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C. Zanabria:
"Adaptable Engineering Support Framework for Multi-Functional Battery Energy Storage Systems";
Supervisor, Reviewer: T. Strasser, W. Kastner, A. Zoitl; Institut für Mechanik und Mechatronik, 2018; oral examination: 2018-12-13.

Multi-functional battery energy storage systems are getting popular since they can offer not only self-consumption but other services that contribute to the stability of supply of power grids. Furthermore, those storages may also participate in market services, demand response, among others. They are usually implemented in corresponding energy management systems. Therefore, those systems should carry out a simultaneous operation of services and be interoperable with different other actors and devices in the domain of power and energy systems. The implementation of the referred systems becomes a challenging task since unattended couplings across services may harm their overall operation. Furthermore, current engineering approaches are not flexible enough to accept an easy and rapid integration of new components. In addition, since a massive deployment of battery energy storage system is expected in a near future, a rapid prototyping of their corresponding services becomes a requirement. The mentioned issues should be addressed during the engineering process of the energy management systems, which goes from specification to realization. Existing engineering approaches support certain stages of this development process. However, an integrated solution that fully covers the identified issues is still missing. In this context, the present work proposes an adaptable engineering framework which covers all the mentioned open issues. The proposed solution is based on model-driven engineering and ontologies concepts. The core part of this solution is an ontology that represents a common understanding of energy management systems of a storages which is aligned with domain standards. Moreover, inference procedures, an important feature of ontologies, are being used to identify inconsistencies at the design level. The resulting ontology is considered as a reference for a platform independent model to achieve a rapid prototyping of the applications under study. The main result of this work is an engineering approach that support the implementation of an error-free and interoperable energy management system as well as a rapid and flexible prototyping of it. A prototype implementation of the approach is developed in this work to assess its effectiveness. Hence, the approach is validated on selected battery energy storage systems by performing pure software simulations and lab-based experiments. A comparison between the proposed approach and others existing show a promising results.

Multifunktionale Batteriespeichersysteme gelangen zunehmend an Bedeutung, da sie nicht nur einen Beitrag zur Eigenverbrauchsabdeckung von Konsumenten, sondern auch zur Stützung des Betriebs von elektrischen Verteilnetzen beitragen können. Darüber hinaus können diese Speichersysteme auch an diversen Energiemarktdiensten teilnehmen. Üblicherweise werden die vorhin genannten Speicherdienste in zugehörigen Energiemangementsystemen implementiert, wo oftmals zeitnah auch andere Services bedient werden müssen. Die Realisierung im jeweiligen Zielsystem wird ebenfalls anspruchsvoller, da es durch die Anzahl und Komplexität der diversen Dienste und Services zu möglichen konfliktären Zuständen kommen kann. Aktuelle Steuerungsimplementierungen dieser Speichersystems lassen eine flexible Handhabung dieser Situationen oftmals nicht zu. Da auch zukünftig eine großflächige Installation dieser Geräte im Feld erwartet wird, ist ein entsprechender Engineering- und Implementierungsansatz, der eine schnelle Anpassung an geänderte Rahmenbedingungen ermöglicht, notwendig. Aktuelle Ansätze sind nur bedingt dazu geeignet; ein integrativer Entwicklungsansatz mit zugehörigen Tools ist daher notwendig. Die in dieser Arbeit vorgeschlagene Lösung basiert auf modernen Ansätzen aus der Informatik und des Systems- bzw. Wissensengineerings. Die Basis bildet dabei eine auf einer Ontologie beruhenden Wissensrepräsentation von Diensten bzw. Services eines multifunktionalen Batteriespeichersystems. Des Weiteren werden einschlägige Normen und Standards berücksichtigt, um eine interoperable Lösung zu gewährleisten. Ebenfalls werden Inferenzverfahren als ein wesentliches Merkmal von Ontologien zur Identifikation von potentiellen Steuerungskonflikten verwendet. Das Hauptergebnis dieser Arbeit ist daher eine Art Entwicklungs- und Implementierungsframework für Batteriespeichersysteme, die eine rasche Umsetzung von zugehörigen Applikationen ermöglicht. Um das Potential der vorgeschlagenen Lösung validieren und mit gebräuchlichen Ansätzen vergleichen zu können, wurde eine prototypische Realisierung an ausgewählten Anwendungsfällen simulativ als auch labortechnisch umgesetzt. Die erzielten Ergebnisse sind dabei vielversprechend verglichen mit herkömmlichen Design- und Entwicklungsansätzen.

Battery Energy Storage Systems, Rapid Engineering, Inconsistency Detection, Model-Driven Engineering, Ontologies

http://katalog.ub.tuwien.ac.at/AC15242776