Elektrotechnik
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Both the ability to suppress disturbances and the simplicity of plant modeling within the active disturbance rejection control (ADRC) approach are enabled by its observer and largely dependent on its sufficiently fast tuning. This, however, may require high observer gain values, which increase the controller’s susceptibility to measurement noise. To reduce the noise sensitivity without requiring any change to the controller structure, this article transfers the results of a continuous-time method called half-gain tuning to the discrete-time domain. Applied only to ADRC’s observer, the closed-loop dynamics will remain almost unaffected. Explicit tuning equations for the discrete-time observer gains are derived. A detailed examination performed analytically, in simulation, and in experiment reveals how much of the theoretical noise reduction promised by the continuous-time method can still be achieved in the discrete-time domain. In summary, an observer tuning method is presented that delivers a substantial reduction in noise sensitivity in practically relevant scenarios and can be applied minimally invasively to existing ADRC control loops.
Für das Maschinenbauunternehmen Niles-Simmons ist es entscheidend, wettbewerbsfähig zu sein. Dazu bedarf es einer fortlaufenden Entwicklung von effizienten Maschinen.
Die Energieeinspeisung in jede Maschine von Niles-Simmons wird aktuell durch Drehstrom realisiert. Aktuell gibt es Entwicklungen, diese Energieversorgung mit Gleichstrom zu realisieren, wodurch bestimmte Vorteile erreicht werden können, allerdings auch Herausforderungen entstehen.
Ziel dieser Arbeit ist es eine Gleichstromversorgung für eine NSH-T Maschine zu entwickeln, sowie deren Vor- und Nachteile darzustellen. Eine Teilaufgabe ist die Erstellung eines Stromlaufplanes für die DC-Einspeisung einer N30 MC.
Diese Masterarbeit untersucht die Herausforderungen der Energiewende und deren Auswirkungen auf das Stromnetz, insbesondere im 50Hertz-Übertragungsnetzgebiet. Der zunehmende Ausbau erneuerbarer Energien führt zu Netzengpässen, die die Integration von Wind- und Solarenergie einschränken und eine suboptimale Nutzung der vorhandenen Kapazitäten zur Folge haben. Batteriespeicher bieten eine Lösung, indem sie überschüssige Energie speichern und bei Bedarf bereitstellen.
Vor diesem Hintergrund wurde eine Methodik entwickelt, die es ermöglicht, ein 380/220-kV-Netzmodell für das 50Hertz-Gebiet von Grund auf zu erstellen, um optimale Standorte für Batteriespeicher zu identifizieren. Da ein vollständiges Netzmodell für das 380/220-kV-Netzgebiet von 50Hertz derzeit nicht öffentlich zugänglich ist, musste ein Modell entwickelt werden, das das 50Hertz-Netz möglichst realitätsnah abbildet.
Der Erstellungsprozess eines 380/220-kV-Netzmodells für das 50Hertz-Gebiet wird durch mehrere Herausforderungen erschwert, insbesondere in Bezug auf die Datenverfügbarkeit und den Zugang zu relevanten Informationen. Aufgrund des hohen Modellierungsaufwands wurde die Untersuchung exemplarisch auf das 50Hertz-Netzgebiet beschränkt. Gleichzeitig lassen sich die Ergebnisse der Arbeit später auf Bundesebene skalieren, sodass die entwickelte Methodik auch für andere Netzgebiete und Übertragungsnetzbetreiber anwendbar ist.
Die vorliegende Diplomarbeit hat das Ziel, eine detaillierte und fundierte Analyse der Anforderungen für die effiziente und sichere Planung sowie Errichtung von Photovoltaik-Anlagen zu erarbeiten, wobei sowohl die DC- aus auch die AC-seitigen Aspekte intensiv betrachtet werden.
Im ersten Schritt der Arbeit erfolgt eine systematische Aufbereitung der Grundlagen, um den aktuellen Stand der Technik, die bestehenden Normen und regulatorischen Vorgaben zu erfassen. Anschließend werden spezifische Anforderungen an die DC-seitige (Gleichstrom) und AC-seitige (Wechselstrom) Planung und Errichtung von PV-Anlagen detailliert untersucht und aufbereitet. Dies beinhaltet die Dimensionierung und Auswahl geeigneter Solarmodule, Wechselrichter, Verkabelungen, Schutz- und Sicherheitseinrichtungen.
Ein besonderer Fokus wird auf die technischen Herausforderungen und die Umsetzung der Sicherheitsstandards gelegt, um die Integrität und Effizienz der PV-Anlagen zu gewährleisten. Die Arbeit umfasst zudem einen detaillierten Leitfaden für die Montage von Photovoltaikanlagen um die Sach- und Fachrichtigkeit zu bewerten.
Innovative Ansätze für die Nutzung der IO-Link-Technologie in industriellen Umgebungen: Eine ganzheitliche Bewertung unter Berücksichtigung von Effizienz, Wirtschaftlichkeit und Predictive Maintenance
1. Einleitung
2. Aktueller Stand der Technik
3. Optimierungsansatz
4. Konzeptionierung der Anlagenmodifikation
5. Umsetzung des entwickelten Konzepts
6. Erweiterung für vorbeugende Instandhaltung
7. Analyse der Wirtschaftlichkeit
8. Anforderungen für ein zukünftiges Lastenheft
9. Fazit
10. Ausblick
Im Rahmen dieser Arbeit soll ein BMS mit „Onboard-EIS“ zur Bestimmung von SoH und SoC entwickelt und aufgebaut werden. Dazu kann auf einem bestehenden Algorithmus (Modell freier Ansatz) zurückgegriffen werden.
Die Validierung der ermittelten Rohdaten (Real- und Imaginärteil) sollen mittels Kramers-Kronig Beziehung erfolgen.
Simulation eines 3-Level Wechselrichters zur Regelung einer permanenterregten Synchronmaschine
(2024)
In dieser Arbeit wird das Modellieren und Simulieren eines elektrischen Antriebssystems, bestehend aus einer permanentmagneterregten Synchronmaschine (PMSM) und einem 3-Level neutral-point-clamped (NPC)-Wechselrichter, behandelt. Zur Regelung von Drehzahl und Drehmoment der Maschine wird eine feldorientierte Regelung (FOC) implementiert. Die Modellierung der Maschine und die Auslegung der Regelung sind in Matlab/Simulink umgesetzt.
Der Wechselrichter wird zunächst in PLECS vereinfacht modelliert und die Leistungsschalter anschließend mit Herstellerbibliotheken erweitert, um die Verlustleistung und die thermischen Eigenschaften des Systems zu analysieren. Verschiedene Transistortypen (zwei SiC und zwei GaN) sowie zwei unterschiedliche Gate-Treiber werden verglichen, um den optimalen Wirkungsgrad zu ermitteln.
Die in der Simulation entwickelte Regelung wird anschließend durch ein Echtzeitmodell in einem Hardware-in-the-Loop (HiL)-Prüfstand validiert. Das leistungselektronische System wird in einem Echtzeitsimulator (RT Box 2) emuliert, während die Regelalgorithmen auf einem Mikrocontroller von Texas Instruments implementiert werden. Die erfolgreiche Echtzeitsimulation bestätigt die Funktionsfähigkeit der Regelung in einem eingebetteten System.
Das Thema der CO2-Einsparung bzw. Reduktion ist aktueller denn je, sei es aus wirtschaftlichen oder energiepolitischen Beweggründen. Eine stetig wachsende Zahl an Privatpersonen und Unternehmen stehen vor der Herausforderung bestehende Erzeuger/Verbrauchersysteme an neue Ziele anzupassen. Die vorliegende Arbeit soll die Herangehensweise am Beispiel eines mittelständischen Industriebetriebes aufzeigen.
Dabei soll eine technische als auch grundlegende wirtschaftliche Betrachtung geführt werden. Auf Grundlage dieser werden Vorschläge zu geeigneten Maßnahmen am gewählten Objekt aufgezeigt.
Der zweite Teil der Arbeit widmet sich dem Thema Energiemanagement. Ziel ist es eine auf die örtlichen Gegebenheiten zugeschnittene Lösung zu entwickeln, welche den Eigenverbrauch aber auch die Einspeisung bedarfsgerecht optimiert. Mit dem Energiemanagementsystem sollen alle Bestandteile des Gesamtsystems an einer zentralen Stelle zusammengeführt und beeinflusst werden können.
Die vorliegende Diplomarbeit beschäftigt sich mit Batteriespeicheranlagen, die durch ein netzverträgliches Verhalten in bereits ausgelastete Mittelspannungsnetze integriert werden sollen. Dadurch ergeben sich Einschränkungen für den Betrieb gegenüber Speicheranlagen mit reiner marktorientierter Betriebsführung. Diese werden bei einer abschließenden Wirtschaftlichkeitsbetrachtung berücksichtigt.
Hierfür werden zunächst die Begrifflichkeiten „Energiespeicher“, „Netzverträglichkeit/ Netzdienlichkeit“ sowie „netzorientiert“ und „marktorientiert“ erläutert und gegenseitig abgegrenzt. Es erfolgt eine erste Vorstellung der Vermarktungsmöglichkeiten für eine Speicheranlage.
Anschließend wird mit einem kurzen Überblick über den Stand der Technik der Aufbau einer Speicheranlage erklärt. Dabei wird auf die Zelltechnologie und die Funktionsweise der Hauptkomponente eingegangen. Es erfolgt die Dimensionierung eines Speichers, der in das MS-Netz integriert werden soll.
Es werden die technischen Rahmenbedingungen aus der VDE-AR-N 4110 und den Technischen Anschlussbedingungen eines mitteldeutschen Verteilnetzbetreibers vorgestellt, anhand derer eine Speicherbewertung durchgeführt wird.
Der Hauptteil befasst sich mit der technischen Betrachtung des Speichers. Hierfür werden Netzszenarien definiert, deren Kriterien für den Anschluss einer Speicheranlage in das MS-Netz grundlegend sind. Mit der Entwicklung eines Netzmodells werden netzverträgliche Parameter in Form einer P(U)-Kennlinie bestimmt. Diese werden anschließend auf die Speicheranlage im realen MS-Netz angewandt. Dabei soll überprüft werden, ob der gewählte Speicher im untersuchten MS-Netz eingesetzt werden kann.
Im wirtschaftlichen Teil dieser Arbeit erfolgt eine Übersicht über die wirtschaftlichen und rechtlichen Rahmenbedingungen, die für das marktorientierte Betreiben der Speicheranlage am Regelenergiemarkt beachtet werden müssen.
Abschließend wird eine einfache Wirtschaftlichkeitsbetrachtung durchgeführt, die die Wirtschaftlichkeit einer Speicheranlage mit und ohne netzverträgliches Verhalten gegenübergestellt.
Der Energiemarkt in Deutschland ist seit seiner Entstehung geprägt durch fossile Erzeuger. Die ersten Kraftwerke, betrieben durch Öl und Kohle erfüllten die Anforderungen an Versorgungssicherheit und schufen die Grundlage für das heutige Energienetz. Mit der vergleichsweiße kürzlichen Etablierung von Erdgas und Kernenergie war die Deckung des künftig wachsenden Energiebedarfs möglich. Die zunehmenden Auswirkungen des Klimawandels haben uns jedoch gezwungen, sowohl auf fossile Brennstoffe als auch auf Kernenergie zu verzichten. Zu Beginn des 21. Jahrhunderts waren erstmals geringere CO2-Emissionen, weniger Ressourcenverbrauch und mehr Nachhaltigkeit wichtige Faktoren bei der Energieerzeugung.
Solarenergie ist ein Weg, diese neuen Ziele zu erreichen. Allerdings stellt dieser Anlagentyp seine Energie mittels netzgekoppelter Wechselrichter bereit. Diese unterscheiden sich stark von den herkömmlich eingesetzten Synchrongeneratoren in fossilen Kraftwerken. Ziel dieser Arbeit ist es, die Art und Weise zu analysieren, wie PV-wechselrichter Kurzschlussleistung für das Energienetz bereitstellen.
Das Ziel dieser Diplomarbeit ist es, zukünftige Netzszenarien in der Mittelspannungsebene der Stadt Zwickau bis zum Jahre 2045 zu untersuchen.
Auf der Grundlage der Wirtschafts- und Bevölkerungsentwicklung in Zwickau wird eine Prognose der allgemeinen Lastentwicklungen erstellt. Darauf aufbauend wird die Entwicklung der Ladeinfrastruktur für Elektromobilität im öffentlichen und privaten Bereich sowie der Zuwachs von Wärmepumpen in Gebäuden betrachtet. Ebenfalls sind Einschätzungen zu der Entwicklung der EEG-Einspeiser zu treffen.
Aus diesen Annahmen werden relevante Netzszenarien abgeleitet und in DIgSILENT PowerFactory für die Jahre 2030 und 2045 berechnet. Auf Basis dieser Netzanalysen folgt die Bewertung, welche Ausbau- und/oder Neubaumaßnahmen im Mittelspannungsnetz für die jeweiligen Netzszenarien notwendig werden. Abschließend findet eine Definition der Vorzugsvariante statt, die einer genaueren Betrachtung unterzogen wird und die ersten Schwachstellen im Mittelspannungsnetz der Stadt Zwickau benennt.
Innerhalb der vorliegenden Abschlussarbeit zum Thema „Optimierung des Anlagen-kommunikationskonzepts zur Sicherstellung der Wertschöpfungsketten innerhalb einer Fahrzeugproduktion“ wird das bestehende Konzept zur Identifikation von Fahrzeugen und der nachgelagerten Kommunikation zwischen Fahrzeugtester und Prüfstand analysiert.
Durch Produkterweiterung im Bereich der Windschutzscheiben wurden Verbindungseinschränkungen hervorgerufen, welche analysiert und ausgewertet wurden. Das Bestandskonzept mittels optischer Kommunikation wurde experimentell nachgestellt und der Signaldurchgang durch die Scheiben wurde analysiert.
Anhand der Analyse wurden Bewertungskriterien für Alternativkonzepte definiert und in einer Bewertungsmatrix dargestellt. Im weiteren Verlauf wurden drei Konzepte miteinander verglichen. Dabei wurde ein Vorzugskonzept für die Bestandsmontage aufgestellt, sowie eine Empfehlung für neu aufgebaute Prüfstände gegeben. Das Konzept wurde anschließend entsprechend des Test- und Integrationsplans umgesetzt und umfassend abgesichert.
