Energie und Mobilität
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In Zusammenarbeit mit den Kreiswerken Cham wurde an der OTH Regensburg das Trinkwasserversorgungsgebiet mit allen relevanten Pumpen und Hochbehältern nachgebildet. Mithilfe des Modells kann die aktuelle, füllstandgesteuerte Betriebsweise unter Einhaltung der Randbedingungen (Grenzwerte der Behälterfüllstände, elektrische Verschaltung der Pumpen) simuliert werden. Daraus lässt sich auch das gesicherte, für die Netzplanung geeignete Flexibilitätspotenzial anhand der Leistungsabweichung gegenüber dem regulären Fahrplan, der Einsatzdauer, dem Einsatzzeitpunkt und der Pause zwischen den Flexibilitätsabrufen charakterisieren. In einem Feldversuch wurde vordergründig untersucht, inwiefern der Einsatz von Flexibilität in der Trinkwasserversorgung technisch umsetzbar ist.
In this paper it is presented how the network calculation program PowerFactory is used to implement automated network planning algorithms. PowerFactory’s internal functions and data sets are discussed and it is shown how the functions and data sets have been extended by specially developed scripts to enable the automation of network planning steps. Finally, the methodology applied to calculate grid use cases is briefly discussed.
Investigation of Shifted PWM Methods for a Dual Three-Phase System to Reduce Capacitor RMS Current
(2020)
Mild hybrid automotive topologies containing a 48V high power (>15 kW) electric drive system demand a high integration of power electronics and electrical machine. A multi-phase motor winding topology helps to keep the per-phase operating currents to a reasonable level. Close integration and multi-phase system have led to a drive system with dual 3-phase systems supplied by a common 48V DC-link, which allows to shift PWM patterns for reduction of DC-link capacitor ripple current and size. This paper derives some basic rules for combinations of common PWM methods for dual 3-phase systems without magnetic cross-coupling. Experimental measurements verify simulated results.
This paper presents a convolutional neural network (CNN) which can be used for forecasting electricity load profiles 36 hours into the future. In contrast to well established CNN architectures, the input data is one-dimensional. A parameter scanning of network parameters is conducted in order to gain information about the influence of the kernel size, number of filters and number of nodes. Furthermore, different dropout methods are applied to the CNN and are evaluated. The results show that a good forecast quality can already be achieved with basic CNN architectures, the dropout improves the forecast. The method works not only for smooth sum loads of many hundred consumers, but also for the load of single apartment buildings.
Many modern composites consist of dielectric polymer matrices containing embedded spherical particles. These particles can be electrically conducting and often have magnetic properties. In order to accurately model and simulate such materials, precise calculation of the electrical capacitance between identically sized spheres is required. This is of particular relevance at microscopic dimensions where many smart material-based micro devices are concerned. This may appear trivial for a small number of particles. However, many methods or their analysis appear to be questionable or not applicable at reduced dimensions. In this work, the various methods of analysis are scrutinized before being compared with both simulation and direct measurements. It is surprising to note that of the many works investigated only 3 are in close agreement with both simulation and measurement.
Graphical abstract
This paper deals with the precise calculation of the electrical capacitance between two conducting spheres of equal, or near equal size.The calculations have been verified by both experimental measurements and simulation. Algorithms in MatLab (Octave) format have been included in the supporting information.
This paper concerns a comprehensive investigation of time-dependent electroadhesion (EA) force degradation. EA shear force tests on different object materials (a PET, glass, ABS, and wood plate) have shown that force degradation was dominated by residual polarization charges trapped in the EA pad dielectric rather than in the substrate dielectric from which the object to be prehended is made. In order to explain this dynamic physical phenomenon, a model of dielectric polarization and depolarization has been proposed. According to the derived relationship between EA force and discharge time, three different methods intended to mitigate this problem has been compared: (1) the natural discharge method, (2) the high voltage resistor discharge method, and (3) the discharge prior to field polarity reversal method. These methods are useful for generating repeatable and stable EA forces, which are required for the characterization of EA pads and their subsequent employment in material handling, mobile robot crawling and climbing tasks.
Die Akzeptanz unter Bewohnern und Bewohnerinnen gewinnt bei hoch komplexen, technisch anspruchsvollen energetischen Sanierungen als „Innovationsmotor“ zunehmend an Relevanz. Der Beitrag basiert auf zwei Fallstudien zur partizipativen Nutzereinbindung bei energetischen Sanierungen im genossenschaftlichen Wohnbau historischer Stadtquartiere in Regensburg. Neben einer sozialverträglichen Sanierung wurde jeweils ein hohes Maß an Energieeffizienz bei den technischen Lösungen ange-strebt. Haushaltsbefragungen und qualitative Interviews zeigen die hohe Akzeptanz von Sanierungsmaßnahmen, sofern die Senkung der Energiekosten die erhöhte Miete kompensiert. Abschließend werden Akzeptanzfaktoren wie Partizipation, Vertrauen, Sozialverträglichkeit und Autarkie erörtert.
We derive a new 3D model for magnetic particle imaging (MPI) that is able to incorporate realistic magnetic fields in the reconstruction process. In real MPI scanners, the generated magnetic fields have distortions that lead to deformed magnetic low-field volumes with the shapes of ellipsoids or bananas instead of ideal field-free points (FFP) or lines (FFL), respectively. Most of the common model-based reconstruction schemes in MPI use however the idealized assumption of an ideal FFP or FFL topology and, thus, generate artifacts in the reconstruction. Our model-based approach is able to deal with these distortions and can generally be applied to dynamic magnetic fields that are approximately parallel to their velocity field. We show how this new 3D model can be discretized and inverted algebraically in order to recover the magnetic particle concentration. To model and describe the magnetic fields, we use decompositions of the fields in spherical harmonics. We complement the description of the new model with several simulations and experiments, exploring the effects of magnetic fields distortion and reconstruction parameters on the reconstruction.
Die Energiewende führt zu neuen Herausforderungen für Verteilungsnetzbetreiber hinsichtlich der Er-bringung von Systemdienstleistungen, der Integration weiterer Erzeugungsanlagen und Lasten sowie der Gewährleistung einer hohen Versorgungssicherheit und normgerechten Spannungsqualität. Die De-ckung der auftretenden Blindleistungsbedarfe seitens der Netzbetriebsmittel, Verbraucher und Erzeu-gungsanlagen gewinnt durch den Wegfall der Großkraftwerke für Netzbetreiber zunehmend an Bedeu-tung. Das Projekt SyNErgie beschäftigt sich diesbezüglich mit der Entwicklung neuartiger Blindleis-tungsmanagementsysteme für Mittelspannungsnetze. Ziel ist es, das bisher ungenutzte, freie Blindleis-tungspotential betrieblicher Kompensationsanlagen und dezentraler Erzeugungsanlagen (allgemein: Blindleistungsquellen) zu nutzen, um die Blindleistungsänderungsfähigkeit eines Verteilungsnetzes zu erhöhen. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung eines zentralen Blindleistungsregelsystems, bei dem Blindleistungsquellen auf Basis von „Optimal Power Flow“-Berechnungen über eine zentrale Recheninstanz angesteuert werden. Zum Einsatz kommt dabei ein Optimierungsalgorithmus, der auf Basis des aktuellen Netzzustandes (Spannungs- und Auslastungsreserven) und des aktuellen Blindleis-tungspotentials der Blindleistungsquellen einen bedarfsoptimalen Abruf koordiniert. Das zentrale Re-gelverfahren wird in Netzmodellen verschiedenartiger Mittelspannungsnetzgruppen und unterschiedli-cher Art und Anzahl von Blindleistungsquellen angewendet sowie im Hinblick auf variierende Zielvor-gaben und Randbedingungen evaluiert und diskutiert.
The fracture propagation and arrest control for pipelines transporting rich natural gases and high vapor pressure liquids is based on the Battelle Two-Curve Model (BTCM). Distinct limitations of this model were demonstrated for past and modern steels and gas mixtures. These can be related to the insufficient description of individual physical processes and interactions between the pipe material and transported mixture during the running ductile fracture. In the past, fluid-structure interaction (FSI) models enabled a more sophisticated, coupled analysis of the failure scenario. To quantify their capability of describing the multi-physical processes, the FSI models need to be verified by experimental data from full-scale burst tests (FSBT). Therefore, this paper deals with the simulation of five FSBTs from the literature on API grade X65 pipes with different pipe geometries, mixtures and initial conditions. The FSI is modeled by the coupled Euler-Lagrange (CEL) method. The modified Mohr-Coulomb (MMC) model is implemented in the CEL framework to describe the deformation and ductile fracture in the X65/L450 pipes. 3D Euler equations are used to calculate the mixture decompression with the GERG-2008 equation of state defining the volumetric behavior of a CO2-rich mixture, CH4 and H2. The extended model considers the effect of soil backfill on the pipe deformation and inertia. The numerical predictions agree well with the experimental findings in terms of the crack propagation speed and arrest length underlining the capability of the developed numerical tool.