Netzfreguenz

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Stromaggregat und ein Verfahren zur Erzeugung von elektrischem Strom mit konstanter Netzfrequenz.

Definitionen

Ein Stromaggregat im Sinne dieser Anmeldung ist eine Vorrichtung, die mithilfe eines netzgekoppelten Generators bedarfsgerecht elektrische Energie erzeugt und in das Versorgungsnetz einspeist. Bei einem Überangebot von elektrischer Energie im Versorgungsnetz kann die Funktion des Generators auch invertiert werden, d. h. der Generator arbeitet als Motor, entnimmt dem Versorgungsnetz also Energie und führt diese einem Speicher oder einem Verbraucher zu.

Eine elektrische Maschine ist ein Elektromotor oder ein elektrischer Generator oder eine Vorrichtung, die zwischen Motor- und Generatorbetrieb umschalten kann.

Eine Kraftmaschine ist eine Maschine, die mechanische Arbeit verrichtet, um einen elektrischen Generator anzutreiben. Hier relevante Kraftmaschinen sind z. B. Verbrennungskraftmaschinen (Dieselmotoren, Gasmotoren, Gasturbinen), Windkraftmaschinen, Wasserkraftmaschinen.

Stand der Technik

Netzgekoppelte Generatoren müssen auf Grund der Forderung nach einer konstanten Netzfrequenz im Allgemeinen mit einer konstanten Drehzahl betrieben werden, bei der üblichen Netzfrequenz von 50 Hz und einem Generator mit vier Polen also mit einer Drehzahl von 1500 min ^-1 . Dies ist besonders dann unvorteilhaft, wenn der optimale Wirkungsgrad des Antriebs des Generators bei einer variablen, von der Netzbelastung abhängigen, Drehzahl liegt oder wenn aus einem anderen Grund, z. B. zur kurzzeitigen Leistungssteigerung bei Lastspitzen, ein drehzahlvariabler Betrieb notwendig ist. Für einen effizienten Betrieb einer mit dem elektrischen Generator verbundenen Kraftmaschine muss also eine Drehzahlanpassung im Dauerbetrieb erfolgen.

Stromaggregate müssen eine große Leistungsreserve vorhalten, um Laststöße beim Schalten von elektrischen Geräten abzufangen. Wenn die Leistungsreserve durch ein Schwungrad bereitgestellt wird, kann die Kraftmaschine besonders effizient betrieben werden. Die nutzbare kinetische Energie eines Schwungradspeichers erhöht sich, wenn das Schwungrad eine höhere Drehzahl und einen größeren Drehzahlbereich nutzt, als diejenigen der anzutreibenden Welle. Die Abgabe der Energie im Falle von Laststößen erfordert eine Drehzahlanpassung im dynamischen Betrieb, dessen Ende durch eine vernachlässigbare Änderungsrate der Drehzahl bzw. Drehzahldifferenz gegeben ist, wie er beim Umschaltvorgang von Sofortbereitschaftsanlagen auftritt (DE 2 401 513 A1).

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Lösungen zur Realisierung eines drehzahlvariablen Antriebs bekannt:

1. Sogenannte back-to-back-Stromrichter in Kombination mit einer elektrischen Maschine: Bei dieser Konfiguration wird einer der Stromrichter am (frequenzkonstanten) Netz betrieben und der andere Stromrichter belastet oder speist frequenzvariabel die elektrische Maschine (Koczara, W.; Balkowiec, T.: Smart microgrid grid power quality improvement and reduction of fuel consumption by application of adjustable speed generation system. 2015 International Conference on Clean Electrical Power (ICCEP). DOI: 10.1109/ICCEP.2015.7177575).

2. Eine doppeltgespeiste Asynchronmaschine: Dabei handelt es sich um eine elektrische Maschine, deren Stator-Wicklung mit dem Netz verbunden ist und deren Rotor- Wicklung über einen back-to-back-Stromrichter ebenfalls aus dem Netz gespeist wird. In der DE 10 2015 219 418 A1 ist hierzu beispielhaft die Drehzahlanpassung für Dieselaggregate zur Stromerzeugung beschrieben.

3. Bürstenlose doppeltgespeiste Asynchronmaschine, auch Kaskadenmaschine genannt: In dieser Konfiguration werden zwei elektrische Maschinen mit Drehfeldwicklungen mechanisch gekoppelt und die Läuferwicklungen geeignet miteinander verbunden. Die Stator-Wicklung der einen elektrischen Maschine ist direkt und die der zweiten elektrischen Maschine über einen back-to-back-Stromrichter mit dem Netz verbunden. Es existieren auch integrierte Bauformen, bei denen beide elektrischen Maschinen den gleichen Magnetkreis nutzen, aber durch unterschiedliche Polpaarzahlen voneinander entkoppelt sind. 4. Mechanische Leistungsverzweigung mit Überlagerungsgetriebe und Regelmaschine (DE 10 2011 087 109 B3) oder mit Differentialantrieb und elektrischem Servomotor (AT 512 853 A1). Diese Lösungen erlauben bei geeigneter Wahl der Übersetzungsverhältnisse eine Teilleistungsbemessung der Regelmaschine bzw. des elektrischen Servomotors.

5. Bereitschaftsanlagen, wie in DE 2 401 513 A1 beschrieben, betreiben regelbare elektromechanische Drehzahlwandler nur während des Umschaltvorgangs. In DE 2 401 513 A1 ist zum Starten oder zur Startunterstützung der Kraftmaschine bei Netzausfall ein zweiter Drehzahlwandler zwischen Speicherschwungrad und elektrischen Maschine vorgesehen.

Die ersten beiden Lösungen haben vor allem für Windenergieanlagen eine weite Verbreitung gefunden.

Diese bekannten Lösungen weisen jedoch folgende Nachteile auf:

Zu 1 und 2: Bei einem back-to-back-Stromrichter in Kombination mit einer elektrischen Maschine ist die Einspeisung von Strom in das Netz durch die Dimensionierung der Stromrichter begrenzt. Zudem kann die thermische Überlastungsfähigkeit der elektrischen Maschine nicht voll genutzt werden, weil in den üblichen Dimensionierungen der Stromrichterstrom begrenzt ist. Bei Lösung 1 unterliegt die gesamte elektrische Energie zudem zwei Wandlungsstufen, so dass alle Stromrichter für die volle Nennleistung ausgelegt sein müssen.

Zu 2 und 3: Bei der doppeltgespeisten Asynchronmaschine muss unterhalb der Synchrondrehzahl elektrische Energie zum Abbremsen der elektrischen Maschine über den Stromrichter eingebracht werden, woraus sich ein ungünstiger Energiefluss ergibt. Bei einem Einbruch der Netzspannung kommt es bei der üblichen Dimensionierung zu Überspannungen in den Rotor-Wicklungen, für die geeignete Maßnahmen ergriffen werden müssen. Zusätzlich wird die Beherrschung von Spannungseinbrüchen und Netzfehlern durch die während der kritischen Phase geforderte Netzunterstützung erschwert. Bei Lösung 2 erfordert die Maschine außerdem ein Schleifringsystem. Zu 3: Schließlich ist der Fertigungsaufwand für eine bürstenlose doppeltgespeiste Asynchronmaschine in der integrierten Form sehr hoch. Auch ist hierfür der Regelungsentwurf deutlich komplexer als bei den anderen Konzepten.

Zu 4: Lösungen mit mechanischer Leistungsverzweigung erfordern für diesen Zweck entwickelte Überlagerungsgetriebe oder Differentialgetriebe sowie die zugehörigen Regelmaschinen bzw. elektrische Servomotoren. In AT 512 853 A1 wird festgestellt, dass mit kleiner werdendem Massenträgheitsmoment des Differential-Antriebs bessere Resultate bezüglich des Regelungsverhaltens erzielt werden. Ein hohes Massenträgheitsmoment verlangsamt die Reaktion auf Laständerungen und hat eine höhere Belastung des zur Regelmaschine oder Servomotor gehörenden Stromrichters zur Folge, beides ist nachteilig.

Zu 5: Da der regelbare elektromechanische Drehzahlwandler nur während des Umschaltvorgangs betrieben werden kann lässt sich Dauerbetrieb oberhalb der netzgebundenen Drehzahl nicht erreichen. Dies ist nachteilig für den Fall, dass die elektrische Maschine auf den Bereich oberhalb der netzgebundenen Drehzahl beschleunigt werden soll, weil die nutzbare kinetische Energie kleiner wird, je höher die Enddrehzahl der elektrischen Maschine ist. Dauerbetrieb ist nicht vorgesehen. Außerdem ist es schwieriger, die vorteilhafte Leistungskompensation zu realisieren.

Aufgabe der Erfindung

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Stromaggregat und ein Verfahren zur Erzeugung von elektrischem Strom mit konstanter Netzfrequenz bereitzustellen, mit denen ein drehzahlvariabler Betrieb realisiert werden kann, wobei die Nachteile der aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen überwunden werden. Im Vergleich zu diesen Lösungen soll das Stromaggregat zudem einfacher, robuster und kostengünstiger sein.

Lösung der Aufgabe

Erfindungsgemäß gelingt die Lösung dieser Aufgabe mit den Merkmalen der Ansprüche 1 , 10, 11 und 12. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Lösung sind in den Unteransprüchen 2 bis 9 angegeben. Mit der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, das Stromaggregat mit einem elektrischen Drehzahlwandler auszustatten, der mit der elektrischen Maschine, einem Generator, drehzahlstarr, im einfachsten Fall auf einer gemeinsamen Welle, mechanisch kaskadiert ist.

Der elektrische Drehzahlwandler weist einen elektrischen Port, zwei Rotoren, einen zwischen den Rotoren befindlichen elektromechanischen Energiewandler und zwei jeweils mit einem der Rotoren verbundene mechanische Ports auf, wobei die Drehzahlen beider mechanischer Ports unterschiedlich sein können, sich das Drehmoment des einen mechanischen Ports, nachfolgend als erster mechanischer Port bezeichnet, aber vollständig auf dem anderen mechanischen Port, nachfolgend als zweiter mechanischer Port bezeichnet, abstützt. Dadurch ist das Drehmoment an beiden mechanischen Ports gleich, abgesehen von Verlust- und Drehbeschleunigungskräften. Ein mechanischer Port wird netzgebunden, der andere mechanische Port wird drehzahlvariabel betrieben. Die mit dem Drehmoment und der Differenzdrehzahl der beiden mechanischen Ports assoziierte Leistung wird durch den elektrischen Port, der mit dem elektromechanischen Energiewandler des elektrischen Drehzahlwandlers verbunden ist, übertragen.

Die aus DE 10 2011 087109 B3, AT 512 853 A1 und DE 198 43 386 C1 bekannten Lösungen für die Aufgabe der Drehzahlwandlung oder Drehzahlanpassung haben zusätzlich zu den ersten beiden mechanischen Ports einen dritten mechanischen Port und realisieren also eine teilweise Drehmomentabstützung.

Die Erfindung wird nachfolgend durch Ausführungsbeispiele und Figuren näher erläutert.

Kurze Beschreibung der Figuren

Figur 1 (a) zeigt das Grundprinzip eines elektrischen Drehzahlwandlers T mit vollständiger Drehmomentabstützung. Die schwarzen dicken Striche symbolisieren aktive Teile der elektrischen Maschine. Die kleinen Kreise symbolisieren Kugellager. Die Dreiecke symbolisieren die feste Umgebung. Figur 1 (b) abstrahiert den elektrischen Drehzahlwandler durch das Symbol T, eingeschlossen in zwei konzentrischen Kreisen. Die beiden mechanischen Ports des elektrischen Drehzahlwandlers sind durch fettgedruckte waagerechte Linien symbolisiert. Geht die Linie vom inneren Kreis aus, so kennzeichnet das einen netzgebunden betriebenen Port, in dieser Anmeldung stets als erster mechanischer Port bezeichnet. Geht die Linie vom äußeren Kreis aus, so kennzeichnet das einen drehzahlvariabel betriebenen Port, in dieser Anmeldung stets als zweiter mechanischer Port bezeichnet. Die in den Figuren 2 bis 6 durch die Symbole T1 bzw. T2 (in Fig. 6) dargestellten elektrischen Drehzahlwandler sind, bis auf einen ggf. seitenverkehrten Aufbau, baugleich zum elektrischen Drehzahlwandler T der Fig. 1.

Die Figuren 2 bis 6 zeigen Prinzipskizzen dreier Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Stromaggregats, das mit mindestens einem elektrischen Drehzahlwandler ausgestattet ist.

Figur 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Stromaggregat mit einem elektrischen Drehzahlwandler T1 mit einem drehzahlvariabel betriebenen mechanischen Port P und einem Generator G mit netzgebundener Drehzahl.

Figur 3 zeigt eine Erweiterung des ersten Ausführungsbeispiels eines Stromaggregats mit einem elektrischen Drehzahlwandler T1 , wobei dessen drehzahlvariabel betriebener mechanischer Port P mit einer Kraftmaschine Q verbunden ist.

Figur 4 zeigt eine Erweiterung des ersten Ausführungsbeispiels eines Stromaggregats mit einem elektrischen Drehzahlwandler T1 , wobei dessen drehzahlvariabel betriebener mechanischer Port P mit einem Schwungrad S verbunden ist.

Figur 5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Stromaggregat mit einem elektrischen Drehzahlwandler T1 , dessen drehzahlvariabel betriebener mechanischer Port P mit einem Schwungrad S verbunden ist, wobei der Generator G einen weiteren mechanischen Port aufweist, der drehzahlstarr mit einer Kraftmaschine Q verbunden ist.

Figur 6 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Stromaggregat mit einem elektrischen Drehzahlwandler T1 , dessen drehzahlvariabel betriebener mechanischer Port P mit einem Schwungrad S verbunden ist, wobei der Generator G einen weiteren mechanischen Port aufweist, der über einen zweiten elektrischen Drehzahlwandler T2 mit der Kraftmaschine Q verbunden ist. Detaillierte Beschreibung der Lösung

Mit dem erfindungsgemäßen elektrischen Drehzahlwandler ist es möglich, die variable Drehzahl einer Kraftmaschine und/oder eines mechanischen Energiespeichers, z. B. eines Schwungradspeichers, auf eine netzgebundene Drehzahl zu wandeln. Dazu wird, wie Fig. 1 (a) zeigt, der erste mechanische Port des elektrischen Drehzahlwandlers mit der Welle des Generators mit netzgebundener Drehzahl verbunden. Der zu diesem Port gehörige erste Rotor dreht sich gegenüber der festen Umgebung mit der Drehzahl WA, im 50-Hz-Netz also mit einer Drehzahl, deren ganzzahliges Vielfaches 3000 U/min ergibt oder die 3000 U/min ist. Der elektrische Port ist über Schleifringe oder über eine berührungslose Elektroenergieübertragung an die feste Umgebung herausgeführt. Von dort erfolgt eine frequenzvariable Speisung aus dem Netz über back-to-back-Stromrichter. Der zum zweiten mechanischen Port gehörende Rotor rotiert mit einer Drehzahl von CÜB gegenüber der festen Umgebung und mit einer Drehzahl WB - WA gegenüber dem Rotor des ersten Ports bzw. der netzgebundenen Drehzahl. Der erste mechanische Port wird somit netzgebunden, der zweite mechanische Port hingegen drehzahlvariabel betrieben. Die Drehzahlen der mechanischen Ports können also unterschiedlich oder gleich sein, wobei der netzgebundene Port mit kleinem Drehzahlbereich (± 10 % der mittleren Drehzahl) und der drehzahlvariable Port mit großem Drehzahlbereich betrieben werden. Dieser große Drehzahlbereich erstreckt sich vom Stillstand bis zur Grenze des elektromechanischen Energiewandlers und schließt auch eine Drehrichtungsumkehr nicht aus.

Durch das Speisen des elektromechanischen Energiewandlers kann nun ein Drehmoment am ersten mechanischen Port erzeugt werden, das sich auf dem zweiten mechanischen Port abstützt. D. h. ein Abbremsen des zweiten Ports bis auf den Betrag der netzgebundenen Drehzahl bewirkt einerseits eine Beschleunigung des ersten Ports, andererseits aber auch einen elektrischen Energiefluss über die Stromrichter ins Netz. Die Aufteilung des Energieflusses auf einen elektrischen Port und einen mechanischen Port ermöglicht eine Teilleistungsbemessung des Stromrichters. Mit gleicher Stromrichterleistung kann eine größere Systemleistung und damit ein Kostenvorteil erreicht werden. Diese Eigenschaft ist für die Drehzahlanpassung der Kraftmaschine sowie für die Drehzahlanpassung des Schwungradspeichers vorteilhaft, wie sie bei drehzahlvariabel betriebenen Stromaggregaten erforderlich ist. Es ist zu unterscheiden zwischen der Kopplung zweier Ports und der Betriebsweise eines Ports. Die Kopplung zweier Ports kann drehzahlstarr (Welle oder Getriebe mit fester Übersetzung) oder drehzahlvariabel (Getriebe mit variabler Übersetzung) sein. Die Betriebsweise kann netzgebunden oder drehzahlvariabel sein.

Ausführungsbeispiel 1

Figur 2 zeigt eine Prinzipskizze eines ersten Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemäßes Stromaggregat, aufweisend einen Generator G, einen elektrischen Drehzahlwandler T1 und eine leistungselektronische Schaltung N1. Der elektrische Drehzahlwandler T 1 weist einen drehzahlvariabel betriebenen mechanischen Port P und einen (nicht bezeichneten) netzgebunden betriebenen mechanischen Port auf, welcher mit einem Generator G mit netzgebundener Drehzahl verbunden ist. Der elektrische Drehzahlwandler T 1 erlaubt an seinem drehzahlvariabel betriebenen Port P den Anschluss einer mechanischen Energiequelle oder eines mechanischen Speichers, die drehzahlvariabel betrieben werden können. Mit der leistungselektronischen Schaltung N1 , die vorzugsweise als Stromrichter ausgeführt ist, wird die Energiewandlung gesteuert.

Die Figuren 3 und 4 zeigen vorteilhafte Ausgestaltungen des Stromaggregats gemäß Fig. 2. In Figur 3 ist der drehzahlvariabel betriebene mechanische Port P mit einer Kraftmaschine Q verbunden, während er in Figur 4 mit einem Schwungradspeicher S verbunden ist. Die Ausgestaltung gemäß Fig. 3 ermöglicht es, die Kraftmaschine Q mit einer Drehzahl zu betreiben, bei der ihr Wirkungsgrad maximal ist. Die Ausgestaltung gemäß Fig. 4 ermöglicht es, den Schwungradspeicher S mit höherer Drehzahl und über einen größeren Drehzahlbereich zu betreiben als diejenigen der anzutreibenden Welle. Durch die höhere Drehzahl erhöht sich die nutzbare kinetische Energie des Schwungradspeichers S. Durch seinen größeren Drehzahlbereich ist eine Drehzahlanpassung im dynamischen Betrieb möglich, wodurch eine Abgabe der gespeicherten Energie in kurzer Zeit, typischerweise in 1 s bis 10 s, gewährleistet wird.

Ausführungsbeispiel 2

In Figur 5 ist ein zweites Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Stromaggregat dargestellt. Es unterscheidet sich von dem in Figur 4 dargestellten Stromaggregat dadurch, dass der Generator G einen weiteren mechanischen Port aufweist, der direkt mit einer Kraftmaschine Q verbunden ist. Nachteilig an dieser Ausführungsform ist, dass die Kraftmaschine Q mit der netzgebundenen Drehzahl des Generators G und damit ggf. mit einem ungünstigen Wirkungsgrad betrieben werden muss. Vorteilhaft ist jedoch, dass die Kraftmaschine nicht für Laststöße ausgelegt werden muss und somit deutlich kleiner ausfallen kann als in der industriell verbreiteten Konfiguration ohne Drehzahlwandler.

Ausführungsbeispiel 3

Schließlich wird mit Figur 6 ein weiteres besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Stromaggregat vorgestellt, welches die Vorteile der in Fig. 3 und Fig. 4 dargestellten Ausführungsformen verbindet. Das Stromaggregat umfasst einen Generator G mit netzgebundener Drehzahl, zwei erfindungsgemäße elektrische Drehzahlwandler T1 und T2 und zwei leistungselektronische Schaltungen N1 und N2, die vorzugsweise als Stromrichter, insb. als back-to-back-Stromrichter, ausgeführt und mit den elektrischen Drehzahlwandlern T 1 bzw. T2 verbunden sind. Der Generator G ist sowohl mit dem netzgebunden betriebenen ersten mechanischen Port des ersten elektrischen Drehzahlwandlers T1 als auch mit dem netzgebunden betriebenen ersten mechanischen Port des zweiten elektrischen Drehzahlwandlers T2 verbunden. Der drehzahlvariabel betriebene zweite mechanische Port P des ersten elektrischen Drehzahlwandlers T 1 ist mit einem Schwungradspeicher S, der drehzahlvariabel betriebene zweite mechanische Port P des zweiten elektrischen Drehzahlwandlers T2 ist mit einer Kraftmaschine Q verbunden.

Bei diesem Aufbau können die Stromrichter N1 und N2 und die elektromechanischen Energiewandler des ersten elektrischen Drehzahlwandlers, des zweiten elektrischen Drehzahlwandlers und der Generator so aufeinander abgestimmt werden, dass sich deren Leistungen beim Abruf der kinetischen Energie kompensieren, um die Leistungsbelastung des last- bzw. netzseitigen Stromrichters zu verringern. Dadurch kann das Stromrichtersystem günstiger ausfallen, weil es nur mit einem Bruchteil der Systemleistung belastet wird.

Um die Kurzschlussstromfähigkeit zu erhöhen und gleichzeitig die volle Systemkontrolle bei Fehlern aufrechtzuerhalten, wird in diesem Ausführungsbeispiel vorzugsweise ein gleichstromerregter Synchrongenerator verwendet, der im Normalbetrieb den größten Teil der Last übernimmt und den Kurzschlussstrom bei Fehlern bereitstellt. Der Betrieb mit variabler Drehzahl wird durch den zweiten elektrischen Drehzahlwandler T2 realisiert. Der erforderliche Energiespeicher ist als Schwungradspeicher S ausgeführt, welcher über den ersten elektrischen Drehzahlwandler T 1 mit einer gemeinsamen Welle gekoppelt ist.

Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Teilleistung für die Stromrichter und den Synchrongenerator in allen relevanten Betriebsarten beibehalten. Bei Hochlastbedingungen ist die Drehzahl der Kraftmaschine Q höher als die Drehzahl der gemeinsamen Welle, und die Schlupfleistung des zweiten elektrischen Drehzahlwandlers T2 wird über die leistungselektronischen Stromrichter an die Last geliefert, was eine Leistungsaufteilung zwischen den Maschinen (dem elektromechanischen Energiewandler des elektrischen Drehzahlwandlers und dem Generator) und den Stromrichtern impliziert. Bei einem Lastsprung speist das Schwungrad S die Last über den Generator G und den netzseitigen Stromrichter N1 ein und beschleunigt gleichzeitig über beide elektrische Drehzahlwandler T1 , T2 die Kraftmaschine Q. Da der Energiefluss im stationären Betrieb, d. h. bei konstanter Last, und im dynamischen Betrieb, d. h. bei variabler Last, parallele elektrische und mechanische Pfade verwendet, ermöglicht diese Anordnung eine Teilleistungsauslegung sowohl der Stromrichter als auch der elektrischen Maschinen. Die vorteilhafte Teilleistungsbemessung des Stromrichters bleibt auch bei der Bereitstellung von Kurzschlussstrom oder im Falle kurzzeitiger Überlast erhalten, weil der bereitgestellte Strom nicht durch den Stromrichter begrenzt ist. Das ermöglicht eine Teilleistungsbemessung des Generators und des Stromrichters und damit eine wirtschaftliche Lösung.

Die Stromrichter können als Frequenzumrichter mit gemeinsamem Zwischenkreis ausgeführt werden. An diesem Zwischenkreis kann ein elektrischer Energiespeicher (Batterie, Akkumulator, Superkondensator) direkt oder über einen weiteren Stromrichter angeschlossen werden. Dadurch lässt sich der Steuerbereich der Leistungen vergrößern, sodass sich eine noch bessere Teilleistungsbemessung oder eine Erweiterung des Betriebsbereichs ergibt.

Die Verbindung, der Anschluss, die Kopplung oder die Kaskadierung der in einem Stromaggregat vorhandenen Komponenten, also der Kraftmaschine, dem ersten elektrischen Drehzahlwandler, dem zweiten elektrischen Drehzahlwandler, dem Generator und dem Schwungrad untereinander und zur festen Umgebung, definiert, was hier als Antriebsstrang verstanden wird. Jede vorhandene Komponente im Antriebsstrang hat direkt benachbarte Komponenten. Die Position einer Komponente im Antriebsstrang ist festgelegt, wenn die direkt benachbarten Komponenten jeder im Antriebsstrang vorhandenen Komponente festgelegt sind. Es ist möglich, die Positionen des Generators G, der Kraftmaschine Q und des Schwungrades S im Antriebsstrang untereinander zu variieren, d. h. die Komponenten zu vertauschen.

Der Nachteil dieser Lösung, die erhöhte Anzahl von Hauptkomponenten (zwei elektrische Drehzahlwandler T1 , T2 und zwei Stromrichter N1 , N2), wird dadurch kompensiert, dass die Nennleistung jeder Wandlungsstufe geringer ist als die volle Systemleistung.

Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung

Abschließend sollen die vorteilhaften Wirkungen der Erfindung unter Bezugnahme auf den bisherigen Stand der Technik noch einmal zusammengefasst werden.

Mit dem erfindungsgemäßen Drehzahlwandler kann das Drehmoment hochdynamisch gesteuert oder geregelt werden, sodass der in AT 512 853 A1 beschriebene Applikationsfaktor noch weiter reduziert und ein gegenüber der dortigen Lösung verbessertes Regelungsverhalten erzielt werden kann. Diese vorteilhafte Wirkung wird erzielt, weil sich der Beitrag des Drehzahlwandlers zum für das Regelungsverhalten relevanten Massenträgheitsmoment auf praktisch vernachlässigbare Werte reduziert.

Die vorliegende Erfindung zeichnet sich weiterhin durch folgende Vorteile aus:

• Da der Generator direkt mit dem Netz verbunden ist, ist die Einspeisung von Strom nicht durch den Stromrichter begrenzt. Zudem kann die Auslegung des Stromrichtersystems auf einen Teil der Gesamtleistung reduziert werden.

• Gegenüber der Lösung aus DE 10 2011 087 109 B3, Fig. 1 , die sich eines Überlagerungsgetriebes 10 bedient, entfallen dieses Getriebe sowie die damit verbundene Regelmaschine 20.

Gegenüber der aus dem Stand der Technik bekannten Lösung, bei der die Netzleistung allein über Stromrichter gespeist wird, kann ein deutlich höherer Strom während Netzfehlern bereitgestellt werden, weil die Maximalstromfähigkeit der Netzseite im Fehlerfall vorwiegend durch den Synchrongenerator bestimmt ist.

• Gegenüber der aus dem Stand der Technik bekannten Lösung mit doppeltgespeister Asynchronmaschine als Generator, werden die für den rotorseitigen Stromrichter schädlichen, insbesondere bei Spannungseinbrüchen und Netzfehlern entstehenden, Überspannungen nicht auftreten.

• Gegenüber der aus dem Stand der Technik bekannten Lösung mit bürstenlosen doppeltgespeisten Asynchronmaschinen in integrierter Form ergibt sich ein reduzierter Regelungsaufwand, weil die Stromkreise des Synchrongenerators und des elektrischen Teils des Drehzahlwandlers so ausgeführt werden können, dass deren magnetische Kopplung vernachlässigbar ist.

• Gegenüber einem Überlagerungsgetriebe entstehen in der erfindungsgemäßen Leistungsverzweigung mit vollständiger Drehmomentabstützung vernachlässigbare Verluste bei Stillstand eines der beiden mechanischen Ports des elektrischen Drehzahlwandlers. So wäre in DE 19843 386 C1 , Fig. 3, die schaltbare Kupplung 23 entbehrlich, wenn man die dort durch das Planetengetriebe 22 und die elektrische Hilfsmaschine 21 gelöste Aufgabe der Drehzahlanpassung erfindungsgemäß löst.

• Gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen sind zum Starten der Kraftmaschine bei Netzausfall keine Schaltkupplungen erforderlich.

• Es wird ein verbessertes Regelungsverhalten gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen mit mechanischer Leistungsverzweigung erzielt.

Im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen ist das erfindungsgemäße Stromaggregat einfacher, da es ohne Getriebe ausführbar ist, robuster, aufgrund der Überlastfähigkeit des Generators, und kostengünstiger, weil es energieeffizienter im Betrieb ist.