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

Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung zur Regelung einer eine Brennkraftmaschine und einen mit der Brennkraftmaschine antriebswirkverbundenen Generator umfassenden Leistungsanordnung, eine Regelanordnung mit einer solchen Regeleinrichtung, eine Leistungsanordnung, umfassend eine Brennkraftmaschine und einen mit der Brennkraftmaschine antriebswirkverbundenen Generator, mit einer solchen Regeleinrichtung oder mit einer solchen Regelanordnung, und ein Verfahren zur Regelung einer solchen Leistungsanordnung.

Eine solche Regeleinrichtung ist typischerweise eingerichtet, um eine Drehzahl der Brennkraftmaschine und mittelbar darüber eine Generatorfrequenz des mit der Brennkraftmaschine antriebswirkverbundenen Generators zu regeln. Dies ist insoweit problematisch, als eine vergleichsweise dynamische Größe zur Regelung herangezogen wird. Somit ist die Regelung intrinsisch vergleichsweise wenig robust, worunter insbesondere ein stationäres Regelverhalten leidet. Hinzu kommt, dass der Drehzahlregler eigens in besonderer Weise parametriert werden muss, um die Generatorfrequenz regeln zu können. Weiterhin bedarf es einer separaten Adaption für jeden Drehzahlregler jeder spezifischen Leistungsanordnung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Regeleinrichtung zur Regelung einer eine Brennkraftmaschine und einen mit der Brennkraftmaschine antriebswirkverbundenen Generator umfassenden Leistungsanordnung, eine Regelanordnung mit einer solchen Regeleinrichtung, eine Leistungsanordnung, umfassend eine Brennkraftmaschine und einen mit der Brennkraftmaschine antriebswirkverbundenen Generator, mit einer solchen Regeleinrichtung oder mit einer solchen Regelanordnung, und ein Verfahren zur Regelung einer solchen Leistungsanordnung zu schaffen, wobei die genannten Nachteile nicht auftreten. Die Aufgabe wird gelöst, indem die vorliegende technische Lehre bereitgestellt wird, insbesondere die Lehre der unabhängigen Ansprüche sowie der in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung offenbarten Ausführungsformen.

Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem eine Regeleinrichtung zur Regelung einer eine Brennkraftmaschine und einen mit der Brennkraftmaschine antriebswirkverbundenen Generator umfassenden Leistungsanordnung geschaffen wird, wobei die Regeleinrichtung eingerichtet ist, um in einem ersten Funktionszustand eine Generatorfrequenz des Generators als Regelgröße zu erfassen. Die Regeleinrichtung ist außerdem eingerichtet, um eine Regelabweichung als Differenz der erfassten Generatorfrequenz zu einer Soll-Generatorfrequenz zu ermitteln. Weiterhin ist die Regeleinrichtung eingerichtet, um eine Soll-Drehzahl als Stellgröße zur Ansteuerung der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von der Regelabweichung zu bestimmen. Die Regeleinrichtung ist außerdem eingerichtet, um ein Regelgesetz zur Bestimmung der Soll- Drehzahl zu verwenden. Die Regeleinrichtung ist eingerichtet, um mit einer Steuereinrichtung der Brennkraftmaschine derart wirkverbunden zu werden, dass die Soll-Drehzahl von der Regeleinrichtung an die Steuereinrichtung übermittelt werden kann. Insbesondere ist die Regeleinrichtung als Generatorregler ausgebildet und mit der Steuereinrichtung der Brennkraftmaschine derart wirkverbindbar, dass die Soll-Drehzahl von der Regeleinrichtung an die Steuereinrichtung übermittelt werden kann. Indem die hier vorgeschlagene Regeleinrichtung die Soll-Drehzahl in Abhängigkeit von der als Differenz der erfassten Generatorfrequenz zu der Soll-Generatorfrequenz ermittelten Regelabweichung berechnet, wird eine vergleichsweise langsame Regelung bereitgestellt, die in robuster Weise Abweichungen von der Soll- Generatorfrequenz nachregeln kann. Indem die Regeleinrichtung hierfür ein Regelgesetz verwendet, wird eine besonders robuste Ausgestaltung der Frequenzregelung erzielt. Die Dynamik für den Betrieb der Leistungsanordnung wird demgegenüber getrennt davon durch einen in der Steuereinrichtung der Brennkraftmaschine implementierten Drehzahlregler bereitgestellt. Auf diese Weise ergibt sich eine besonders robuste Ausgestaltung der Regeleinrichtung zum Zweck der Frequenzregelung. Außerdem bedarf es keiner eigenständigen, separaten Parametrisierung des Drehzahlreglers der Brennkraftmaschine _· Dadurch, dass die Regeleinrichtung selbst als Generatorregler ausgebildet und mit der Steuereinrichtung der Brennkraftmaschine wirkverbindbar ist, kann sie flexibel mit verschiedenen Brennkraftmaschinen in verschiedenen Leistungsanordnungen eingesetzt werden. Insbesondere kann so die Regeleinrichtung auch mit Brennkraftmaschinen oder Leistungsanordnungen anderer Hersteller verwendet werden.

Unter einer Generatorfrequenz wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere die Frequenz der in dem Generator induzierten elektrischen Spannung, insbesondere die Frequenz der elektrischen Ausgangsspannung des Generators, verstanden.

Unter einem Regelgesetz wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere eine mathematische Beziehung, insbesondere eine Gleichung verstanden, welche das Verhalten eines Reglers beschreibt. Insbesondere beschreibt das Regelgesetz den Zusammenhang zwischen der Stellgröße und der Regelabweichung. Insbesondere beschreibt das Regelgesetz, wie sich die Stellgröße in Abhängigkeit von der Regelabweichung verhält. In bevorzugter Ausgestaltung beschreibt das Regelgesetz das Verhalten eines Reglers, der ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus einem P-Regler, einem I-Regler, einem D-Regler, einem PI-Regler, einem PD- Regler, einem PD1 -Regeier, einem PD2-Regler, einem PID-Regler, einem PT 1 -Regler, einem PT2-Regler, einem PI(DT1)-Regler, und einer Kombination von mindestens zwei der vorgenannten Regler. Regelgesetze, die das Verhalten dieser und anderer Regler beschreiben, sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt.

Das Regelgesetz ist bevorzugt in die Regeleinrichtung implementiert, vorzugsweise in eine Hardwarestruktur der Regeleinrichtung, oder in Form einer Software, die während des Betriebs der Regeleinrichtung auf der Regeleinrichtung ausgeführt wird. Insbesondere ist es einerseits möglich, dass die Stellgröße in Abhängigkeit von der Regelabweichung explizit durch softwaretechnisches Durchführen bestimmter Rechenschritte berechnet wird; es ist aber auch möglich, dass die Stellgröße in Abhängigkeit von der Regelabweichung aufgrund der bestimmten Verschaltung der Hardwarestruktur der Regeleinrichtung bestimmt, das heißt quasi indirekt berechnet wird.

Unter einer Regeleinrichtung wird insbesondere eine Regelungseinrichtung verstanden. In entsprechender Weise wird unter einer Regelanordnung insbesondere eine Regelungsanordnung verstanden. Unter einer Steuereinrichtung wird entsprechend insbesondere eine Steuerungseinrichtung verstanden. Unter einem Generatorregler wird insbesondere ein von der Steuereinrichtung der Brennkraftmaschine separates, das heißt insbesondere externes Steuergerät verstanden, welches eingerichtet ist, um die Generatorfrequenz des Generators durch Vorgabe der Soll-Drehzahl für die Brennkraftmaschine zu regeln, insbesondere die Soll-Drehzahl als Stellgröße an die Steuereinrichtung der Brennkraftmaschine zu übermitteln. Insbesondere ist ein Generatorregler selbst kein Steuergerät für die Brennkraftmaschine, insbesondere keine sogenannte Engine Control Unit (ECU). Insbesondere ist der Generatorregler zusätzlich zu der Steuereinrichtung für die Brennkraftmaschine, das heißt zusätzlich zu dem Steuergerät, vorgesehen.

Unter einer Leistungsanordnung wird hier insbesondere eine Anordnung aus einer Brennkraftmaschine und einer als Generator betreibbaren elektrischen Maschine, d.h. einem Generator, verstanden, wobei die Brennkraftmaschine mit dem Generator antriebs wirkverbunden ist, um den Generator anzutreiben. Somit ist die Leistungsanordnung insbesondere eingerichtet, um in der Brennkraftmaschine in mechanische Energie umgesetzte chemische Energie in dem Generator in elektrische Energie zu wandeln. Die Leistungsanordnung kann alleine - in einem sogenannten Inselbetrieb - betrieben werden, oder auch mit einer Mehrzahl von - insbesondere wenigen - anderen Leistungsanordnungen gemeinsam in einem Verbund, das heißt in einem Inselparallelbetrieb. Es ist aber auch möglich, dass die Leistungsanordnung an einem insbesondere größeren Stromnetz oder Energieversorgungsnetz, insbesondere einem überregionalen Stromnetz, im Netzparallelbetrieb betrieben wird.

Der erste Funktionszustand ist bevorzugt einem Inselparallelbetrieb oder Netzparallelbetrieb einer mit der Regeleinrichtung ausgestatteten Leistungsanordnung zugeordnet. Die Regeleinrichtung ist bevorzugt eingerichtet, um den ersten Funktionszustand anzunehmen, wenn eine mit ihr wirkverbundene Leistungsanordnung in einem Inselparallelbetrieb oder Netzparallelbetrieb - d. h. insbesondere im Verbund mit wenigstens einer anderen Leistungsanordnung oder an einem überregionalen Stromnetz - betrieben wird. Wie im Folgenden noch erläutert wird, ist die Regeleinrichtung in dem ersten Funktionszustand bevorzugt eingerichtet, um die Soll-Drehzahl - insbesondere abhängig von einer momentanen Lastanforderung - zu variieren.

Bevorzugt weist die Regeleinrichtung eine Schnittstelle auf, über die sie mit einer Steuereinrichtung der Brennkraftmaschine derart wirkverbunden werden kann, dass die Soll- Drehzahl über die Schnittstelle von der Regeleinrichtung an die Steuereinrichtung übermittelt werden kann. In bevorzugter Ausgestaltung ist die Regeleinrichtung - insbesondere über die Schnittstelle - mit einer Steuereinrichtung der Brennkraftmaschine derart wirkverbunden, dass die Soll-Drehzahl von der Regeleinrichtung an die Steuereinrichtung übermittelt werden kann. Vorzugsweise ist die Regeleinrichtung außerdem eingerichtet, um wenigstens eine Drehmomentgröße von der Steuereinrichtung zu empfangen. Insbesondere ist die Schnittstelle bevorzugt so eingerichtet, dass zusätzlich zu der Ausgabe der Soll-Drehzahl die wenigstens eine Drehmomentgröße über die Schnittstelle empfangen werden kann. Es ist aber auch möglich, dass für das Empfangen der wenigstens einen Drehmomentgröße eine separate, zweite Schnittstelle vorgesehen ist.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Regeleinrichtung eingerichtet ist, um das zur Bestimmung der Soll-Drehzahl verwendete Regelgesetz in Abhängigkeit von wenigstens einer Anpassungsgröße anzupassen, wobei die wenigstens eine Anpassungsgröße ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus einer Droop-Größe und einer - insbesondere von der Steuereinrichtung der Brennkraftmaschine berechneten - Drehmomentgröße. Bevorzugt ist diese Drehmomentgröße die wenigstens eine, über die Schnittstelle oder über eine separate, zweite Schnittstelle empfangene Drehmomentgröße.

Insbesondere die Verwendung und ganz besonders die Anpassung des Regelgesetzes ermöglichen es, die Regeleinrichtung in Kombination mit einer Vielzahl verschiedener Leistungsanordnungen, insbesondere mit einer Vielzahl verschiedener Brennkraftmaschinen zu betreiben, ohne dass es einer spezifischen Anpassung an die konkret betriebene Leistungsanordnung, insbesondere an die konkret betriebene Brennkraftmaschine, bedarf. Dadurch kann die Leistungsanordnung, insbesondere die Brennkraftmaschine quasi einstellungsfrei betrieben werden, sodass ein ansonsten bei herkömmlichen Regeleinrichtungen und Verfahren nötiger Adaptierungsaufwand bei Verwendung der erfindungsgemäßen technischen Lehre vorteilhaft minimal ist, vorzugsweise völlig entfällt.

Dass das Regelgesetz in Abhängigkeit der wenigstens einen Anpassungsgröße angepasst wird, ermöglicht es außerdem vorteilhaft, eine Kreisverstärkung des offenen Regelkreises in allen Betriebspunkten ähnlich, vorzugsweise über alle Betriebspunkte auf einem vorbestimmten Wert, insbesondere auf einem vom Anwender parametrierten Wert, konstant zu halten. Dies wiederum vereinfacht das Regelverhalten und damit zugleich auch die Einstellung der Regeleinrichtung auf den konkreten Anwendungsfall. Insbesondere ist die Regeleinrichtung auf diese Weise einfach zu adaptieren sowie leicht und zuverlässig einsetzbar, was nicht zuletzt auch Kosten in der Anwendung einspart.

Unter einer Kreisverstärkung des offenen Regelkreises wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere das Produkt eines Proportionalbeiwerts des Regelgesetzes mit der statischen (s = 0) Verstärkung der Regelstrecke bei sprunghafter Anregung verstanden.

Unter einer Anpassung des Regelgesetzes in Abhängigkeit von wenigstens einer Anpassungsgröße wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere verstanden, dass wenigstens ein das Regelgesetz bestimmender Parameter in Abhängigkeit von der wenigstens einen Anpassungsgröße verändert wird. In bevorzugter Ausgestaltung wird das Regelgesetz in Abhängigkeit von der wenigstens einen Anpassungsgröße angepasst, indem der Proportionalbeiwert des Regelgesetzes in Abhängigkeit von der wenigstens einen Anpassungsgröße verändert wird. Das Regelgesetz wird dabei in bevorzugter Ausgestaltung insbesondere durch den Proportionalbeiwert als Parameter bestimmt. Unter einer Anpassungsgröße wird entsprechend eine Größe verstanden, abhängig von der der wenigstens eine das Regelgesetz bestimmende Parameter verändert wird. Insbesondere ist eine Anpassungsgröße eine Größe, von welcher ein Wert des wenigstens einen das Regelgesetz bestimmenden Parameters abhängt.

Die Droop-Größe ist bevorzugt eine Größe, die vorgesehen ist und verwendet wird, um eine vorbestimmte Leistungsverteilung auf eine Mehrzahl von Leistungsanordnungen zu gewährleisten. Die Droop-Größe wird auch als P-Grad bezeichnet. Vorzugweise ist der Droop- Größe in dem ersten Punktionszustand ein endlicher Wert von insbesondere wenigen Prozentpunkten, vorzugsweise höchstens 8 %, vorzugsweise 4 %, zugeordnet. Die Droop-Größe hat auch eine dämpfende und stabilisierende Wirkung auf das Verhalten der Leistungsanordnung im Verbund mit weiteren Leistungsanordnungen. Die Droop-Größe kann aber auch in dem ersten Punktionszustand zu Null gewählt werden, wenn die Leistungsverteilung nicht in der Regeleinrichtung selbst, sondern in einem übergeordneten Steuergerät erfolgt, welches insbesondere der Regeleinrichtung vorgeschaltet ist. Die Droop-Größe nimmt insbesondere den Wert null an, wenn die Regeleinrichtung keine Leistungsverteilung vomimmt. In einem zweiten Funktionszustand weist die Droop-Größe bevorzugt den Wert null auf. Der zweite Funktionszustand ist in bevorzugter Ausgestaltung einem Inselbetrieb einer mit der Regeleinrichtung wirkverbundenen Leistungsanordnung zugeordnet, d. h. einem Betrieb der Leistungsanordnung als einziger Leistungserzeugungseinrichtung in einem - insbesondere vergleichsweise kleinen - Stromnetz. Entsprechend bedarf es keiner Leistungsverteilung.

In bevorzugter Ausgestaltung ist die Drehmomentgröße ein insbesondere momentanes Drehmoment der Brennkraftmaschine, bevorzugt ein zeitverzögertes, insbesondere gefiltertes Drehmoment. Alternativ oder zusätzlich ist die Drehmomentgröße bevorzugt eine von dem - insbesondere momentanen - Drehmoment der Brennkraftmaschine abgeleitete Größe.

Vorzugsweise wird das Regelgesetz in Abhängigkeit von der wenigstens einen Anpassungsgröße nachgeführt, wobei es insbesondere an sich ändernde Betriebspunkte der Leistungsanordnung - insbesondere automatisch - angepasst wird.

In einer alternativen bevorzugten Ausgestaltung ist die Regeleinrichtung eingerichtet, um das Regelgesetz - insbesondere unabhängig von einem momentanen Betriebspunkt der Leistungsanordnung - konstant zu halten.

Insbesondere ist die Regeleinrichtung bevorzugt eingerichtet, um das Regelgesetz in dem ersten Funktionszustand in Abhängigkeit von der wenigstens einen Anpassungsgröße anzupassen, insbesondere nachzuführen.

Vorzugsweise ist die Regeleinrichtung eingerichtet, um das zur Bestimmung der Soll-Drehzahl verwendete Regelgesetz in dem ersten Funktionszustand in Abhängigkeit von der Droop-Größe und von der Drehmomentgröße anzupassen, insbesondere nachzuführen.

Vorzugsweise ist die Regeleinrichtung eingerichtet, um das zur Bestimmung der Soll-Drehzahl verwendete Regelgesetz in dem zweiten Funktionszustand konstant zu halten. Zum Zweck der folgenden Herleitung wird ein stationärer Zustand betrachtet, weshalb die betroffenen Größen mit dem Index „stat“ versehen sind. Die auf diese Weise hergeleiteten Beziehungen, Zusammenhänge und Gleichungen sind aber auch in transienten Zuständen gültig.

Das Regelgesetz wird bevorzugt insbesondere bestimmt durch: mit dem Proportionalbeiwert k _p , der vorbestimmten, vorzugsweise vorgebbaren

Kreisverstärkung v>f, der Droop-Größe d, dem Drehmoment M _stat und dem Volllast- Drehmoment M _v . Das Volllast- Drehmoment My entspricht insbesondere dem Drehmoment bei 100 % Motorleistung der Brennkraftmaschine. Ein solcher Zusammenhang wie Gleichung (1) wird teilweise auch selbst kurz als Regelgesetz bezeichnet.

Anhand von Gleichung (1) zeigt sich, dass in dem ersten Funktionszustand - der vorzugsweise dem Inselparallelbetrieb oder Netzparallelbetrieb zugeordnet ist, wobei die Droop-Größe d f bevorzugt von null verschieden ist - der Proportionalbeiwert k _p bei vorgegebener, konstant gehaltener Kreisverstärkung vf mit der Droop-Größe d und dem Drehmoment M _stat variiert.

In dem zweiten Funktionszustand, der vorzugsweise dem Inselbetrieb zugeordnet ist, wobei die Droop-Größe d gleich null ist, ist der Proportionalbeiwert k _p dagegen bei vorgegebener, konstant gehaltener Kreisverstärkung v ebenfalls konstant, d. h. das Regelgesetz insgesamt ist konstant: k _v ^f = 900 v ^f (2)

Der Zusammenhang für den zweiten Funktionszustand gemäß Gleichung (2) ergibt sich somit insbesondere als Grenzfall für d = 0 aus Gleichung (1). Insbesondere ist die Regeleinrichtung eingerichtet, um die Droop-Größe d in dem zweiten Funktionszustand zu Null zu wählen. Gleichung (1) kann insbesondere hergeleitet werden, wenn man von der linearisierten Darstellung des Regelkreises gemäß Figur 3 ausgeht: Darin wird ein Soll-Drehmoment M _soll in Abhängigkeit von einer Drehzahl-Regelabweichung e _n , einem Drehzahl-Proportionalbeiwert k und einer Nachstellzeit berechnet, nämlich unter Berücksichtigung der komplexen Variablen s gemäß folgender Gleichung:

(3)

Zugleich liest man aus Figur 3 mit den dort dargestellten Übertragungsfunktionen direkt ab: mit der Soll-Drehzahl n _soll und der Nenn-Drehzahl « y.

Nach Auflösen von Gleichung (3) nach der Drehzahl-Regelabweichung e _n , Umformen von Gleichung (4) und Einsetzen der aufgelösten Gleichung (3) in die umgeformte Gleichung (4) sowie weiterem Umformen erhält man: « ³

Die Übertragungsfunktion G _s (s ) der Regelstrecke des Frequenzreglers ausgehend von der Soll- Drehzahl n _o u bis zur Ausgabe der Ist-Frequenz fi _s liest man ab als:

(6)

Durch Einsetzen von Gleichung (5) in Gleichung (6) erhält man:

Für den stationären Betriebszustand gilt: (8) womit Gleichung (7) im stationären Betriebszustand folgende Form annimmt:

Für die Übertragungsfunktionen der Brennkraftmaschine (0) und des Drehzahlfilters einerseits sowie des Generators (0) andererseits gilt im stationären Betriebszustand: mit der Frequenz f _stat , unter Berücksichtigung der Umrechnung der Drehzahl n _{stat -} in min ¹ - in die Frequenz - in Hz - , und

Die Übertragungsfunktion gemäß Gleichung (10) kann aus dem Modell der Regelstrecke als Zweimassen-Schwinger insbesondere auf folgende Weise hergeleitet werden:

Im Rahmen des Modells des Zweimassen-Schwingers nimmt man an, dass die Brennkraftmaschine, mit ihrem Trägheitsmoment θ _m , mit dem Generator, der das Trägheitsmoment θ _L aufweist, über eine Welle verbunden ist, wobei diese drehmomentübertragende Verbindung beschrieben wird durch eine Federsteifigkeit c und eine Dämpfung b (b beschreibt hier die dimensionsbehaftete Dämpfung, die später in die dimensionslose Dämpfung Y überführt wird). Mit dem Drehwinkel p _m der Brennkraftmaschine, dem Drehwinkel p _L des Generators, dem durch die Brennkraftmaschine aufgebrachten Drehmoment M _m , dem am Generator angreifenden Last- Drehmoment M _L und der bekannten Notation mit übergestellten Punkten für die zeitliche Ableitung ergeben sich dann folgende Gleichungen für die Momenten-Bilanz:

Mit wobei mit der Anzahl l und der Fläche A der Leiterschleifen des Generators, der magnetischen Flussdichte B, und dem Scheinwiderstand XL der mit dem Generator elektrisch verbundenen Last, wobei sich Gleichung (16) leicht aus einer Betrachtung des elektrodynamischen Lastverhaltens des Generators ergibt, ergibt sich nach Linearisierung in einem stationären Betriebszustand nach einigen Umformungen:

Dabei sind die mit vorangestelltem D bezeichneten Größen die bei der Linearisierung angesetzten Auslenkungen aus dem stationären Betriebspunkt. Mit womit zugleich die dimensionslose Dämpfung Y eingeführt wird, ergibt sich: schreibt sich Gleichung (25):

Nach Laplace-Transformation und Übergang auf die Übertragungsfunktion erhält man: mit der Adjunkten P(s) der Matrix (sl -A) und der Einheitsmatrix I.

Da die Drehzahlauslenkung D n _L des Generators im stationären Betriebspunkt gegeben ist durch setzt man zur Herleitung der Übertragungsfunktion für die Frequenzregelung an: und

Mit den Definitionen wobei die Drehzahl des Generators im stationären Betriebspunkt ist, und, nach Übergang zur dimensionslosen Darstellung - bei Angabe der Drehzahl in 1/min, der Frequenz in Hz und der Feistung in kW, erhält man unter Berücksichtigung von

- wegen 1500 min ¹ = 50 Hz als Zusammenhang zwischen der Drehzahl der Brennkraftmaschine und der Generatorfrequenz - schließlich aus Gleichung (30) die Übertragungsfunktion gemäß Gleichung (10) - unter Streichung der Indizes G und m zum Zweck der einfacheren Darstellung.

Die Herleitung der Übertragungsfunktion für die Drehzahlregelung ergibt sich analog. Dabei ist wegen der Gleichungen (23) und (24) die Auslenkung der Drehzahl der Brennkraftmaschine im stationären Zustand und entsprechend in dimensionsloser Darstellung, bei Angabe der Drehzahl in 1/min

Daher setzt man nun zur Lösung von Gleichung (30) an:

Damit, mit den Definitionen gemäß den Gleichungen (34) und (35) sowie folgt dann analog der Herleitung der Gleichung (10) ohne Weiteres die Übertragungsfunktion der Regelstrecke für die Drehzahlregelung gemäß Gleichung (11). Durch Einsetzen der Gleichungen (10) bis (12) in Gleichung (9), einigem Umformen, und weiterhin unter Berücksichtigung, dass im stationären Zustand bei Nenndrehzahl gilt: erhält man schließlich:

Daraus folgt mit:

Gleichung (1) insbesondere unter Annahme eines Reglers, der zumindest einen P-Regler beinhaltet, das heißt zum Beispiel eines P-Reglers, eines PI-Reglers, eines die PID-Reglers, oder eines PI(DTi)-Reglers.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Regeleinrichtung eingerichtet ist, um das Regelgesetz anzupassen, indem der Proportionalbeiwert k _p des Regelgesetzes so bestimmt wird, dass die vorbestimmte Kreisverstärkung vf des offenen Regelkreises konstant ist. Insbesondere ist die Regeleinrichtung bevorzugt eingerichtet, um den Proportionalbeiwert k _p so zu bestimmen, dass die vorbestimmte Kreis Verstärkung vf - insbesondere über alle Betriebspunkte der Leistungsanordnung - konstant bleibt. Insbesondere ist die Regeleinrichtung auf diese Weise vorteilhaft einfach zu adaptieren sowie leicht und zuverlässig einsetzbar. f

Insbesondere ergibt sich aus Gleichung (1), dass es möglich ist, den Proportionalbeiwert k _p stets so anzupassen, dass die Kreisverstärkung vf - insbesondere unabhängig von dem momentanen Betriebspunkt der Leistungsanordnung - konstant ist.

Die vorbestimmte Kreisverstärkung vf ist bevorzugt parametrierbar, d. h. insbesondere durch einen Anwender einstellbar oder vorgebbar. Auf diese Weise kann ein Anwender der Regeleinrichtung oder ein Anwender einer Leistungsanordnung, die mit der Regeleinrichtung betrieben wird, die Kreisverstärkung vf in gewünschter Weise einstellen. Der Proportionalbeiwert k _p wird dann an die durch den Anwender gewählte Kreisverstärkung vf in geeigneter Weise angepasst. Dies hat den Vorteil, dass es keiner aufwändigen Abstimmung der Regeleinrichtung auf die Leistungsanordnung bedarf. f

Die Regeleinrichtung ist insbesondere eingerichtet, um den Proportionalbeiwert k _p proportional zu der vorbestimmten Kreisverstärkung vf zu wählen. Die vorbestimmte Kreis Verstärkung vf wird allerdings bevorzugt einmalig oder höchstens selten durch einen Anwender eingestellt und im Übrigen konstant gehalten. Sie kann somit zumindest im laufenden Betrieb der Leistungsanordnung als Konstante betrachtet werden.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Regeleinrichtung eingerichtet ist, um den Proportionalbeiwert k _p in Abhängigkeit von der Droop-Größe d und der Drehmomentgröße zu bestimmen. Insbesondere ist die Regeleinrichtung bevorzugt eingerichtet, um den Proportionalbeiwert k _p nach Gleichung (1) zu bestimmen. Auf diese Weise kann der Proportionalbeiwert k _p flexibel und genau nachgeführt werden.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Regeleinrichtung eingerichtet f ist, um den Proportionalbeiwert k _p nur in Abhängigkeit von der vorbestimmten Kreisverstärkung vf , d. h. zumindest im laufenden Betrieb der Leistungsanordnung bevorzugt konstant, zu wählen. Insbesondere ist die Regeleinrichtung eingerichtet, um den Proportionalbeiwert k _p gemäß Gleichung (2) zu bestimmen. Dies stellt eine vereinfachte und insbesondere vom Rechenaufwand her optimierte Ausgestaltung der Regeleinrichtung dar.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Regeleinrichtung eingerichtet ist, um eine momentane Ist-Frequenz des Generators zu filtern, und die gefilterte Ist-Frequenz als erfasste Generatorfrequenz zu verwenden. Dies ermöglicht vorteilhaft eine besonders ruhige und damit robuste Regelung. Die momentane Ist-Frequenz wird vorzugsweise unmittelbar am Generator gemessen. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung wird die momentane Ist-Frequenz mit einem PTi-Filter oder einem Mittelwertfilter gefiltert, wobei die erfasste Generatorfrequenz aus dem PTi-Filter oder dem Mittelwertfilter resultiert.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Regeleinrichtung eingerichtet ist, um in dem zweiten Funktionszustand die Soll-Drehzahl konstant vorzugeben. Dies stellt insbesondere im Inselbetrieb eine besonders stabile Möglichkeit dar, die Generatorfrequenz zu regeln, wobei insbesondere der Drehzahlregler unmittelbar auf veränderte Lastanforderungen reagiert. Beispielsweise führt eine Aufschaltung von Last zu einer Abweichung von der Soll- Drehzahl nach unten, und eine Wegnahme von Last führt zu einer Abweichung von der Soll- Drehzahl nach oben, wobei die entsprechende Abweichung unmittelbar von dem Drehzahlregler ausgeregelt wird.

Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Regelanordnung zur Regelung einer eine Brennkraftmaschine und einen mit der Brennkraftmaschine antriebswirkverbundenen Generator umfassenden Leistungsanordnung geschaffen wird, die eine erfindungsgemäße Regeleinrichtung oder eine Regeleinrichtung nach einem oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele und eine mit der Regeleinrichtung wirkverbundene Steuereinrichtung zur direkten Ansteuerung der Brennkraftmaschine aufweist. Die Regeleinrichtung ist eingerichtet, um die Soll-Drehzahl an die Steuereinrichtung zu übermitteln. In Zusammenhang mit der Regelanordnung ergeben sich insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit der Regeleinrichtung erläutert wurden.

Die Steuereinrichtung ist bevorzugt ein Motorregler der Brennkraftmaschine _· Besonders bevorzugt ist die Steuereinrichtung eine sogenannte Engine Control Unit (ECU). Der Motorregler oder die ECU ist bevorzugt eingerichtet, um anhand der Soll-Drehzahl - vorzugsweise über den Zwischenschritt eines Soll-Drehmoments - wenigstens eine Bestromungsdauer für wenigstens ein Brennstoffeinbringventil, insbesondere einen Injektor, der Brennkraftmaschine zu berechnen. Die Steuereinrichtung weist bevorzugt einen Drehzahlregler auf, oder es ist ein Drehzahlregler in die Steuereinrichtung implementiert. Der Drehzahlregler ist bevorzugt ausgebildet, wie dies in der Patentschrift DE 102008036 300 B3 offenbart ist.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung eingerichtet ist, um wenigstens eine Drehmomentgröße zu bestimmen, insbesondere zu berechnen, und an die Regeleinrichtung zu übermitteln, wobei die Regeleinrichtung eingerichtet ist, um die wenigstens eine Drehmomentgröße von der Steuereinrichtung zu empfangen. Die wenigstens eine Drehmomentgröße ist dabei insbesondere diejenige Drehmomentgröße, welche in der Regeleinrichtung bevorzugt dazu verwendet wird, das Regelgesetz, insbesondere gemäß Gleichung (1), anzupassen, insbesondere nachzuführen.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung eingerichtet ist, um als die wenigstens eine Drehmomentgröße eine Größe zu bestimmen, die ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus einem - vorzugsweise gefilterten - Soll- Drehmoment und einem Integralanteil für das Soll-Drehmoment eines Drehzahlreglers der Steuereinrichtung .

Die wenigstens eine Drehmomentgröße ist in bevorzugter Ausgestaltung das Soll-Drehmoment, welches in der Steuereinrichtung verwendet wird, um eine Bestromungsdauer für die Brennstoffeinbringventile zu berechnen, insbesondere als Stellgröße des Drehzahlreglers. Alternativ oder zusätzlich ist die wenigstens eine Drehmomentgröße bevorzugt ein Integralanteil (I- Anteil) des Soll-Drehmoments. Insbesondere ist die wenigstens eine Drehmomentgröße bevorzugt ein Drehmoment, oder ein Integralanteil eines Drehmoments, oder eine anderweitig von einem Drehmoment abgeleitete Größe.

Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Leistungsanordnung geschaffen wird, die eine Brennkraftmaschine und einen mit der Brennkraftmaschine antriebswirkverbundenen Generator aufweist. Außerdem weist die Leistungsanordnung eine erfindungsgemäße Regeleinrichtung oder eine Regeleinrichtung nach einem oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele auf. Alternativ weist die Leistungsanordnung eine erfindungsgemäße Regelanordnung oder eine Regelanordnung nach einem oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele auf. Die Regeleinrichtung oder die Regelanordnung ist mit der Brennkraftmaschine und dem Generator der Leistungsanordnung wirkverbunden. In Zusammenhang mit der Leistungsanordnung ergeben sich insbesondere die Vorteile, die zuvor bereits in Zusammenhang mit der Regeleinrichtung oder der Regelanordnung erläutert wurden.

Die Aufgabe wird schließlich auch gelöst, indem ein Verfahren zur Regelung einer eine Brennkraftmaschine und einen mit der Brennkraftmaschine antriebswirkverbundenen Generator umfassenden Leistungsanordnung geschaffen wird, wobei in einer ersten Betriebsart eine Generatorfrequenz des Generators als Regelgröße erfasst wird. Eine Regelabweichung wird als Differenz der erfassten Generatorfrequenz zu einer Soll-Generatorfrequenz ermittelt. Eine Soll- Drehzahl wird als Stellgröße zur Ansteuerung der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von der Regelabweichung bestimmt. Außerdem wird die Soll-Drehzahl anhand eines Regelgesetzes bestimmt, insbesondere berechnet. In Zusammenhang mit dem Verfahren ergeben sich insbesondere die Vorteile, die zuvor bereits in Zusammenhang mit der Regeleinrichtung, der Regelanordnung oder der Brennkraftmaschine erläutert wurden.

Die erste Betriebsart des Verfahrens ist dabei vorzugsweise einem Inselparallelbetrieb oder Netzparallelbetrieb der Leistungsanordnung zugeordnet.

Vorzugsweise wird in der ersten Betriebsart das zur Bestimmung der Soll-Drehzahl verwendete Regelgesetz in Abhängigkeit von wenigstens einer Anpassungsgröße angepasst. Die wenigstens eine Anpassungsgröße ist dabei ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einer Droop-Größe und einer - insbesondere von der Steuereinrichtung der Brennkraftmaschine berechneten - Drehmomentgröße .

Vorzugsweise wird in einer zweiten Betriebsart das Regelgesetz konstant gehalten. Bevorzugt wird in der zweiten Betriebsart die Soll-Drehzahl konstant vorgegeben. Vorzugsweise wird in der zweiten Betriebsart die Droop-Größe zu Null gewählt. Der zweiten Betriebsart ist vorzugweise ein Inselbetrieb der Leistungsanordnung zugeordnet.

Vorzugsweise wird das Regelgesetz in der ersten Betriebsart angepasst, indem ein Proportionalbeiwert des Regelgesetzes so bestimmt wird, dass eine vorbestimmte Kreisverstärkung des offenen Regelkreises konstant ist, vorzuweisen konstant bleibt.

Vorzugsweise wird der Proportionalbeiwert in Abhängigkeit von der Droop-Größe und von der Drehmomentgröße bestimmt, bevorzugt nach Gleichung (1).

Vorzugsweise wird der Proportionalbeiwert gemäß einer alternativen Ausgestaltung des Verfahrens nur in Abhängigkeit von der vorbestimmten Kreisverstärkung, d. h. bevorzugt im laufenden Betrieb der Brennkraftmaschine konstant, gewählt. Insbesondere wird der Proportionalbeiwert bevorzugt gemäß Gleichung (2) bestimmt.

Vorzugsweise wird eine momentane Ist-Frequenz des Generators gefiltert, und die gefilterte Ist- Frequenz wird als erfasste Generatorfrequenz verwendet.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:

Figur 1 eine erste schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer

Leistungsanordnung mit einem Ausführungsbeispiel einer Regeleinrichtung;

Figur 2 eine zweite schematische Darstellung des Ausführungsbeispiels der Leistungsanordnung gemäß Figur 1;

Figur 3 eine dritte schematische Darstellung des Ausführungsbeispiels der Leistungsanordnung gemäß Figur 1;

Figur 4 eine Detaildarstellung eines Reglers zur Frequenzregelung;

Figur 5 eine Detaildarstellung einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Berechnung des Proportionalbeiwerts für die Frequenzregelung;

Figur 6 eine schematische, diagrammatische Darstellung der Funktionsweise einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Regelung einer Leistungsanordnung.

Fig. 1 zeigt eine erste schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Leistungsanordnung 1 mit einem ersten Ausführungsbeispiel einer Regeleinrichtung 3. Die Leistungsanordnung 1 weist eine Brennkraftmaschine 5 und einen mit der Brennkraftmaschine 5 über eine schematisch dargestellte Welle 7 antriebswirkverbundenen Generator 9 auf. Die Regeleinrichtung 3 ist einerseits mit der Brennkraftmaschine 5 und andererseits mit dem Generator 9 wirkverbunden.

Insbesondere ist die Regeleinrichtung 3 eingerichtet zur Regelung der Leistungsanordnung 1, wobei sie eingerichtet ist, um eine Generatorfrequenz fc des Generators 9 als Regelgröße zu erfassen, um eine Regelabweichung als Differenz der erfassten Generatorfrequenz fc zu einer Soll-Generatorfrequenz f _soll zu ermitteln, und um eine Soll-Drehzahl n _soll als Stellgröße zur Ansteuerung der Brennkraftmaschine 5 in Abhängigkeit von der Regelabweichung zu bestimmen. Die Regeleinrichtung 3 ist außerdem eingerichtet, um ein Regelgesetz zur Bestimmung der Soll-Drehzahl n _soll zu verwenden. Die Regeleinrichtung 3 ist als Generatorregler ausgebildet und mit einer Steuereinrichtung 11 der Brennkraftmaschine 5 derart wirkverbunden, dass die Soll-Drehzahl n _soll von der Regeleinrichtung 3 an die Steuereinrichtung 11 übermittelt werden kann. Dies ermöglicht zugleich eine besonders robuste Frequenzregelung und eine vielfältige Einsetzbarkeit der Regeleinrichtung 3, insbesondere mit einer Vielzahl von Leistungsanordnungen 1.

Die Regeleinrichtung 3 und die Steuereinrichtung 11 bilden gemeinsam eine Regelanordnung 13 zur Regelung der Leistungsanordnung 1. Die Steuereinrichtung 11 ist bevorzugt als Motorregler, insbesondere als Engine Control Unit (ECU) ausgebildet.

Die Steuereinrichtung 11 ist insbesondere eingerichtet, um wenigstens eine Drehmomentgröße zu berechnen und an die Regeleinrichtung 3 zu übermitteln, wobei die Regeleinrichtung 3 eingerichtet ist, um die wenigstens eine Drehmomentgröße von der Steuereinrichtung 11 zu empfangen.

Außerdem ist die Steuereinrichtung 11 bevorzugt eingerichtet, um als Drehmomentgröße eine Größe zu bestimmen, die ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus einem - vorzugsweise gefilterten - Soll-Drehmoment M _soll und einem Integralanteil eines - in Figur 2 dargestellten - Drehzahlreglers 21 der Steuereinrichtung 11, insbesondere einem Integralanteil M _s ^l _ol des Soll- Drehmoments M _soll -

Optional ist eine weitere Eingangsgröße der Regeleinrichtung 3 eine Droop-Größe d.

Die Steuereinrichtung 11 weist außerdem als Eingangsgrößen die Soll-Drehzahl n _soll und eine erfasste Drehzahl n _st auf. Hieraus berechnet die Steuereinrichtung 11 eine Drehzahl- Regelabweichung. Aus dieser Drehzahl-Regelabweichung berechnet die Steuereinrichtung 11 schließlich eine Bestromungsdauer BD zur Ansteuerung von Brennstoffeinbringventilen der Brennkraftmaschine 5. Vorzugsweise berechnet die Steuereinrichtung 11 aus der Drehzahl- Regelabweichung zunächst das Soll-Drehmoment M _soll und aus diesem wiederum die Bestromungsdauer BD. Fig. 2 zeigt eine zweite schematische Darstellung des Ausführungsbeispiels der Leistungsanordnung 1 gemäß Figur 1, insbesondere in Form eines Blockschaltbilds.

Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind in allen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern jeweils auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird.

Vorzugsweise wird eine am Generator 9 erfasste Ist-Frequenz fist in einem Frequenzfilter 15 gefiltert, und die gefilterte Ist-Frequenz fi _st wird als die erfasste Generatorfrequenz fc verwendet. Das Frequenzfilter 15 ist vorzugsweise ein PTi-Filter oder ein Mittelwertfilter. Das Frequenzfilter 15 ist vorzugsweise Teil der Regeleinrichtung 3, die außerdem einen Frequenzregler 17 aufweist, der aus der Regelabweichung e/ als Differenz von Soll- Generatorfrequenz / _so// und erfasster Generatorfrequenz fc die Soll-Drehzahl n _soll berechnet. Bei der Soll-Drehzahl n _soll kann es sich um eine absolute Soll-Drehzahl - ohne Bezug zu einer Nenndrehzahl H _N - oder um eine relative Soll-Drehzahl - insbesondere als Differenz zu der Nenndrehzahl H _N - handeln. Handelt es sich bei der Soll-Drehzahl n _soll um eine relative Drehzahl, wird in der Steuereinrichtung 11, wie gestrichelt dargestellt, dem Ausgang des Frequenzreglers 17 noch die Nenndrehzahl H _N aufaddiert.

Die Steuereinrichtung 11 weist ein Drehzahlfilter 19 auf, das vorzugsweise als PTi-Filter oder Mittelwertfilter ausgebildet ist. Eine vorzugsweise zur Berechnung der Drehzahl- Regelabweichung e _n verwendete, gemessene Drehzahl n _mess ergibt sich durch Filterung der unmittelbar an der Brennkraftmaschine 5 gemessenen Ist-Drehzahl n _st mittels des Drehzahlfilters 19. Die Steuereinrichtung 11 weist außerdem den Drehzahlregler 21 auf, der aus der Drehzahl- Regelabweichung e _n das Soll-Drehmoment M _soll und vorzugweise hieraus - in nicht dargestellter Weise - die Bestromungsdauer BD berechnet. Eine Regelstrecke 23 des dem Drehzahlregler 21 zugeordneten Drehzahl-Regelkreises umfasst die Brennkraftmaschine 5 und den Generator 9.

Im Folgenden wird die Bedeutung der Droop-Größe d näher erläutert:

Anhand der Droop-Größe d wird vorzugsweise eine Differenzdrehzahl An berechnet, wobei durch Addition der Differenzdrehzahl An zu der Soll-Drehzahl n _{soll -} alternativ der Nenndrehzahl HN - eine effektive Soll-Drehzahl n _e f _j berechnet wird. Die effektive Soll-Drehzahl n _ej f wird zur Berechnung der Drehzahl-Regelabweichung e _n herangezogen, indem von der effektiven Soll- Drehzahl n _ejj die gemessene Drehzahl n _meSs abgezogen wird. Die Differenzdrehzahl An wird in einem Berechnungsblock 25 berechnet. Eingangsgrößen des Berechnungsblocks 25 sind dabei der von dem Drehzahlregler 21 berechnete Integralanteil Mi _oll des Soll-Drehmoments M _soll , die Droop-Größe d, das Volllast-Drehmoment Mv, und eine Nenn-Drehzahl H _N für die Brennkraftmaschine 5, wobei die Nenn-Drehzahl H _N beispielsweise 1500 min ¹ betragen kann. Die Differenzdrehzahl An wird bevorzugt gemäß folgender Gleichung berechnet:

In einem ersten Funktionszustand der Regeleinrichtung 3, der vorzugsweise einem Inselparallelbetrieb oder Netzparallelbetrieb der Leistungsanordnung 1 entspricht, wird die Droop-Größe d bevorzugt auf einen endlichen Wert, insbesondere im einstelligen Prozentbereich, vorzugsweise auf höchstens 8 %, vorzugweise 4 %, gesetzt. Die Droop-Größe d ist insbesondere durch einen Benutzer der Leistungsanordnung 1 oder der Regeleinrichtung 3 vorgebbar, d. h. insbesondere parametrierbar. In einem zweiten Funktionszustand der Regeleinrichtung 3, der einem Inselbetrieb der Leistungsanordnung 1 zugeordnet ist, wird die Droop-Größe d bevorzugt zu Null gesetzt, und zwar sowohl in der Regeleinrichtung 3 als auch in der Steuereinrichtung 11. Ist die Droop-Größe d gleich null, verschwindet zugleich auch die Differenzdrehzahl An, sodass im Ergebnis die effektive Soll-Drehzahl n _e ff gleich der Soll- Drehzahl n _soll ist.

Ist die Droop-Größe d von null verschieden, ergibt sich folgendes: Läuft die Brennkraftmaschine 5 unter Volllast, ist der Integralanteil Mi _oll des Soll-Drehmoments M _soll gleich dem Volllast- Drehmoment Mv, sodass die Differenzdrehzahl An gleich null wird. Läuft dagegen die Brennkraftmaschine 5 im Leerlauf, ist der Integralanteil Mΐ. _0ΐi gleich Null, und die Differenzdrehzahl An ist gleich dem durch die Droop-Größe d bestimmten Prozentsatz der Nenn- Drehzahl H _N . Beträgt die Nenn-Drehzahl 1500 min ¹ und die Droop-Größe d 4 %, variiert demnach der Wert der Differenzdrehzahl An zwischen 0 min ¹ bei Volllast und 60 min ¹ im Leerlauf.

Fig. 3 zeigt eine dritte schematische Darstellung der Leistungsanordnung 1 gemäß Figur 1, in diesem Fall als linearisiertes Blockschaltbild. Dabei sind die einzelnen Regler durch Übertragungsblöcke mit entsprechend zugeordneten Übertragungsfunktionen dargestellt. Im Unterschied zu Figur 2 ist die Regelstrecke 23 in Figur 3 in zwei Übertragungsblöcke aufgeteilt dargestellt, nämlich einen der Brennkraftmaschine 5 zugeordneten Übertragungsblock, gekennzeichnet durch die Übertragungsfunktion , mit dem Soll-Drehmoment M _soll als Eingangsgröße und der Ist-Drehzahl m _st als Ausgangsgröße, und einen dem Generator 9 zugeordneten Übertragungsblock, gekennzeichnet durch die Übertragungsfunktion G _S ^J (s), mit derselben Eingangsgröße, nämlich dem Soll-Drehmoment M _soll , und der Ist-Frequenz fi _st als Ausgangsgröße. Der Drehzahlregler 21 ist dargestellt durch ein erstes Multiplikationsglied 27 zur Berechnung eines Proportionalanteils des Soll-Drehmoments M _soll durch Multiplikation mit dem Drehzahl-Proportionalbeiwert , und ein erstes Integrationsglied 29 zur Berechnung des Integralanteils M _s ^l _o u des Soll-Drehmoments M _SOÜ durch Multiplikation mit einem Term mit der Nachstellzeit und der komplexen Variablen s. Somit weist der Drehzahlregler 21 hier ein Pl-Übertragungsverhalten auf, da das erste Multiplikationsglied 27 ein proportionales Übertragungsverhalten und das erste Integrationsglied 29 ein integrales Übertragungsverhalten aufweist. Der Berechnungsblock 25 erhält durch die Linearisierung hier ein negatives Vorzeichen, sodass nun die in dem Berechnungsblock 25 berechnete Differenzdrehzahl An von der Soll-Drehzahl n _soll subtrahiert wird. Aufgrund der Linearisierung wird die Differenzdrehzahl An in dem Berechnungsblock 25 gemäß folgender, abgewandelter Gleichung berechnet:

Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Details des Frequenzreglers 17 gemäß Figur 3, der bevorzugt als PI-Regler umgesetzt ist. Die Regelabweichung e/ wird dabei zunächst mit dem Proportionalbeiwert multipliziert, sodass sich ein Proportionalanteil für die Soll- Drehzahl n _S oii ergibt. In einem zweiten Integrationsglied 31 wird aus dem Proportionalanteil h _o1i durch Division durch das Produkt der Nachstellzeit mit der komplexen Variablen s ein Integralanteil für die Soll-Drehzahl n _soll berechnet, der anschließend zu dem Proportionalanteil addiert wird. Hieraus resultiert die Soll-Drehzahl n _soll als Ausgangsgröße. Die Übertragungsfunktion des Frequenzreglers 17 ist somit gegeben durch:

Die Berechnung des Proportionalbeiwerts erfolgt bevorzugt gemäß Gleichung (1).

Das Regelgesetz wird dabei insbesondere angepasst, indem der Proportionalbeiwert so bestimmt wird, dass die vorbestimmte Kreisverstärkung vf konstant ist, insbesondere konstant bleibt.

Fig. 5 zeigt eine Detaildarstellung einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Berechnung des Proportionalbeiwerts für die Frequenzregelung gemäß Gleichung (1). Hierzu wird in einem zweiten Multiplikationsglied 33 die vorbestimmte Kreisverstärkung vf mit dem Faktor 900 und einem Ausgang eines Summationsglieds 35 multipliziert. Der Proportionalbeiwert ergibt sich als Ausgang des zweiten Multiplikationsglieds 33. In dem Summationsglied 35 wird die Zahl 1 mit dem Ausgang eines dritten Multiplikationsglieds 37 addiert. In dem dritten Multiplikationsglied 37 wird die Droop-Größe d mit dem Drehmoment M _stat und dem Kehrwert des Volllast-Drehmoments My multipliziert. Der Kehrwert des Volllast-Drehmoments My wird in einem Divisionsglied 39 aus dem Volllast- Drehmoment My gebildet.

Das Drehmoment M _stat kann auf zwei verschiedene Arten ermittelt werden: Einerseits aus dem um einen Abtastschritt t _a verzögerten Integralanteil . In diesem Fall ist ein zur Umschaltung zwischen den beiden Berechnungs arten vorgesehener Schalter 41 in der oberen Schalterstellung gemäß Figur 5 angeordnet.

Alternativ kann das Drehmoment M _stat aus dem durch die Steuereinrichtung 11 berechneten Soll- Drehmoment M _soll berechnet werden. Auch dieses wird zunächst um einen Abtastschritt t,, verzögert, danach durch einen Filter 43 gefiltert, wobei der Filter 43 vorzugsweise ein PTi-Filter ist. Diese Berechnung ist aktiv, wenn sich der Schalter 41 in der unteren Schalterstellung gemäß Figur 5 befindet.

Fig. 6 zeigt eine schematische, diagrammatische Darstellung der Funktionsweise einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Regelung der Leistungsanordnung 1. Das Verfahren wird dabei anhand von fünf Zeitdiagrammen verdeutlicht. Ein erstes Zeitdiagramm bei a) zeigt insbesondere einen zeitlichen Verlauf der Ist-Frequenz / _/s; des Generators 9. Ein zweites Zeitdiagramm bei b) zeigt einen zeitlichen Verlauf der Soll-Drehzahl n _soll in der Einheit min ^"1 . Ein drittes Zeitdiagramm bei c) zeigt den zeitlichen Verlauf des Integralanteils M _s ^l _o u des Soll- Drehmoments M _soll . Ein viertes Zeitdiagramm bei d) zeigt den zeitlichen Verlauf der Drehzahl n der Brennkraftmaschine 5. Schließlich zeigt ein fünftes Zeitdiagramm bei e) den zeitlichen Verlauf der Differenzdrehzahl An.

In dem ersten Zeitdiagramm bei a) stellt eine erste, gestrichelte Kurve den Verlauf der konstanten Soll-Frequenz f _soll des Generators 9 dar, die bevorzugt 50 Hz beträgt. Zu einem ersten Zeitpunkt ti wird eine Last aufgeschaltet was dazu führt, dass die Ist-Frequenz fi _st , welche durch eine zweite, durchgezogene Kurve dargestellt ist, abfällt. In der Folge steigt die Ist-Frequenz fi _st wieder an, erreicht den Wert der Soll-Frequenz f _soll wieder, schwingt über, und pendelt sich schließlich zu einem zweiten Zeitpunkt t ₂ auf den Wert der Soll-Frequenz f _soll ein.

Zu einem dritten Zeitpunkt wird die Last wieder abgeworfen. Die Ist-Frequenz fi _st steigt dadurch in der Folge an und pendelt sich schließlich zu einem vierten Zeitpunkt t4 wieder auf den Wert der Soll-Frequenz / _so « ein.

Bei den dargestellten Zeitdiagrammen wird die Brennkraftmaschine 5 im Netzparallelbetrieb betrieben. Die eingestellte Droop-Größe beträgt 4 %.

Das zweite Zeitdiagramm bei b) zeigt den zeitlichen Verlauf der Soll-Drehzahl n _soll . In dem fünften Zeitdiagramm ist die Differenzdrehzahl An dargestellt. Die im ersten Zeitdiagramm dargestellte Lastaufschaltung stellt eine Aufschaltung einer 50 %-Last - bezogen auf Volllast - dar, bei der Lastabschaltung soll diese 50 %-Last wieder abgeworfen werden. Bis zu dem ersten Zeitpunkt ti ist die Brennkraftmaschine 5 in einem lastfreien Zustand, sodass sich - wie in dem fünften Zeitdiagramm dargestellt - ein Wert von 60 min ^'1 für die Differenzdrehzahl An ergibt.

Da eine Summe der Soll-Drehzahl n _soll und der Differenzdrehzahl An bei einer Soll-Frequenz für den Generator 9 von 50 Hz eine effektive Soll-Drehzahl n _ej f von 1500 min ^"1 ergeben muss, beträgt die Soll-Drehzahl n _soll bis zu dem ersten Zeitpunkt ti 1440 min ^"1 . Zu dem ersten Zeitpunkt ti wird die 50 %-Last aufgeschaltet, welche zu dem zweiten Zeitpunkt t2 anliegt. Die Differenzdrehzahl An beträgt damit zu dem zweiten Zeitpunkt 30 min ^"1 . Somit beträgt die Soll- Drehzahl n _soll zu dem ti zweiten Zeitpunkt t2 1470 min ^'1 . Die Soll-Drehzahl n _soll steigt also von dem ersten Zeitpunkt ti bis zu dem zweiten Zeitpunkt t2 von 1440 min ^"1 auf 1470 min ^" 'an. Die Differenzdrehzahl An fällt dagegen während dieses Zeitraums von 60 min ^"1 auf 30 min ^"1 ab.

Der in dem dritten Zeitdiagramm bei c) dargestellte Integralanteil M _s ^l _o u beträgt bis zu dem ersten Zeitpunkt ti 0 Nm, da keine Last anliegt. Ausgehend von dem ersten Zeitpunkt ti steigt er dann bis zu dem zweiten Zeitpunkt t2 auf den Wert 5000 Nm an, welcher bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel einer Last von 50 % des Volllast-Drehmoments My entspricht.

In dem vierten Zeitdiagramm bei d) sind die gemessene Drehzahl n _me ss und die effektive Soll- Drehzahl n _eff übereinander dargestellt. Beide Werte sind im Netzparallelbetrieb typischerweise konstant und identisch mit 1500 min ^"1 . Das Abschalten der Last zu dem dritten Zeitpunkt ti hat zur Folge, dass die Soll-Drehzahl n _soll in dem zweiten Zeitdiagramm wieder auf ihren Anfangs wert von 1440 min ^"1 reduziert wird. Der Integralanteil Mΐ. _0ΐi gemäß dem dritten Zeitdiagramm wird wieder auf den Wert 0 Nm verkleinert. Die in dem fünften Zeitdiagramm dargestellte Differenzdrehzahl An wird wieder auf den Wert von 60 min ^"1 erhöht.