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Alternative Energiesysteme

Smart Grids

Energie und Gesellschaft

Nachhaltigkeit ist ein wichtiges Anliegen unserer heutigen Gesellschaft. Eine zentrale Frage ist dabei, wie sich unser zukünftiges Energiesystem allein auf Basis erneuerbarer Energien aufstellen lässt. Nicht nur in diesem Bereich gewinnt die Speicherung von Energie an Bedeutung, sondern auch in der Elektromobilität.
Für dieses Spektrum an Anwendungsfeldern entwickelt die Arbeitsgruppe Alternative Energiesysteme innovative Verfahren in den beiden Forschungsschwerpunkten Energienetze und Batteriesysteme.

Energienetze

Im Rahmen der Energiewende in Deutschland und anderen Teilen der Welt werden konventionelle Kraftwerke durch eine große Anzahl regenerativer Energiequellen ersetzt, insbesondere in Form von Photovoltaik- und Windkraftanlagen. Diese werden überwiegend auf Verteilnetzebene zugebaut. Dadurch entstehen dort zunehmend Engpässe, was die Netzbetreiber zum Ausbau ihrer Netze verpflichtet. Zudem erzwingt die schlechte Prädizierbarkeit, die hohe Flankensteilheit und die mangelnde Steuerbarkeit der regenerativen Erzeugungsleistung eine massive Erweiterung der Speicherkapazitäten.

Durch den Einsatz von Energiekonvertern wie Power-to-Gas-Anlagen und Blockheizkraftwerken können Strom-, Gas- und Wärmeverteilnetze gekoppelt und damit die beschriebenen Herausforderungen effektiv gemeistert werden. Jedoch sind für die daraus neu entstehenden multimodalen Verteilnetze bisher kaum regelungstechnische Methoden bekannt.

Die Arbeitsgruppe alternative Energiesysteme forscht daher entlang des gesamten regelungstechnischen Entwurfsprozesses an innovativen Verfahren für multimodale Energieverteilsysteme.

Batteriesysteme

Aufgrund des volatilen Charakters der erneuerbaren Energien ist die Zwischenspeicherung dieser Energie z.B. mit Li-Ionen Batterien ein wichtiges Anliegen. Auch in der Elektromobilität und der Unterhaltungselektronik gewinnen Batteriesysteme als elektrische Energiespeicher aufgrund der steigenden Ansprüche bzgl. der Reichweite und Verfügbarkeit zunehmend an Bedeutung.

Um den sicheren und effektiven Betrieb der Batteriesysteme gewährleisten zu können, werden Batteriemanagementsysteme (BMS) eingesetzt. Häufig werden lediglich ungenaue heuristische Methoden verwendet, wie z.B. Zählverfahren zur Schätzung des Batteriezustands. Am IRS hingegen werden modellbasierte Methoden zur automatisierten Identifikation des physikalischen Batteriezustands im laufenden Betrieb entworfen. Bestehende BMS arbeiten zudem mit zentralen Architekturen und kommen daher bei der Zusammenschaltung einer großen Anzahl an Zellen schnell an ihre Grenzen. Für einen effizienten Einsatz der Batteriesysteme erforscht das IRS daher neue dezentrale und verteilte Ansätze zur Überwachung und Regelung.

Wissenschaftlicher Mitarbeiter

Stefan Krebs

Gruppenleiter

   

Lukas Kölsch

Wissenschaftlicher Mitarbeiter

Forschungsgebiet:
Stabilität und Ausfallsicherheit

Pol Jané Soneira

Wissenschaftlicher Mitarbeiter

Forschungsgebiet:
 

Jona Maurer

Wissenschaftlicher Mitarbeiter

Forschungsgebiet:
Verteilte Regelung

Martin Pfeifer

Wissenschaftlicher Mitarbeiter

Forschungsgebiet:
Zustandsschätzung

Albertus Malan

Wissenschaftlicher Mitarbeiter

Forschungsgebiet:
 

Oliver Stark

Wissenschaftlicher Mitarbeiter

Forschungsgebiet:
Parameteridentifikation

Felix Strehle

Wissenschaftlicher Mitarbeiter

Forschungsgebiet:
Systemdesign

 


 

Studentische Mitarbeiter

Nicolai Tschuch

Implementierung eines MPC für gekoppelte Strom- und Wärmenetze

 

 

 

Silja Viola Pfeiffer

Automatisierte Herleitung Port-Hamiltonscher Modelle aus Bond-Graphen

Charles Muller

Automatisierte Herleitung Port-Hamiltonscher Modelle aus Bond-Graphen

 

 

 

Tobias Herkner

Mitarbeit an einem Forschungsprojekt

 

 

 

Aktuelle Ausschreibungen für studentische Hilfskräfte sind hier zu finden.

Abschlussarbeiter

 

Lena Zellmann

Bachelorarbeit

Konzeptionierung und Implementierung einer Simulationsumgebung für gekoppelte Energiezellen

Kaicong Wu

Masterarbeit

Erweiterung eines Optimierungsansatzes zur Parameterbestimmung eines Lithium-Ionen-Batteriemodells

Chidan Zhu

Masterarbeit

Passivitätsbasierte Plug-and-Play Regelung in Microgrids unter praktischen Randbedingungen

Katharina Wieninger

Masterarbeit

Verteilte Regelung von Energiezellen mittels Feedback Optimization

Patrick Armbruster

Bachelorarbeit

Passivitätsbasierte Plug-and-Play Spannungsregelung von DC Microgrid Clustern

 

Nicolai Tschuch

Bachelorarbeit

Implementierung eines marktbasierten
modellprädiktiven Reglers für ein
gekoppeltes Strom- und Wärmenetz

Limanan Nursalim

Bachelorarbeit

Completely Positive Optimization of Multi-Carrier Energy Distribution Grids

Oliver Ratzel

Bachelorarbeit

Modellierung des dynamischen
Temperaturtransports in Wärmenetzen

Kirtan Bhatt

Bachelorarbeit

Implementierung einer verteilten optimierungsbasierten Frequenzregelung für heterogene Energieverteilnetze

Yoel Singer Grein

Bachelorarbeit

Vollautomatisierter Reglerentwurf für lineare Bond-Graphen

Jochen Illerhaus

Bachelorarbeit

Entwurf eines modellbasierten prädiktiven Reglers zur optimalen Betriebsführung von Wärmenetzen der 4. Generation

Stephan Zeitvogel

Masterarbeit

Entwurf eines anwendungsorientierten Plug-and-Play Referenztrackings in Microgrids

Simon Idelhauser

Masterarbeit

Entwurf einer verteilten marktbasierten modellprädiktiven Regelung für gekoppelte Strom- und Wärmenetze

Syrine Khammari

Bachelorarbeit

Automatisierter Reglerentwurf für Bond-Graphen

Offene Abschlussarbeiten

Offene Abschlussarbeiten Alternative Energiesysteme
Titel Typ Betreuer
Bachelorarbeit
Bachelorarbeit
Masterarbeit
Masterarbeit
Masterarbeit
Masterarbeit
Masterarbeit
Masterarbeit
Masterarbeit
Masterarbeit
Masterarbeit


Publikationen der Forschungsgruppe


2019
AMOTO: Automatic MOdeling TOol for the Port-Hamiltonian Formulation of Bond Graphs.
Pfeiffer, S.; Muller, C.; Pfeifer, M.; Caspart, S.; Krebs, S.; Hohmann, S.
2019. VDI/VDE GMA-Fachausschuss 1.30 „Modellbildung, Identifikation und Simulation in der Automatisierungstechnik“. Tagung (2019), Anif, Österreich, 25.–27. September 2019
Explicit Port-Hamiltonian Formulation of Bond Graphs.
Pfeifer, M.; Pfeiffer, S.; Caspart, S.; Muller, C.; Krebs, S.; Hohmann, S.
2019. GMA-Fachausschuss 1.30 „Modellbildung, Identifikation und Simulation in der Automatisierungstechnik“, Anif, A, 25.-27. September 2019, VDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisierungstechnik, Düsseldorf
Unknown input kalman filtering for linear discrete-time fractional order systems with direct feedthrough.
Kupper, M.; Pfeifer, M.; Krebs, S.; Hohmann, S.
2019. 2019 18th European Control Conference (ECC), Napoli, Italy, June 25-28, 2019, 1848–1853, IEEE. doi:10.23919/ECC.2019.8795817
Current and State of Charge Estimation of Lithium-Ion Battery Packs Using Distributed Fractional Extended Kalman Filters [in press].
Kupper, M.; Creutz, A.; Stark, O.; Krebs, S.; Hohmann, S.
2019. Conference on Control Technology and Applications (CCTA), Hong Kong, China, 19–21 August 2019, IEEE, Piscataway (NJ)
Unknown Input Kalman Filtering for Linear Discrete-Time Fractional Order Systems With Direct Feedthrough [in press].
Kupper, M.; Pfeifer, M.; Krebs, S.; Hohmann, S.
2019. European Control Conference (ECC), Naples, Italy, 25–28 June 2019, IEEE, Piscataway (NJ)
An Extension of the Modulating Function Method for Online Parameter Identification of Initialized Fractional Order Models.
Stark, O.; Kupper, M.; Krebs, S.; Hohmann, S.
2019. 2019 International Conference on Fractional Calculus Theory and Applications (ICFCTA 2019), Bourges, F, April 25-26, 2019
Passivity-Based Plug-and-Play Voltage and Frequency Control in Islanded Inverter-Based AC Microgrids.
Strehle, F.; Malan, A. J.; Krebs, S.; Hohmann Sören.
2019. 58th IEEE Conference on Decision and Control, Nice, F, December 11-13, 2019, IEEE, Piscataway, NJ
Automatic Determining of a Modulating Function.
Stark, O.; Eckert, M.; Krebs, S.; Hohmann, S.
2019. KIT, Karlsruhe. doi:10.5445/IR/1000092062
A Scalable Port-Hamiltonian Approach to Plug-and-Play Voltage Stabilization in DC Microgrids [submitted].
Strehle, F.; Pfeifer, M.; Krebs, S.; Hohmann, S.
2019. IFAC-PapersOnLine [submitted]
Solution of Time-Variant Fractional Differential Equations With a Generalized Peano–Baker Series.
Eckert, M.; Nagatou, K.; Rey, F.; Stark, O.; Hohmann, S.
2019. IEEE Control Systems Letters, 3 (1), 79–84. doi:10.1109/LCSYS.2018.2852600
2018
Load Forecasting in Distribution Grids with High Renewable Energy Penetration for Predictive Energy Management Systems.
Sauter, P. S.; Karg, P.; Kluwe, M.; Hohmann, S.
2018. 2018 IEEE PES Innovative Smart Grid Technologies Conference Europe, ISGT-Europe 2018; Sarajevo; Bosnia and Herzegovina; 21 October 2018 through 25 October 2018, Art. Nr.: 8571524, IEEE, Picataway (NJ). doi:10.1109/ISGTEurope.2018.8571524
Simulation Framework for Multi-Carrier Energy Systems with Power-to-Gas and Combined Heat and Power.
Ruf, J.; Zimmerlin, M.; Sauter, P. S.; Koppel, W.; Suriyah, M. R.; Kluwe, M.; Hohmann, S.; Leibfried, T.; Kolb, T.
2018. 53rd International Universities Power Engineering Conference, UPEC 2018; Glasgow Caledonian University (GCU)Cowcaddens RoadGlasgow; United Kingdom; 4 September 2018 through 7 September 2018, Art. Nr.: 8542066, IEEE, Piscataway (NJ). doi:10.1109/UPEC.2018.8542066
Weighted Least Squares State Estimation for Coupled Power and Gas Distribution Networks.
Pfeifer, M.; Zimmerlin, M.; Schwarzendorfer, M.; Sauter, P.; Krebs, S.; Leibfried, T.; Hohmann, S.
2018. 53rd International Universities Power Engineering Conference, Glasgow, Scotland, 4th-7th September 2018, IEEE, Piscataway, NJ. doi:10.1109/UPEC.2018.8542013
Verteilte Zustandsschätzung für fraktionale Systeme am Beispiel von Lithium-Ionen-Batterien.
Kupper, M.; Hohmann, S.
2018. GMA-Fachausschuss 1.40, Systemtheorie und Regelungstechnik, Anif / Salzburg, 17. - 19. September 2018
Combined Optimization of District Heating and Electric Power Networks.
Maurer, J.; Elsner, C.; Krebs, S.; Hohmann, S.
2018. Energy procedia, 149, 509–518. doi:10.1016/j.egypro.2018.08.215
Fractional Extended and Unscented Kalman Filtering for State of Charge Estimation of Lithium-Ion Batteries.
Kupper, M.; Funk, C.; Eckert, M.; Hohmann, S.
2018. 2018 Annual American Control Conference (ACC), Milwaukee, WI, USA, 27–29 June 2018, 3855–3862, IEEE, Picataway (NJ). doi:10.23919/ACC.2018.8430859
Controllability and Energy-Optimal Control of Time-Variant Fractional Systems.
Eckert, M.; Nagatou, K.; Rey, F.; Stark, O.; Hohmann, S.
2018. 2018 IEEE Conference on Decision and Control (CDC 2018), Miami, FL, December 17-19, 2018, 4607–4612, IEEE, Piscataway (NJ). doi:10.1109/CDC.2018.8619785
Cascaded Fractional Kalman Filtering for State and Current Estimation of Large-Scale Lithium-Ion Battery Packs.
Kupper, M.; Brenneisen, J.; Stark, O.; Krebs, S.; Hohmann, S.
2018. 2018 Chinese Control And Decision Conference (CCDC), 5071–5078, IEEE, Piscataway, NJ. doi:10.1109/CCDC.2018.8408010
Online Parameter Identification of a Fractional Order Model.
Stark, O.; Kupper, M.; Krebs, S.; Hohmann, S.
2018. 57th IEEE Conference on Decision and Control (CDC 2018), Miami, FL, December 17-19, 2018, 2303–2309, IEEE, Piscataway, NJ. doi:10.1109/CDC.2018.8619723
Full- and Reduced-Order State-Space Modeling of Wind Turbine Systems with Permanent Magnet Synchronous Generator.
Hackl, C.; Jané-Soneira, P.; Pfeifer, M.; Schechner, K.; Hohmann, S.
2018. Energies, 11 (7), 1809. doi:10.3390/en11071809
Towards Port-Hamiltonian Modeling of Multi-Carrier Energy Systems: A Case Study for a Coupled Electricity and Gas Distribution System.
Strehle, F.; Pfeifer, M.; Kölsch, L.; Degünther, C.; Ruf, J.; Andresen, L.; Hohmann, S.
2018. IFAC-PapersOnLine, 51 (2), 463–468. doi:10.1016/j.ifacol.2018.03.078
2017
Electric Thermal Storage System Impact on Northern Communities’ Microgrids ].
Sauter, P. S.; Solanki, B. V.; Canizares, C. A.; Bhattacharya, K.; Hohmann, S.
2017. IEEE transactions on smart grid, 10 (1), 852–863. doi:10.1109/TSG.2017.2754239
Neural Network-based Load Forecasting in Distribution Grids for Predictive Energy Management Systems.
Sauter, P.; Karg, P.; Pfeifer, M.; Kluwe, M.; Zimmerlin, M.; Leibfried, T.; Hohmann, S.
2017. Die Energiewende : Blueprints for the New Energy Age, Proceedings of the International ETG Congress 2017, World Conference Center, Bonn, 28th - 29th November 2017, 13–18, VDE Verlag GmbH, Berlin
Poster abstract: graph-theoretic model for observability in multi-carrier energy distribution networks.
Hohmann, S.; Maaß, H.; Mieth, C.; Pfeifer, M.; Wagner, D.; Wegner, F.
2017. Computer science - research and development, 33 (1-2), 237–239. doi:10.1007/s00450-017-0366-3
Energy Storage in Microgrids: Compensating for Generation and Demand Fluctuations While Providing Ancillary Services.
Farrokhabadi, M.; Solanki, B. V.; Canizares, C. A.; Bhattacharya, K.; Koenig, S.; Sauter, P. S.; Leibfried, T.; Hohmann, S.
2017. IEEE power & energy magazine, 15 (5), 81–91. doi:10.1109/MPE.2017.2708863
Electric Thermal Storage System Impact on Northern Communities’ Microgrids.
Solanki, B. V.; Sauter, P. S.; Canizares, C. A.; Bhattacharya, K.; Hohmann, S.
2017. 2017 IEEE PES General Meeting- Student Poster Session - Chicago, IL USA, July 16-20 2017
Distributed and Decentralized Kalman Filtering for Cascaded Fractional Order Systems.
Kupper, M.; Gil, I. S.; Hohmann, S.
2017. Proceedings of the 2017 American Control Conference (ACC), Seattle, Washington, USA, 24th - 26th May 2017, 5223–5230, IEEE, Piscataway (NJ). doi:10.23919/ACC.2017.7963766
Comparison of the Holomorphic Embedding Load Flow Method with Established Power Flow Algorithms and a New Hybrid Approach.
Sauter, P. S.; Braun, C. A.; Kluwe, M.; Hohmann, S.
2017. 2017 Ninth Annual IEEE Green Technologies Conference (GreenTech), Denver, CO, USA, 29-31 March 2017, 203–210, IEEE, Piscataway (NJ). doi:10.1109/GreenTech.2017.36
2016
Fractional algebraic identification of the distribution of relaxation times of battery cells.
Eckert, M.; Kölsch, L.; Hohmann, S.
2016. 54th IEEE Conference on Decision and Control, CDC 2015; Osaka International Convention Center (Grand Cube)5-3-51 Nakanoshima, Kita-KuOsaka; Japan; 15 December 2015 through 18 December 2015, 2101–2108, IEEE, Piscataway (NY). doi:10.1109/CDC.2015.7402517
Distributed State Estimation of Large-Scale Fractional Order Systems.
Kupper, M.; Hohmann, S.
2016. SINO-EU Doctoral School for Sustainability Engineering, Harbin, 29.08.2016 - 02.09.2016
Optimal energy management of low level multi-carrier distribution grids.
Maurer, J.; Sauter, P. S.; Kluwe, M.; Hohmann, S.
2016. 2016 IEEE International Conference on Power System Technology (POWERCON), Wollongong, Australia, 28 September–1 October 2016, 1–6, IEEE, Piscataway, NJ. doi:10.1109/POWERCON.2016.7754071
Distributed and Decentralized State Estimation of Fractional Order Systems.
Kupper, M.; Gil, I. S.; Hohmann, S.
2016. Proceedings of the 2016 American Control Conference (ACC), Boston, Massachusetts, USA, 6th - 8th July 2016, 2765–2771, IEEE, Piscataway (NJ). doi:10.1109/ACC.2016.7525337
2015
Possible New Concepts for Robust Battery Management Systems.
Kupper, M.; Schuff, T.; Hohmann, S.
2015. 24. Aachener Kolloquium Fahrzeug- und Motorentechnik, Aachen, 5.-7.10.2015, ika, VKA, Aachen
Rule-based PI controller autotuning for drive systems.
Pfeifer, M.; Weickert, T.; Klose, S.
2015. 2015 European Control Conference (ECC 2015) : Linz, Austria, 15 - 17 July 2015, 672–677, IEEE, Piscataway, NJ. doi:10.1109/ECC.2015.7330619
Modellbasierte Identifikation fraktionaler Batterieparameter.
Eckert, M.
2015. Elektrotechnisches Kolloquium, Universität Erlangen-Nürnberg - Lehrstuhl für Regelungstechnik, 26.01.2015
2014
Fraktionale Systemidentifikation von Batteriezellen mithilfe von Modulationsfunktionen.
Eckert, M.; Kupper, M.; Hohmann, S.
2014. GMA-Fachausschuss 1.30, Workshop "Modellbildung, Identifikation und Simulation in der Automatisierungstechnik", Anif/Salzburg, 24. - 26.09.2014
Modeling and Optimal Control of Energy Distribution Grids.
Sauter, P.
2014. SINO-EU Doctoral School for Sustainability Engineering, Tongji University Shanghai, 14.-16. September
Functional Fractional Calculus for System Identification of Battery Cells.
Eckert, M.; Kupper, M.; Hohmann, S.
2014. at-Automatisierungstechnik, 62 (4), 272–281. doi:10.1515/auto-2014-1083
Functional Fractional Calculus for Identification of Time Variant Systems.
Eckert, M.; Kupper, M.; Hohmann, S.
2014. 7th International Workshop on Impedance Spectroscopy (IWIS), Chemnitz University of Technology, Germany, September 25-27, 2014
Subliminal optimal longitudinal vehicle control for energy efficient driving.
Sauter, P.; Flad, M.; Hohmann, S.
2014. Proceedings - 2014 IEEE International Conference on Systems, Man, and Cybernetics (SMC), San Diego, CA, USA, October 5-8, 2014, 3001–3007, IEEE, Piscataway (NJ). doi:10.1109/SMC.2014.6974387
Fractional Identification of the State of Charge of a Li-Ion Battery Cell.
Eckert, M.
2014. Batterietagung, 24. - 26. März 2014 in Münster [6. internationalen Fachtagung "Kraftwerk Batterie - Lösungen für Automobil und Energieversorgung]
2013
Fractional Identification of the State of Charge of a Li-Ion Battery Cell.
Eckert, M.; Hohmann, S.
2013. 5. Internationales Symposium "Kraftwerk Batterie - Advanced Battery Power for Automotive and Utility Applications and their Electric Power Grid Integration", Aachen, 25. bis 27. Februar 2013
Cooperation-focused education in mechatronic engineering design projects.
Schmidt, S.; Lohmeyer, Q.; Krebs, S.; Hohmann, S.; Matthiesen, S.
2013. 15th International Conference on Engineering and Product Design Education: Design Education - Growing Our Future, EPDE 2013; Dublin; Ireland; 5 - 6 September 2013: Proceedings. Ed.: E. Bohemia, 296–301, The Design Society, Glasgow
Erschließung mechatronischer Synergiepotentiale durch kooperationsorientierte Lehre (koop-L).
Matthiesen, S.; Hohmann, S.; Schmidt, S.; Breitschuh, J.; Lohmeyer, Q.; Krebs, S.
2013. Standortvorteil Methodik : 11. Gemeinsames Kolloquium Konstruktionstechnik (KT 2013), 12. - 13. September 2013 in Aachen. Hrsg.: K. Brökel, Shaker, Aachen
2012
Fractional Identification of the State of Charge of a Li-Ion Battery Cell.
Eckert, M. S.; Xiao, C.-N.; Hohmann, S.
2012. Abstract book / 5th International Workshop on Impedance Spectroscopy (IWIS 2012), Chemnitz, September 26-28, 2012, Technische Universität Chemnitz, Chemnitz