用于运行发电机组的方法、用于运行发电机组的机构和发电机组与流程

本发明在第一方面涉及一种根据权利要求1的前序部分的用于运行发电机组的方法。本发明在第二方面涉及一种用于运行发电机组的机构。本发明在第三方面涉及一种内燃机和发电机组。

背景技术：

1、发电机组(还被称为“genset”)具有发电机、内燃机和发电机组控制部(genset控制部)，其中，所述内燃机具有马达和马达控制机构(还被称为代表“电子控制和调节单元”的“ecu”，英文为“engine control unit”)并且所述马达传输扭矩地与发电机进行连接。为了将电功率输送到电流电网中，尤其输送到电供给电网中，发电机应该与电网进行同步。这尤其涉及到同步发电机。

2、所述发电机组具有发电机、内燃机和发电机组控制部，其中：

3、-所述内燃机具有马达和马达控制机构(“ecu”)和与马达控制机构控制连接的燃烧校准环节，所述燃烧校准环节能够借助于用于马达的形成扭矩的燃烧调整的燃烧控制参量进行控制，以及

4、-发电机在发电机转速的情况下与在马达转速的情况下的马达驱动连接，以用于在发电机电压频率的情况下在发电机处产生发电机电压，尤其用于产生发电机电压作为在发电机处的端电压，其中，

5、-电网电压配属有电网频率和电网电压相位，并且发电机电压配属有发电机电压频率和发电机电压相位。

6、以优选的方式，用于使发电机组关于电流电网同步运行的方法设置成，使发电机电压关于电网电压进行同步。在同步过程期间的运行中，同步发电机还未被联接以给出和/或输送用于电流电网的电功率；也就是说，在发电机的联接点处的负载切换件或主切换件还未被联接；在所述状态中，就此而言，还没有产生功率。

7、但是，优选地，该方法构造成用于，发电机组已经如此产生发电机电压，使得其准备好给出和/或输送用于电流电网的电功率，尤其准备好完成发电机组(genset)关于电流电网的同步运行和/或跟随其的运行。

8、开头所提及的用于运行具有内燃机和与内燃机的马达传输扭矩地连接的发电机的发电机组的方法设置成，产生发电机电压，其中，所述供给电网配属有电网频率、电网电压和电网相位。尤其在将发电机耦联或同步之前，设置成，产生发电机电压作为在发电机处的端电压并且紧接着提供电功率到电供给电网处或在输送的情况下从其处接受电功率，其中，供给电网配属有电网频率、电网电压和电网相位。

9、该方法具有如下步骤：

10、-规定由发电机产生的功率的电压的发电机组频率和发电机组相位，尤其取决于在内燃机运行时的发电机组转速进行规定，

11、-对用于马达的形成扭矩的燃烧控制变量进行匹配。

12、一般情况下，用于尤其在考虑电供给电网的稳定性的情况下运行发电机组的方法是已知的。

13、在现代能量供给系统中，对于电网稳定，所谓的调节能量越来越重要。如今的电供给电网使得必要的是，尤其由于可再生能量源(如光电和风能)的使用的增多和与此相关的不稳定缘由，一同考虑稳定措施。只要能量提供无论如何由于可再生能量源的高动力在电网中引起波动并且由此尤其以较高的动力无论如何能够局部促使电网不稳定，因此，所谓的对波动进行均衡的调节能量就越来越有价值或越来越有必要。然而，发电机组(英文还被称为“genset”)能够与具有马达的内燃机一起相对稳定地进行运行；因此，发电机组尤其以特别的方式适用于提供所谓的调节能量供使用。

14、在此，静态或下垂呈现如下特征线，所述特征线代表电流产生器、尤其代表发电机组并且描述频率或转速在负载改变时的改变。

15、wo 2018/122726 a1描述一种用于微电网(microgrids)的调节系统，所述微电网用于产生和分配来自不同类型的产生器源的电能，不仅与供给电网连接而且是隔绝的。在wo 2018/122726 a1中，一般情况下，对下垂与供给电网的电压和频率的改变的匹配进行描述。

16、在us10,027,128b2中，描述一种所谓的下垂运行模式，其中，取决于马达负荷来允许下垂。

17、此外，电供给电网的电网稳定性和尤其对发电机组在与其它的电流产生器进行联合运行中和/或在供给电网中的下垂特征的考虑是有问题的。

18、若电供给电网被加载，首先在电负载冲击时，总能量来自于在电网中的所有发电机的旋转质量的动能。因此，根据现有技术，较大的发电厂由于其较高的旋转质量提供用于接受负载冲击的较好的可行方案并且由此提供对电供给电网的起稳定作用的作用。当转速由于从旋转质量中出来的能量引出而降低时，根据现有技术的发电机组的内燃机才通过频率受控的下垂特征线识别出其应该形成更多扭矩。但是，在该时间点时，转速已经骤降。

19、值得期望的会是，至少部分消除上面所提及的问题。

技术实现思路

1、本发明就此而言而开始，其任务是，说明一种用于运行发电机组的改善的方法，其中，发电机组尤其在提高了的程度上有利于电网稳定性。尤其应该说明如下发电机组，其能够更动态地响应于负载冲击。

2、该任务关于方法方面通过本发明借助权利要求1的方法来解决。

3、本发明从开头所提及的用于运行发电机组的方法出发，所述发电机组具有内燃机和与内燃机的马达传输扭矩地连接的发电机，以用于将电功率提供到电供给电网处或用于从其处接受电功率，其中，供给电网配属有电网频率、电网电压和电网相位，所述方法具有如下步骤：

4、-对由发电机产生的功率的电压的发电机组频率和发电机组相位进行规定，尤其取决于在内燃机运行时的发电机组转速进行规定，

5、-对用于马达的形成扭矩的燃烧控制变量进行匹配。

6、根据本发明，在该方法中，设置有如下步骤：

7、-使内燃机的马达在相位调节模式中在通过相位调节器调节马达相位的情况下进行运行，以改变发电机组相位，其中，马达相位与发电机组相位处于已知的相位关系中，并且

8、-对用于马达的形成扭矩的燃烧控制变量进行调整，以使马达相位与马达理论相位相匹配，并且

9、-马达理论相位借助于前置于相位调节器的理论相位产生器取决于计算上的旋转坐标系进行确定，其描述虚构的、起增大惯性作用的质量以虚拟的稳定转速的转动运动。

10、换言之，马达理论相位是以虚拟的稳定转速进行转动的、起增大惯性作用的质量的相位。对此，在改进方案中，马达理论相位能够借助于前置于相位调节器的理论相位产生器通过虚拟的震动的质量的模型基于虚拟的震动的质量的虚拟的稳定转速进行确定。

11、本发明从如下思考出发，即，调节能量、也就是说电能(其以一定频率和相位存在，使得其起稳定作用地作用于供给电网)对于供给电网来说是有利的。当供给电网是岛电网和/或具有多个相对小的电流产生器、尤其发电机组时，这尤其是这种情况。

12、本发明基于如下认知，即，发电机组相比于用在大型发电厂中的具有发电机的大型涡轮机具有相对小的旋转质量并且由此具有较小的质量惯性。

13、本发明已经认识到，下垂虽然对于静止的负载均衡来说是必要的，但是值得期待的会是，发电机组在频率骤降时动态地将马达快速调节到比静态的下垂曲线所预设的那样较高的扭矩。这能够通过如下方式来实现，即，燃烧马达已经能够动态地响应于小的频率骤降。

14、在此，本发明包括如下认知在内，即，当发电机组的马达在相位调节模式中运行时，马达的马达相位能够被相位精确地调节，并且由此能够对传输扭矩地与马达固定连接的发电机的发电机组相位进行调节，尤其关于电网相位进行调节。基于发电机的与马达的传输扭矩的固定连接，马达相位始终相对于发电机组相位处于经界定的几何关系中。

15、通过对用于马达的形成扭矩的燃烧控制变量的调整，发电机组转速并且由此还有马达相位能够被相位精确地匹配并且能够使马达相位为了有针对性地影响发电机组相位在相位调节模式中与马达理论相位相适应。

16、为了通过虚拟的震动的质量的模型基于所述虚拟的震动的质量的虚拟的稳定转速来确定前置于相位调节器的理论相位产生器的马达理论相位，此外，尤其实现，不仅针对电网相位同步马达相位，而且在计算上确定虚拟的稳定转速时考虑到另外的边界条件。尤其电网频率和电网相位以及发电机的倾斜极限属于所述边界条件。通过虚拟的稳定转速和尤其与此相关的对这种边界条件的考虑，根据本发明，对于发电机组的如今已知的静态下垂特征能够叠加所谓的虚拟的震动的质量的动态分量。虚拟的震动的质量是计算上的旋转坐标系，其有利地描述虚构的、相对大的旋转质量的动力学特性。所述质量在此是相对大的，尤其与发电机组的实际旋转质量相比是相对大的。

17、通过以虚拟的震动的质量为形式的虚拟的质量特征，发电机组能够尤其在负载改变的情况下已经在最小的电网频率改变的情况下从所出现的相位差中除了所计算出的虚拟的震动的质量还提供调节能量供使用，所述调节能量由燃烧马达的提早的转矩提高而引起，并且有利地起稳定作用地作用于供给电网。

18、本发明的有利的改进方案能够从从属权利要求中得出并且详细地说明用于在本任务设定的范围内以及在另外的优点方面实现上面所阐释的构思的有利的可行方案。

19、形成扭矩的燃烧控制变量是用于马达的形成扭矩的燃烧调整的燃烧控制变量。

20、在改进方案中，设置成，用于马达的形成扭矩的燃烧调整的燃烧控制变量从如下组中选出，所述组包括：燃料喷入控制参量、气体喷射控制参量、节流阀位置控制参量，用于马达的形成扭矩的燃烧调整的燃烧控制变量尤其包括用于马达的燃料分配参数，尤其包括喷入或喷射参数和/或节流参数和/或点火参数。

21、与马达控制机构控制连接的燃烧校准环节(其能够借助于用于马达的形成扭矩的燃烧调整的燃烧控制变量进行控制)有利地具有以喷入、喷射和/或节流和/或点火机构为形式的燃料分配机构，优选地具有用于喷入燃料的喷入机构或在柴油或汽油马达中的气体喷射机构和/或用于在气体马达中调整混合气体流量的节流阀和/或用于在汽油马达中调整燃烧混合物的化油器阀。

22、在改进方案中，设置成，发电机是同步发电机。

23、尤其设置成，虚拟的稳定转速取决于电网频率和电网相位地进行配属。虚拟的稳定转速尤其首先相应于所计算出的转动运动，其中，转动速度、也就是说虚拟的震动的质量的以1/sek.或hz为单位的角速度相应于电网频率。在优选的改进方案中，在确定虚拟的稳定转速时不基于当前的电网频率，而是基于时间上处于过去的电网频率，尤其基于在负载改变之前、尤其在负载冲击之前的电网频率。所述虚拟的稳定转速的转动速度的相位相应于马达理论相位并且相应地从电网相位出发进行确定，其中，马达理论相位尤其不等于电网相位，而是为了降低倾斜风险和/或为了增大通过发电机可传输的转矩在考虑到重要的发电机磁极转子角度的情况下进行匹配。

24、有利地设置成，虚拟的稳定转速取决于倾斜极限进行匹配，即如此进行匹配，使得马达理论相位和/或理论磁极转子角度采用在0°与倾斜极限之间的值。在这种改进方案中，有利地保证，马达理论相位不再作为相应于倾斜极限的取值与代表发电机组的实际发电机组相位的当前的马达相位相偏离。马达理论相位尤其不再继续作为倾斜极限的取值提前于马达相位(并且由此，提前于发电机组相位)。由此，降低、尤其避免发电机的不利的倾斜的风险，而同时能够将马达的转矩有利地快速地传输到发电机上，以稳定电网，尤其在负载冲击之后。

25、在改进方案中，设置成，马达理论相位取决于发电机的传输曲线进行确定。由发电机取决于磁极转子角度可传输的转矩储存在这种传输曲线中。借助于这种传输曲线，能够有利地有针对性地取决于磁极转子角度产生发电机的传输特征。

26、尤其设置成，马达理论相位如此进行确定，使得发电机的传输扭矩被增大，尤其达到由发电机可传输的最大扭矩。在这种改进方案中，尤其在相位调节模式中如此调整磁极转子角度，使得根据传输曲线达到用于传输扭矩的最大值。以这种方式，有利地，由马达传输的或在负载冲击的情况下所接受的转矩能够被增大，尤其被最大化，并且同时通过对传输曲线的考虑来避免发电机的倾斜。

27、有利地设置成，用于磁极转子角度的正值的传输曲线的值小于或等于发电机的最大的扭矩曲线的相应的值。有利地，传输曲线能够如此形成，使得其在取值方面始终处于发电机的(最大可传输的)扭矩曲线之下，由此尤其独立于磁极转子角度有利地避免超过倾斜扭矩。

28、有利地，用于马达的形成扭矩的燃烧控制变量的匹配包括对从如下组中选出的一个或多个形成扭矩的燃烧控制变量的匹配，所述组包括：燃料喷入控制参量、气体喷射控制参量、节流阀位置控制参量。

29、尤其设置成，形成扭矩的燃烧控制变量是燃料喷入控制参量，有利地是喷入量。发电机组的内燃机尤其具有喷入机构。通过对燃料喷入控制参量的匹配，能够尤其在校准环节的意义上介入到相位调节中。喷入量的提高能够尤其促使马达的转矩和/或转速的提高，由此，能够进行马达相位(并且由此还有发电机组相位)与马达理论相位的相适应。相应地，在即将超过倾斜角度的情况中，能够降低喷入量，以防止发电机发生倾斜。备选地或附加地，在该方法的范围内，还能够对其它的形成扭矩的燃烧控制变量、例如喷入持续时间、喷入时间点和/或类似控制参量进行匹配。

30、尤其设置成，倾斜极限为90°。倾斜极限还能够采用非90°的值，尤其在技术方面和/或在几何方面进行决定，尤其通过发电机的极偶的数量来决定。

31、在改进方案中，有利地设置成，传输曲线构造为机器成比例的传输曲线。发电机组的机器成比例的传输曲线与至少一个另外的发电机组的至少一个其它的机器成比例的传输曲线成比例，尤其意味着，两个机器成比例的传输曲线虽然在取值方面能够是不同的，然而，能够具有相等的比例系数。两个机器成比例的传输曲线尤其具有相同的走向，然而通过不同的恒定的因数进行定标。通过机器成比例的传输曲线，能够有利地尤其在不同地定尺寸的发电机组的情况下实现均匀的负载接受特征。尤其具有相应不同的额定功率的多个发电机组能够借助于机器成比例的传输曲线一起具有共同的用于使供给电网稳定的下垂特征，其中，同时，倾斜在每个发电机组中独立于其大小地被防止。

32、在改进方案中，设置成，马达相位借助于曲轴的相位位置进行测定，尤其作为马达角度和/或曲轴的相位位置的时间函数供使用。

33、在改进方案中，设置成，发电机电压频率和/或发电机电压相位从马达转速和/或马达相位中算出，

34、-在考虑发电机的极偶数量的情况下，和/或

35、-在考虑在内燃机与发电机之间的机械的闭塞角度的情况下。

36、本发明在第二方面引向一种用于运行发电机组的机构，其中，

37、-发电机组具有内燃机和与内燃机的马达传输扭矩地连接的发电机并且构造成用于将电功率输送到电供给电网中，其中，供给电网配属有电网频率、电网电压和电网相位，所述机构具有

38、-发电机组控制部，其构造成用于规定由发电机产生的功率的电压的发电机组频率和发电机组相位，尤其取决于在内燃机运行时的发电机组转速进行规定，

39、-马达控制部，其构造用于对用于马达的形成扭矩的燃烧控制变量进行匹配。

40、在根据本发明的第二方面的机构中，设置成，

41、-该机构具有相位调节器，其构造成用于使内燃机的马达在相位调节模式中在调节马达相位的情况下进行运行以改变发电机组相位，其中，马达相位相对于发电机组相位处于经界定的几何关系中，以及

42、-马达控制部构造成用于，对用于马达的形成扭矩的燃烧控制变量进行调整以将马达相位匹配于马达理论相位，并且

43、-马达理论相位借助于前置于相位调节器的理论相位产生器取决于数学上的旋转坐标系进行确定，所述数学上的旋转坐标系描述虚构的起增大惯性作用的质量以虚拟的稳定转速的转动运动。

44、在特别优选的改进方案中，所述机构具有前置于相位调节器的理论相位产生器，所述理论相位产生器构造成用于通过虚拟的震动的质量的模型基于虚拟的震动的质量的虚拟的稳定转速来确定马达理论相位。

45、在该机构中，相应地利用根据本发明的第一方面的方法的优点。

46、在该机构的改进方案中，设置有阻尼环节。

47、在该机构的改进方案中，设置有传输曲线匹配模块，其构造成用于调整机器成比例的传输曲线，其中，发电机组的机器成比例的传输曲线相对于至少一个另外的发电机组的至少一个其它的机器成比例的传输曲线是成比例的。传输曲线匹配模块尤其能够具有多个不同的机器成比例的传输曲线，以便关于在发电机组的(尤其与相应不同大小的发电机组的)不同联合中的运行可匹配地来设计发电机组。

48、在该机构的改进方案中，设置有转速过滤器，构造成用于将由燃烧决定的转动振荡冲击从发电机组转速的发电机组信号中过滤出来。有利地，阻尼环节能够起阻尼作用地作用于发电机组的在相位调节回路的意义上起作用的机构用于运行并且尤其有效地防止该机构的在调节技术上的向上振荡(aufschwingen)，尤其在负载冲击的情况下。

49、本发明在第三方面引向一种发电机组，其具有内燃机和与内燃机的马达传输扭矩地连接的发电机以给供给电网供应能量，具有根据本发明的第二方面的用于运行发电机组的机构。

50、在发电机组中，相应地利用根据本发明的第一方面的方法和根据本发明的第二方面的机构的优点

51、有利地，在改进方案中，设置成，马达与发电机通过驱动轴传输扭矩地连接，其中，在内燃机运行时，发电机的转子相对于定子被旋转驱动，以在发电机电压频率的情况下产生发电机电压，尤其与内燃机的马达传输扭矩地连接的发电机、尤其以同步发电机为形式的发电机刚性地或借助于传动机构进行连接。