelung lässt sich auf besonders bevorzugte Weise eine summarische Randbedingung definieren, die in vorteilhafter Weise dazu dient einen optimierten Betriebspunkt des gesamten Brennkraftmaschinen- Generator-Systems zu unterstützen. Insbesondere hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass generell die Bestimmung einer variablen Lastverteilung und Drehzahlverteilung einer summarischen Randbedingung unterworfen wird. Dazu wird vorteilhaft gefordert, dass die Summe aller Lastaufschaltvermögen der Brennkraftmaschinen auf Grundlage des Rechenmodells größer ist als der Lastanforderungsumfang der Anzahl von Lastver- brauchern. Das Einstellen einer variablen Lastverteilung und/oder einer variablen Drehzahlverteilung unter Zugrundelegung der vorgenannten summarischen Randbedingung sichert somit in verlässlicher Weise den Betrieb des gesamten Brennkraftmaschinen- Generator-Systems mit ausreichendem Lastaufschaltvermögen einerseits als auch an einem optimierten Betriebspunkt andererseits. So lässt sich beispielsweise unter bevorzugter weiterbildenden Definition des Lastanforderungsumfang in der oben genannten Weise die summarische Randbedingung dadurch bilden, dass die Summe aller einzelnen möglichen Leistungssprünge größer ist als ein Maximum der Lastsprünge der Anzahl von Lastverbrauchem. Auch lässt sich in bevorzugter Weise die summarische Randbedingung dadurch bilden, dass die Summe aller einzelnen möglichen Leistungsrampen größer ist als ein übergeordneter Wert der Lastrampen.

In diesem Zusammenhang als auch generell hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, dass eine mögliche Lastanforderung des wenigstens einen Lastverbrauchers bestimmt ist durch eine Wirklast P ^L , einen Lastsprung (AP ^L ) und eine Lastrampe (5P ^L ). Dadurch lässt sich in besonders bevorzugter Weise ein Lastanforderungsumfang der Anzahl von Lastverbrauchern bestimmen; bevorzugt durch eine Summe der Wirklasten (SUM(Pj ^L )), sowie einem Maximum der Lastsprünge (MAX(APj ^L )) als auch einem überge- ordneten Wert der Lastrampen (RESBL(5Pj ^L )) von einer Anzahl (i) von Lastverbrauchern. Letzterer übergeordneter Wert kann beispielsweise ein angemessener und nach üblichen Betriebsbedingungen vernünftiger Wert einer Lastrampe für das gesamte System sein.

Insgesamt wird gemäß einer oder einer Kombination der vorgenannten Weiterbildungen erreicht, dass nicht nur das Brennkraftmaschinen-Generator-System als Ganzes mit ausreichenden Lastaufschaltvermögen und bei einem optimierten Betriebszustand gefahren wird, sondern darüber hinaus auch jede einzelne Brennkraftmaschinen-Generator- Einheit des Systems mit ausreichenden Lastaufschaltvermögen und in einem optimierten Betriebszustand gefahren wird. Diese Vorteile werden aufgrund des implementierten Rechenmodells nicht nur für einen weitgehend stationären Betrieb des Systems bzw. einer Einheit des Systems erreicht. Vielmehr ist ein Steuer- und Regelverfahren bzw. eine Steuer- und Regeleinheit gemäß dem Konzept der Erfindung ausgelegt, gerade in einem transienten Betrieb einer Einheit bzw. des gesamten Systems zu greifen. Besonders bevorzugt basiert der Erfolg des Konzepts darauf, dass bei der drehzahlvariablen Brenn- kraftmaschine die Drehzahl und die Leistung bedingt unabhängig einstellbar sind. Insbesondere hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass in einer zweiten Teilregelung die Drehzahl der drehzahlvariablen Brennkraftmaschine angepasst wird. Bevorzugt kann die Leistung einer Brennkraftmaschine im Rahmen einer Lastverteilung in einer ersten Teilregelung angepasst werden. Insbesondere hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass eine Drehzahl der Brennkraftmaschine und/oder eine sonstige den Betriebszustand kennzeichnende Größe geändert wird, wenn ein auf die angeforderte Einheit bezogener Betrag einer variablen Lastverteilung in Bezug auf den aktuellen Betriebszustand (Z ^* ) zu einem neuen Betriebszustand führen würde, der außerhalb eines zulässigen oder möglichen, das Lastaufschaltvermö- gen erhaltenden Betriebszustandsbereichs (ZB ^* ) der Brennkraftmaschine liegt. Eine Drehzahl der Brennkraftmaschine und/oder eine sonstige den Betriebszustand kennzeichnende Größe kann auch geändert werden, wenn eine noch nicht optimierte Größe des Rechenmodells vom Steuer- und Regelverfahren erkannt wird. In dem Fall kann das Verfahren vorteilhaft einen weiteren Optimierungsbedarf erkennen und umsetzen. Besonders vorteilhaft wird zur Umsetzung des Steuer- und Regelverfahrens für die erste und/oder zweite Teilregelung eine Optimierungsstrategie vorgegeben. Unter deren Randbedingung kann vorteilhaft innerhalb eines zulässigen oder möglichen Betriebszustandsbereichs (ZB ^* ) ein neuer Betriebszustand (Z ^* ) der Brennkraftmaschine eingestellt wer- den, der auch den durch die Optimierungsstrategie vorgegebenen Randbedingungen genügt. Eine Optimierungsstrategie kann beispielsweise durch Vorgabe von Randbedingungen für minimierte Lebenszykluskosten definiert werden. Eine andere Optimierungsstrategie kann beispielsweise durch Vorgabe von Randbedingungen für einen minimierten Kraftstoffverbrauch vorgegeben werden. Eine andere Optimierungsstrategie kann beispielsweise durch die Vorgabe von Randbedingungen betreffend eine maximierte Verfügbarkeit der Brennkraftmaschine vorgegeben werden. Eine andere Optimierungsstrategie kann beispielsweise durch die Vorgabe von Randbedingungen für eine minimierte Signatur vorgegeben werden. Solche und andere Parametereinstellungen lassen sich beispielsweise durch nutzerseitige Eingaben in eine Einrichtung zur Steuerung und Regelung des Brennkraftmaschinen-Generator-Systems vorgeben oder auswählen.

Je nach Erfordernissen einer dynamischen Zeitskala für einen transienten Betriebszustand des Brennkraftmaschinen-Generator-Systems ist eine für die erste und/oder zweite Teilregelung maßgebliche Regelschleife zu durchlaufen. Die in dem Verfahren zur Steuerung und Regelung des Brennkraftmaschinen-Generator-Systems genannten Schritte a) bis d) sowie optional die in den Weiterbildungen genannten Schritte, z. B. Schritt e), werden je nach Dynamik eines transienten Betriebszustands mehr oder weniger häufig wiederholt.

Insbesondere wird gemäß dem Konzept der Erfindung bevorzugt das rechenmodellba- sierte Bestimmen des aktuellen Betriebszustands (Z*) und ein Ableiten eines Lastauf- schaltvermögens (L ^adm ) in Abhängigkeit vom aktuellen Betriebszustand (Z*) vergleichsweise häufig wiederholt, um möglichst jeder maßgeblichen Zustandsänderung der Brennkraftmaschine im transienten Betrieb Rechnung tragen zu können. Die Wiederholung der weiteren vorgenannten Schritte dient dann dem neuerlichen Anfahren eines wiederum mit ausreichenden Lastaufschaltvermögen versehenen Betriebszustands bzw. eines hinsichtlich einer optionalen Optimierungsstrategie optimierten Betriebszustands. Im Ergebnis kann dies zu einer kontinuierlichen Nachregelung des Systems bzw. der Einheiten des Systems gemäß dem grundsätzlichen Konzept der Erfindung führen.

Für das Rechenmodell selbst hat sich ein thermodynamisches Modell am Betriebszu- stand der Brennkraftmaschine als besonders bevorzugt erwiesen. Das thermodynami- schen Rechenmodell berücksichtigt in besonders bevorzugter Weise eine Anzahl von Zustandsgrößen, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus: Leistung, Drehzahl und Temperatur der Brennkraftmaschine, Umgebungstemperatur und Umgebungsdruck, Abgasgegendruck sowie Trägheitsmoment und spezifischer Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschinen-Generator-Einheit. Grundsätzlich müssen nicht alle sondern vielmehr können eine beliebige Anzahl dieser Zustandsgrößen einzeln oder in Kombination zur Definition eines aktuellen Betriebszustands (Z ^* ) der Brennkraftmaschine herangezo- gen werden. Zwar erweist sich die Berücksichtigung wenigstens aller vorgenannter Zustandsgrößen zur ausreichenden Definition eines Betriebszustands der Brennkraftmaschine als vorteilhaft. Für bestimmte Regelungsaspekte hat sich jedoch eine spezifische Auswahl von zwei oder mehreren bestimmten Zustandsgrößen als bevorzugt erwiesen. Dies kann insbesondere die Kombination der Zustandsgrößen aus Leistung und Drehzahl der Brennkraftmaschine oder aus Leistung und Temperatur der Brennkraftmaschine oder eine Kombination aus Drehzahl und Temperatur der Brennkraftmaschine betreffen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben. Diese sollen die Ausführungsbeispiele nicht notwendigerweise maßstäblich darstellen, vielmehr sind die Zeichnungen, wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der aus der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass vielfältige Modifikationen und Änderungen betreffend die Form und das Detail einer Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne von der allgemeinen Idee der Erfindung abzuweichen. Die in der Besch rei- bung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Weiterbildung der Erfindung wesentlich sein. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, der Zeichnung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale. Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht beschränkt auf die exakte Form oder das Detail der im folgenden gezeigten und beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen oder beschränkt auf einen Gegenstand, der eingeschränkt wäre im Vergleich zu dem in den Ansprüchen beanspruchten Gegenstand. Bei angegebenen Bemessungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und beliebig einsetzbar und beanspruchbar sein. Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnung; im Einzelnen zeigen die Zeichnungen in: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform eines Brennkraftmaschinen-Generator-Systems für eine Megayacht, das eine Anzahl von über Wechselrichter an ein Verteilernetz anschließbare, elektrische Leistung generierende Brennkraftmaschinen-Generator-Einheiten unterschiedlicher Art aufweist und das ebenfalls über Wechselrichter an das Verteilernetz anschließbare elektrische Leistung verbrauchende unterschiedliche Lastverbraucher aufweist - vorliegend weist jede Einheit eine drehzahlvariable Brennkraftmaschine und einen Generator auf;

Fig. 2 eine schematische Darstellung des grundsätzlichen Konzepts einer bevorzugten Ausführungsform des Steuer- und Regelverfahrens für das Brennkraftmaschinen- Generator-System, wie beispielsweise das in Fig. 1 , unter schematischer Darstellung einer Brennkraftmaschinen-Generator-Einheit sowie einer ersten und zweiten Teilregelung, wobei der Betriebszustands Z ^* und das Lastaufschaltvermögen L ^adm einer Brennkraftmaschinen-Generator-Einheit im Rahmen eines Rechenmodells abgeleitet werden und bevorzugte Parameter zur Charakterisierung des Lastaufschaltvermögens L ^adm mit bevorzugten Parametern zur Charakterisierung der Lastanforderung der Anzahl von Lastverbrauchern verglichen werden;

Fig. 3 für die bevorzugte Ausführungsform der Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Regelschleife für eine erste das System betreffende übergeordnete Teilregelung zur Bestimmung der Anzahl von anzuschließenden Brennkraftmaschinen-Generator- Einheiten sowie der variablen Lastverteilung und Drehzahlverteilung;

Fig. 4 für die bevorzugte Ausführungsform der Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Regelschleife für eine zweiten, die drehzahlvariable Brennkraftmaschine betreffende Teilregelung insbesondere zum Vergleichen des Lastaufschaltvermögens mit der lastanforderungsabhängigen variablen Lastverteilung und einer davon abhängigen Anpassung der Drehzahl der Brennkraftmaschine.

Fig. 1 zeigt exemplarisch ein Brennkraftmaschinen-Generator-System 1000 für eine Megayacht, das zum Antrieb derselben ausgelegt ist. Als Leistung verbrauchende Lastverbraucher -die im folgenden insgesamt grundsätzlich mit 200 bezeichnet sind- sind am Verteilernetz 300 des Systems 1000 mehrere Propeller angeschlossen, nämlich ein backbordseitiger Hauptpropeller 201 , ein steuerbordseitiger Hauptpropeller 202 sowie ein backbordseitiger Propeller 203 für ein Bugstrahlruder und ein steuerbordseitiger Propeller 204 für ein Bugstrahlruder sowie ein Propeller 205 für ein Heckstrahlruder. Außerdem sind Antriebe 206, 207 für eine steuerbordseitige Kühlanlage und eine backbordseitige Kühlanlage als weitere Lastverbraucher 200 vorgesehen. Die vorgenannten Lastverbraucher 200 sind über Wechselrichter 310 (DC/AC -Wandler) an das Verteilernetz 300 anschließbar, welche einen im Verteilernetz üblicherweise über eine Gleichstromschiene zur Verfügung stehenden Gleichstrom in einen Wechselstrom gewünschter Frequenz transformieren. Das zuvor Ausgeführte gilt grundsätzlich auch für die über Wechselrichter 320 (DC/AC -Wandler) an das Verteilernetz 300 angeschlossenen Lastverbraucher 200 in Form des backbordseitigen Hauptpropellers 201 des steuerbordseitigen Hauptpropellers 302 und mit Einschränkung auch für die Notstromanlage 208 mit Bordnetz 209. Die speziellen Anforderungen und Normen unterliegende Notstromanlage 208 mit Brennkraftmaschinen-Generator-Einheit 403 und Generator 423 wird grundsätzlich als "Stand- Alone' -System betrieben und ist daher grundsätzlich nur bedingt Teil des nachfolgend beschriebenen Steuer- und Regelverfahrens. Darüber hinaus sind die Lastverbraucher 200 direkt über eine separate Brennkraftmaschinen-Generator-Einheit -wie die anderen auch in Form eines Stromerzeugungsaggregats mit Dieselmotor- antreibbar. Dazu werden im Folgenden die Anzahl von an das Verteilernetz 300 über die Wechselrichter 320 an das Verteilernetz 300 anschließbaren Brennkraftmaschinen-Generator-Einheiten 400 im Einzelnen beschrieben. Dazu gehören insbesondere die backbordseitige Brennkraftmaschinen-Generator-Einheit 401 und die steuerbordseitige Brennkraftmaschinen-Generator-Einheit 402, welche den Hauptantrieb für die Hauptpropeller 201 , 202 bilden. Ein Hauptpropeller 201 , 202 ist dabei an eine den Hauptantrieb bildende Brennkraftmaschinen-Generator-Einheit 401 , 402 über ein Sammelgetriebe 411 , 412 an einen zugeordneten Generator 421 , 422 gekoppelt. Demzufolge kann beim Betrieb einer Diesel-Brennkraftmaschine 401 , 402 dieselbe zur alleinigen Stromerzeugung dienen, wenn deren über den Generator 421 , 422 generierte Leistung über den Wechselrichter 320 in das Verteilemetz eingespeist wird. Mittels dem Sammelgetriebe 411 , 412 kann ein Propeller 201 , 202 auch direkt über eine Diesel- Brennkraftmaschine 401 , 402 rein mechanisch oder kombiniert elektromechanisch ange- trieben werden. Die Brennkraftmaschinen-Generator-Einheit 401 , 402 arbeitet als reiner Stromerzeuger, wenn die Diesel-Brennkraftmaschine 401 , 402 ohne Antrieb des Propellers 201 , 202 als elektrische Maschine lediglich den Generator antreibt und Strom erzeugt, der in das Verteilernetz 300 über die Wechselrichter 320 eingespeist werden kann.

Die Diesel-Brennkraftmaschine 403 der oben genannten Notstromanlage 208 treibt einen Generator 423 an, so dass die aus Diesel-Brennkraftmaschine 403 und Generator 423 gebildete Brennkraftmaschinen-Generator-Einheit 420 als Notstromaggregat für das Bordnetz 209 der Megayacht dient. Vorliegend sind die vorgenannten Brennkraftmaschinen-Generator-Einheiten 400 bereits für unterschiedliche Nennleistungen bei geeigneten Drehzahlen ausgelegt. So dient eine Brennkraftmaschine 401 , 402 eines Hauptantriebs zur Erzeugung einer Nennleistung von etwa 3500 kW bei etwa 2050 U/min während die das Notstromaggregat versorgende Diesel-Brennkraftmaschine 403 ausgelegt ist, etwa 730 kW bei ca. 1500 U/min zu erzeugen. An das Verteilernetz 300 sind vorliegend weitere (hier vier) im oberen Bereich gezeigte Brennkraftmaschinen-Generator-Einheiten als Kombination einer Diesel-Brennkraftmaschine 405, 406, 407, 408 mit jeweils einem Generator 425, 426, 427, 428 über Gleichrichter 330 (AC/DC -Wandler) angeschlossen. Zwar sind die Gleichrichter-330 vorliegend getrennt gezeigt, jedoch können diese im Rahmen einer Abwandlung für den Betrieb des jeweiligen Generators 425, 426, 427, 428 einer Brennkraftmaschinen-Generator-Einheit 430 als Aggregat notwendig sein und gehören dann zum Aggregat dazu. Dies kann z. B. die Bereitstellung der Erregung und des Blindleistungsbedarfs des Generators z. B. bei Asynchronmaschinen oder bei hybriderregten Permanentmagnet-Synchronmaschinen betreffen.

Die gezeigten Brennkraftmaschinen der Aggregate sind für eine Leistung von etwa 2880 kW bei ca. 2050 U/min ausgelegt. An das Verteilernetz 300 sind vorliegend also wenigstens drei Gruppen von Brennkraftmaschinen-Generator-Einheiten 410, 420, 430 unter- schiedlicher Nennleistung und Nenndrehzahl über jeweils nicht bezeichnete Schalter anschließbar.

Der als Notgenerator dienende Generator 423 der Brennkraftmaschinen-Generator- Einheiten 420 wird jedoch nur in Ausnahmesituationen, d.h. praktisch nicht, an das Verteilernetz 300 angeschlossen. Die vorliegend erläuterte Schaltung der Fig.1 lässt das zwar theoretisch zu, aber ein Parallelbetrieb von Notgenerator der Brennkraftmaschinen- Generator-Einheit 420 und der Hauptgeneratoren der Brennkraftmaschinen-Generator- Einheiten 410, 430 wird praktisch nur für eine Rücksynchronisierung vorgesehen.

Darüber hinaus sind an das Verteilernetz 300 Landanschlüsse 440 über weitere Gleichrichter 340 zur Einspeisung von elektrischer Leistung anschließbar. Insgesamt ist in Fig. 1 ein vergleichsweise komplexes Brennkraftmaschinen-Generator- System 1000 mit einer Anzahl von an ein Verteilernetz 300 anschließbaren Leistung generierenden Brennkraftmaschinen-Generator-Einheiten 410, 420, 430 -hier in Form von Dieselmotor-Generatoreinheiten- zur Bildung eines Stromerzeugungsaggregats und/oder elektromechanischen Antriebs angeschlossen. Außerdem ist an das Verteilernetz 300 eine Anzahl Leistung verbrauchender Lastverbrauchern 200 angeschlossen. Eine vorgenannte Einheit 410, 420, 430 weist vorliegend unterschiedliche Brennkraftmaschinen 401 , 402, 403 und 405 - 408 in Kombination mit jeweils einem Generator 421 , 422, 423 und 425 - 428 auf.

Bei allen beschriebenen Brennkraftmaschinen (ggfs. ausgenommen dem Notstromaggregat 420) handelt es sich um Dieselmotoren, die als drehzahlvariable Dieselmotoren ausgelegt sind und die damit leistungselektronisch geregelt werden.

In Bezug auf die folgenden Fig. 2 bis Fig. 4 wird eine Steuer- und Regeleinheit in Zu- sammenhang mit einem Verfahren zur Steuerung und Regelung gemäß dem Konzept der Erfindung im Rahmen einer besonders bevorzugten Ausführungsform beschrieben.

Das Konzept der Erfindung ist dazu grundsätzlich anhand von Fig. 2 erläutert anhand einer exemplarisch dargestellten Diesel-Brennkraftmaschinen-Generator-Einheit 400 als Teil des Brennkraftmaschinen-Generator-Systems 1000. Die Einheit 400 weist eine der Diesel-Brennkraftmaschinen 401 - 408 als Brennkraftmaschine auf und einen der Generatoren 421 - 428 als Generator auf und die Einheit 400 ist über einen Wechselrichter 320 bzw. Gleichrichter 330 an das Verteilernetz 300 angeschlossen.

Zugriff auf das Verteilernetz hat auch eine Steuer- und Regeleinrichtung 500 mit einer ersten Teilregelung 501 und einer zweiten Teilregelung 502, die anhand Fig. 3 weiter erläutert ist. Die in Fig. 3 näher gezeigte erste Teilregelung 501 ist eine übergeordnete Teilregelung und betrifft eine Systemebene, d. h. hier werden die grundsätzlichen Regelgrößen, nämlich vorliegend die Anzahl von an das Verteilernetz 300 anzuschließenden Brennkraftmaschinen-Generator-Einheiten 410, 430 in Abhängigkeit des Lastanforde- rungsumfangs und die variable Last- und Drehzahlverteilung geregelt. Die in Fig. 4 näher erläuterte zweite Teilregelung 502 auf Dieselmotorenebene umfasst einen digitalen Signalprozessor zur Darstellung eines die Diesel-Brennkraftmaschine 401 bis 408 darstellenden Rechenmodells 504 und einen Komparator 505 zur Durchführung von Vergleichsabfragen zwischen Parametern eines Lastaufschaltvermögens 506 und Parametern einer lastanforderungsumfangsabhängigen variablen Lastverteilung 507. Daraus gewonnene Stellwerte und Größen 508 zur Beschreibung eines Betriebszustandes Z*, nämlich hier insbesondere eine Drehzahl n _f und eine variable Leistung P _t werden über eine Schnittstelle 510 der ersten Teilregelung 501 zur Verfügung gestellt. Die Schnittstelle 510 bildet gleichzeitig eine Schnittstelle zum Verteilernetz 300, dem alle Leistungs- und Laständerungen zur Verfügung stehen.

Vorliegend besitzt jeder der Dieselmotoren 401 , 402, und 403 -408 eine zweite Teilrege- lung 502 mit einem digitalen Signalprozessor zur Darstellung des Rechenmodells 504. Die zweite Teilregelung 502 implementiert insofern einen modellbasierten Regler, der aus einem aktuellen in einem Kennlinienfeld K bestimmten aktuellen Betriebszustand Z ^* mögliche Laständerungen innerhalb eines Betriebszustandsbereichs ZB*, die der Motor übernehmen kann, berechnet. In der Darstellung der Fig. 2 wird angenommen, dass der Motor aktuell im Kennfeld am Betriebszustand Z ^* bei der Leistung P, der Brennkraftmaschine, der Drehzahl n, der Brennkraftmaschine betrieben wird. Ein Vektor aus diversen Größen 508 -wie beispielsweise der Betriebstemperatur Motors Τ _; , der Umgebungstemperatur T _Ul dem Luftdruck p _u und dem Trägheitsmoment J sowie dem spezifischen Kraftstoffverbrauch "sfc" der Brennkraftmaschinen-Generator-Einheit 410, 420, 430 oder weiteren optimierbaren Parametern wie z. B. einem Abgasgegendruck p _AG - bestimmt dabei maßgeblich die zulässigen transienten Laständerungen L ^adm innerhalb des Betriebszustandsbereichs ZB ^* , die der Motor mit ausreichender Reserve übernehmen kann. Das sogenannte Lastaufschaltvermögen 506 wird vorliegend charakterisiert durch einen Betrag eines zulässigen Leistungssprungs AP _j ^adm in Bezug auf den aktuellen Be- triebszustand Z* und eine zulässige Leistungsrampe 5P ^adm in Bezug auf den aktuellen Betriebszustand Z ^* . In dem thermodynamischen Rechenmodell 504 sind die Grenzen dieses zulässigen Lastaufschaltvermögens L ^adm als mit dicker Umrandung versehener Parameterbereich dargestellt. Der digitale Signalprozessor der ersten Teilregelung 502 bestimmt insofern durch Simulation des transienten Verhaltens eines Motors-d. h. des Dieselmotors jedenfalls der Brennkraftmaschinen 401 , 402 und 405 -408- einen aktuellen Betriebszustand Z ^* und leitet daraus ein zulässiges Lastaufschaltvermögen L ^adm in Abhängigkeit vom aktuellen Betriebszustand Z* ab, das maximal dem Betriebszustandsbereich ZB* entspricht. Die vorgenannten Größen 508 stellen eine nicht abschließende Aufzählung von den Betriebszustand Z ^* bzw. den Betriebszustandsbereich ZB* bzw. das zulässige Lastaufschaltvermögen L ^adm definierende Größen dar. Je nach Rechenaufwand und Erforderlichkeit kann eine mehr oder weniger große Anzahl von Größen 508 gewählt werden, um die Beschreibung eines Motors im Rechenmodell ausreichend zu gestalten. Das Rechenmodell auf dem digitalen Signalprozessor kann beispielsweise im Dieselmotor selbst integriert sein. Es kann auch in einem externen Rechner ausgeführt werden und der Steuer- und Regeleinrichtung 500 zur Verfügung gestellt werden. Die zulässigen Laständerungen im Rahmen eines Lastaufschaltvermögens 506 müssen dem Rahmen der für Drehzahlen und Lastverteilungen angeforderten Lastparameter an der Schnittstelle 510 zum Verteilernetz 300 bzw. zur ersten Teilregelung 501 entsprechen. Vorliegend ist die Lastanforderung und die damit zusammenhängende Lastverteiung 507 der Lastverbraucher 201 , 202, 203, 204, 205, 206, 207 und ggfs. 208 , 209 bestimmt durch entsprechende Wirklasten P, ^L Lastsprünge AP, ¹ und Lastrampen δΡ,'. Diese werden im Rahmen der ersten Teilregelung 501 umgesetzt in angeforderte Lasten eines Lastanforderungsumfang AP ^req und 5P ^req .

Im Ergebnis kann somit durch das der Regelung hinterlegte Rechenmodell 504 mit Kenn- linien K des Dieselmotors der aktuelle Zustand Z* und damit sein Vermögen Laständerungen zu übernehmen, jederzeit online und in Echtzeit berechnet werden. Dies ermöglicht es, den Dieselmotor abhängig von den erwarteten Laständerungen in einen optimalen Betriebspunkt zu steuern. Bei Brennkraftmaschinen-Generator-Einheiten variabler Drehzahl -wie im vorliegenden Fall jedenfalls die Einheiten 410, 430, ggfs. auch 420- kann dieselbe Leistung bei verschiedenen Drehzahlen bereitgestellt werden, was zum Teil erheblichen Einfluss auf den Kraftstoffverbrauch und das Lastauf schaltvermögen hat. Bei bekannten maximal auftretenden Lastsprüngen AP _req und Lastrampen ÖP _req kann mit Hilfe des Rechenmodells 504 ein Leistungs- und Drehzahlbereich für eine Lastaufschalt- vermögen L ^adm berechnet werden, der zum einen einen sicheren Betrieb gewährleistet, da er innerhalb des möglichen Betriebszustandsbereich ZB ^* liegt. Zum anderen kann innerhalb dieses zulässigen Lastaufschaltvermögens L ^adm ein optimaler Betriebspunkt gegebenenfalls abhängig von einer gewählten Optimierungsstrategie bestimmt werden. Da sowohl die maximale Laständerung vom aktuellen Betrieb abhängt als auch das Lastaufnahmevermögen des Dieselmotors von den aktuellen Betriebsbedingungen, wird die Regelung 500 mit dem Rechenmodell 504 in einem Regelkreis kontinuierlich durchgeführt. Dies wird anhand der folgenden Fig. 3 und Fig. 4 erläutert.

Fig. 3 zeigt den Aufbau einer ersten das System 1000 betreffenden übergeordneten ersten Teilregelung mit Regel- und Prozessormitteln.

Die in Fig. 2 beschriebene Schnittstelle 510 stellt zunächst -als wesentliche Angabe zur Leistungserzeugung- die Anzahl von verfügbaren Brennkraftmaschinengeneratoreinhei- ten 400 zur Verfügung, die im Folgenden auch als #GENSETS bezeichnet ist. Vorliegend handelt es sich dabei um die in Fig. 1 bezeichneten Gensets mit den Brennkraftmaschinen der Einheiten 410, und 430; vorliegend ist dies eine Anzahl von sechs Gensets. Des Weiteren steht an der Schnittstelle 510 eine Information zu möglichen Lastanforderungen der Lastverbraucher zur Verfügung. Dabei kommen die anhand von Fig. 1 bezeichneten Lastverbraucher, -insbesondere die Propeller 201 , 202, 203, 204, 205 sowie die weiteren Lastverbraucher 207 bis 209- zum Einsatz. Die Lastanforderungen werden im Rahmen eines Lastanforderungsumfangs für jeden Lastverbraucher beschrieben. Dies ist vorliegend eine Wirklast P,, ein Lastsprung ΔΡ,' und eine Lastrampe δΡ,'. Die in die Schnittstelle 510 eingreifende erste Teilregelung 501 ermittelt daraus einen Lastanforderungsumfang, der vorliegend mit vergleichsweise wenig Aufwand bestimmt ist durch die Summe der Wirklasten P-, einem Maximum der Lastsprünge ΔΡ,' und einem übergeordneten Wert der Lastrampen ÖPj ^resbl . Letzterer kann beispielsweise ebenfalls als Maximalwertbildung erfolgen oder als ein oberer Grenzwert oder oberer Mittelwert aller Lastrampen.

In der ersten Teilregelung 501 selbst wird dann zunächst in einem Schritt 51 1 aufgrund des Rechenmodells 504 die Betriebszustände Z* und die diese beschreibenden Zu- standsgrößen 508 bzw. der mögliche Betriebszustandsbereich ZB* zur Verfügung ge- stellt. Diese Informationen ermöglichen grundsätzlich die Angabe von in einem transien- ten Betriebszustand zur Verfügung stehender Leistungen sowie aller Lastaufschaltver- mögen der Anzahl von zur Verfügung stehenden Brennkraftmaschinen auf Grundlage des Rechenmodells 504. In einem Schritt 512 wird verglichen, ob die Summe aller Last- aufschaltvermögen und zur Verfügung stehenden Leistungen der Brennkraftmaschinen größer ist als der Lastanforderungsumfang der Anzahl von Lastverbrauchern wie er über die Schnittstelle 510 der ersten Teilregelung zur Verfügung gestellt ist. Für den Fall, dass dies nicht zutrifft, wird in einem N^Zweig der ersten Teilregelung 501 die Anzahl #GENSET der Gensets um "1 " erhöht und die Schritte 51 1 und 512 von Neuem durchgeführt bis die zuvor beschriebene Bedingung im Schritt 512 erfüllt ist. In einem Schritt Y1 wird sodann geprüft, ob die über verfügbare Gensets zur Verfügung stehenden Zu- standsgrößen optimiert sind. Dies ist nicht der Fall, wenn die im zweiten N ₂ -Zweig der ersten Teilregelung genannte summarische Randbedingung nicht erfüllt ist. Konkret wird geprüft, ob die Summe aller einzelnen möglichen Leistungssprünge AP, größer ist als ein Maximum der Lastsprünge für das System 1000. Es wird auch geprüft, ob das Maximum aller einzelnen möglichen Leistungsrampen öP _j als ein übergeordneter Wert der für das System 1000 zu erwartenden Lastrampen ÖPjrepresentativ ist oder ob ein angemessen entsprechend größerer Wert verwendet werden muss. Die variable Last- und Drehzahlverteilung var (P _j ) var (n _j ) einer angeforderten Last- und Drehzahlverteilung für ein einzelnes Genset wird im N ₂ -Zweig der ersten Teilregelung 501 solange angepasst, bis diese summarische Randbedingung erfüllt ist. Im Ergebnis führt dies dazu, dass auf System- ebene das System 1000 in der Lage ist, jeden vernünftig zu erratenden Lastsprung bzw. jede vernünftig zu erwartende Lastrampe der Lastverbraucher auch im transienten Betrieb zu erfüllen. Insbesondere werden in einem Y ₂ -Zweig der ersten Teilregelung 501 die vorgenannten Schritte 51 1 (Bestimmen des Betriebszustands Z* und Betriebszustands- bereich ZB*), 512 (Bestimmen der Anzahl von anzuschließenden Einheiten 400), 513 (Optimieren hinsichtlich der summarischen Randbedingung) kontinuierlich, d.h. „in the loop", durchgeführt. Sowohl eine maximale Laständerung ΜΑΧ(ΔΡ') als auch das Lastaufnahmevermögen ZB* hängt vom aktuellen Betriebszustand Z* ab. Durch die kontinuierliche Betriebsweise ist sichergestellt, dass sich auf übergeordneter Regelebene für das System 1000 des Brennkraftmaschinengeneratorsystems in einem sicheren und gleichzeitig optimalen Betriebszustand befindet.

Die im N ₂ -Zweig definierte, in Fig. 3 gezeigte, summarische Randbedingung hat einen auf die angeforderte Einheit 400 bezogenen Betrag einer variablen Lastverteilung var ^P _j in Bezug auf den aktuellen Betriebszustand Z* und variable Drehzahlverteilung n _j zur Folge. Diese als angeforderter Lastsprung AP _j ^req und angeforderte Lastrampe ÖP{° bezeichneten lastanforderungsumfangsabhängigen variablen Lastverteilungen für eine einzelne Brennkraftmaschine 400 werden der in Fig. 4 näher beschriebenen zweiten Teilregelung 502 zur Verfügung gestellt.

Wie in Fig. 4 dargestellt hat im Schritt 521 die zweite, die drehzahlvariable Brennkraftma- schine betreffende, Teilregelung 502 auch die Ergebnisse des Rechenmodells 504 zur Verfügung, nämlich den Betriebszustand Z* und den Betriebszustandsbereich ZB*.

Wie anhand von Fig. 2 erläutert lässt sich aus dem Betriebszustandsbereich ZB* ein darin liegender zulässiger Bereich eines Lastaufschaltvermögens L ^adm angeben. Vorliegend ist dieser definiert durch einen zulässigen Leistungssprung AP ^dm und eine zulässi- ge Leistungsrampe öP _j ^adm in Bezug auf den aktuellen Betriebszustand Z*; diese Festlegung gilt auch in einem transienten Betrieb der Brennkraftmaschine 400, was im Schritt 522 für die zweite Teilregelung in Fig. 4 dargestellt ist. Im Schritt 523 der zweiten Teilregelung 502 werden die vorgenannten Parameter des zulässigen Lastaufschaltvermögens APadm, ÖP _adm verglichen mit der lastanforderungsumfangsabhängigen variablen Parame- tern der Lastverteilung AP _req δΡ^. Für den Fall, dass die Werte für die angeforderte Last nicht innerhalb des zulässigen Lastaufschaltvermögens L ^adm liegt, wird in einem ersten Ν,-Zweig der zweiten Teilregelung 502 eine Drehzahl n _new der Brennkraftmaschine unter Wiederholung der vorgenannten Schritte 521 , 522, 523 solange angepasst, bis die in Schritt 523 aufgeführte Bedingung erfüllt ist. Ist dies der Fall, kann davon ausgegangen werden, dass jedenfalls hinsichtlich der Lastanforderung und des verfügbaren Lastauf- schaltvermögens der Brennkraftmaschine der Betriebszustand Z* der Brennkraftmaschine sicher gewählt ist. In einem Zweig Y1 wird in der zweiten Teilregelung 502 dann geprüft, ob alle optimierbaren Zustandsgrößen der Brennkraftmaschine einer weiteren Randbedingung genügen. Beispielsweise kann eine Optimierungsstrategie darin bestehen, einen möglichst geringen Kraftstoffverbrauch bei der Brennkraftmaschine zu fahren. In dem Fall besteht eine Optimierungsgröße darin, die Brennkraftmaschine in einem Bereich mit möglichst geringem spezifischem Verbrauch zu betreiben (sfc möglichst gering). Sollte die bislang gewählte Drehzahl n _new den optimierten Anforderungen noch nicht genügen, wird in einem zweiten N ₂ -Zweig der zweiten Teilregelung die Drehzahl n solange optimiert, bis sie einer optimalen Drehzahl n _opt entspricht, wobei dennoch die im Schritt 523 genannte Bedingung erfüllt sein muss. D. h. auch bei optimierter Drehzahl sollte die der zweiten Teilregelung 502 unterliegende Brennkraftmaschine ein Lastaufschaltvermögen haben, das größer als die lastanforderungsabhängige variable Lastverteilung für die Brennkraftmaschine ist.

Liegt eine optimierte Drehzahl n _opt für die Brennkraftmaschine vor, wird die zweite Teilregelung in einem zweiten Y ₂ -Zweig kontinuierlich„in the loop" weiterbetrieben, indem die vorgenannten Schritte 521 bis 524 wiederholt werden. Die Wiederholungsrate der Schritte 521 bis 524 kann entsprechend der Dynamik des transienten Zustands der Brennkraftmaschine gewählt werden, so dass sichergestellt ist, dass sowohl bei schnellen als auch langsamen dynamischen transienten Zustandsänderungen die vorgenannten sicheren und optimalen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine erfüllt sind. Insbesondere wird bei Durchführung der zweiten Teilregelung 502 der Betriebszustand Z* und der Betriebszustandsbereich ZB ^* aus dem Schritt 521 für die Brennkraftmaschine an den Schritt 511 der ersten Teilregelung 501 übermittelt, so dass die übergeordnete erste Teilregelung 501 gegebenenfalls Leistungsanforderungen neu festlegen kann und diese unter Rückkopplung im Schritt 523 der zweiten Teilregelung 502 einspeisen kann. Im Normalfall eines Defizits auf der Erzeugerseite wird, wie erläutert, entweder ein weiteres Aggregat gestartet im Rahmen des N Zweigs der ersten Teilregelung 501. Andernfalls, - falls beispielsweise bereits alle Aggregate gestartet sind- müssen die im Betrieb befindlichen Aggregate in Betriebspunkte Z* gefahren werden, sodass die möglicherweise geforderte Laständerung des Schritts 523 der zweiten Teilregelung 502 gefahren werden kann.

Für den Fall, dass das Durchführen des N^Zweigs der zweiten Teilregelung 502 zu keinem schlüssigen Ergebnis führt, muss davon ausgegangen werden, dass die angefor- derte Leistung nicht erbracht werden kann. Um diese Feststellung treffen zu können, können weitere Prüfungen erforderlich sein, so dass es nur im Ausnahmefall und als letzte Möglichkeit in Betracht kommt, einen Lastabwurf zuzulassen, der ein Abschalten von unwichtigen Verbrauchern bezogen auf die akute Fahrsituation der Megayacht vorsehen kann. Dies kann beispielsweise das Abschalten der Verbraucher an den Wechsel- richtern 310 umfassen. Dies kann beispielsweise auch ein Abschalten von Verbrauchern an den Wechselrichter 320 umfassen. In einem Zusatz oder einer Alternative kann auch ein Start von weiteren Verbrauchern gesperrt werden.

Die vorliegende Ausführungsform sieht auch ein Fehlerszenario vor, bei dem im Fehlerfall die sonst als drehzahlvariable Dieselmotoren betrachteten Brennkraftmaschinen 401 bis 408 (außer ggfs. 403) als drehzahlkonstante Motoren betrieben werden, wie dies bei konventionellen Gensets der Fall ist.

Insgesamt bietet das vorliegende Verfahren den Vorteil, dass -wenn überhaupt- nur ein gezielter Lastabwurf von mehr oder weniger kritischen Verbrauchern erforderlich ist, da im Rahmen des Rechenmodells 504 und der Verfahrensschritte 511 und 521 eine ständi- ge Simulation auch eines transienten Zustands der Dieselbrennkraftmaschine umgesetzt wird.

Bezugszeichen

200 Lastverbraucher

300 Verteilernetz

1000 System

201 backbordseitiger Hauptpropeller

202 steuerbordseitiger Hauptpropeller

203 backbordseitiger Propeller

204 steuerbordseitiger Propeller

206, 207 Antriebe

208 Notstromaggregat

209 Bordnetz

310, 320 Wechselrichter

330, 340 Gleichrichter

400 Brennkraftmaschinen-Generator-Einheiten

401 backbordseitige Brennkraftmaschinengeneratoreinheit

402 steuerbordseitige Brennkraftmaschinengeneratoreinheit

403 Dieselbrennkraftmaschine für ein Notstromaggregat 405, 406, 407, 408 Dieselbrennkraftmaschine

411 , 412 Sammelgetriebe

421 , 422, 423, 425, 426, 427, 428 Generator

410, 420, 430 Brennkraftmaschinengeneratoreinheit

440 Landanschlüsse

500 Steuer- und Regeleinrichtung

501 erste Teilregelung 502 zweite Teilregelung 504 Rechenmodell

505 Komparator

506 Lastaufschaltvermögen

507 lastanforderungsumfangsabhängige variable Lastverteilung 510 Schnittstelle

K Kennlinienfeld

P Wirklasten

AP _j ^req , dP _j ^req angeforderte Lastsprünge und Lastrampen

AP _j ^adm , dP _j ^adm zulässige Leistungssprünge und Leistungsrampen L ^adm Lastaufschaltvermögen

L ^req geforderte Lastaufschaltung, die auf die einzelnen Aggregate verteilt werden muss. n ^req Drehzahlverteilung

#GENSET Anzahl von anzuschließenden Brennkraftmaschinen-Generator- Einheiten 400

SUM (GENSET) Leistungssumme der Brennkraftmaschinen-Generator-Einheiten

400

SUM (LOAD) Lastsumme der Verbraucher

514, 525 Regelschleife P _j , _nj , T _j Leistung, Drehzahl, Temperatur einer Brennkraftmaschine

T _u , p _u Umgebungstemperatur, Umgebungsdruck p _AG Abgasgegendruck

J _j Trägheitsmoment einer Einheit 400 spezifischer Kraftstoffverbrauch

aktueller Betriebszustand

Betriebszustandsbereich für ein Lastaufschaltvermögen U