Bislang existieren keine unter Praxisbedingungen einsetzbaren Messmethoden für eine verzögerungsfreie Bestimmung der für die Prozessführung wichtigen Zustandsgrößen in Biogasanlagen. Die Arbeit „Anwendung des erweiterten KALMAN-Filters zur Zustandsbeobachtung in Biogasanlagen“ hat zum Ziel, den Stand der Technik in der Biogaserzeugung dahingehend weiter zu entwickeln, dass mittels einer softwarebasierten Systemlösung die für eine fundierte Einschätzung des Prozesszustands einer Biogasanlage benötigten Zustandsgrößen sowohl im Fermenter als auch im Zulauf bestimmt werden können. Das praktische Interesse besteht insbesondere darin, dass die Bestimmung unter Verwendung von standardmäßig an Biogasanlagen verfügbaren Messsystemen sowie unter den anlagentechnischen Randbedingungen erfolgen kann. Grundlage für eine Systemlösung zur Zustandsbeobachtung in Biogasanlagen ist ein mathematisches Modell, das die relevanten Teilprozesse der Methangärung abbildet und stellvertretend für das Realstoffsystem mit mathematischen Methoden der Prozesszustands- und Parameterschätzung untersucht werden kann. Die entsprechend des Stands der Technik verfügbaren Prozessmodelle zur Beschreibung anaerober biologischer Abbauprozesse ermöglichen die Berechnung der Prozesszustandsgrößen der anaeroben Flüssigphase, sofern die Zusammensetzung des zugeführten Substrats bekannt ist. Diese ist jedoch in technischen Anlagen zur Biogaserzeugung in der Regel unbekannt, da die eingesetzten Substrate den nachwachsenden Rohstoffen sowie den biologischen Rest- und Abfallstoffen zuzuordnen sind, die herkunftsbedingt eine wechselnde Zusammensetzung und Verfügbarkeit aufweisen. Praxistaugliche, verzögerungsfreie Messmethoden für die Substratcharakterisierung stehen derzeit ebenfalls nicht zur Verfügung, so dass diese Modelle bislang nur eingeschränkte praktische Anwendbarkeit aufweisen. Zielstellung der Arbeit ist die Entwicklung einer Systemlösung, die es auf der Grundlage der mathematischen Beschreibung des Prozesses ermöglicht, die Prozesseingangsgrößen (Substratmenge und Substratzusammensetzung) und die Prozesszustandsgrößen (anaerobe Milieubedingungen) aus den Prozessmessgrößen (Gasmenge und Gaszusammensetzung) zu berechnen. Dabei sind unter praktischen Bedingungen auftretende Informationsverluste in den Messdaten infolge Biogasentschwefelung, Gaszwischenspeicherung und Leistungssteuerung des BHKW zu berücksichtigen, die zu keiner Beeinträchtigung der Anwendbarkeit führen dürfen. Mit Messwerten, die im Rahmen von zwei Versuchsreihen am Realstoffsystem bestimmt worden sind, wurde der Prozess der Methangärung für zwei spezielle Anwendungsfälle simuliert und einer Bewertung in Bezug auf die Qualität der Zustandsbeobachtung unterzogen. Die berechneten Verläufe ergaben eine hinreichend genaue Übereinstimmung mit den Verläufen der analytisch bestimmten Prozesszustands- und Prozesseingangsgrößen. Darauf aufbauend können dann Systeme zur Bewertung des Prozesszustands und zur Prozessregelung eingesetzt und zur Optimierung der Prozessführung in Biogasanlagen angewendet werden. / Suitable control of anaerobic digestion for biogas production requires well-founded knowledge about the process states. Standard measurement categories in small and medium scaled biogas plants contain gas analysis (amount and composition) and pH measurement. The actual process and input states of the liquid phase are usually unknown. This work presents a methodology for estimation of the unknown states based on standard measurement equipment. The system solution consists of two parts, a model describing the dynamics of the process and a two-stage identification of process states and model parameters. Within the first stage quadratic differences between simulated and measured values are minimized by the least square method; second stage minimizes the covariance matrix of the estimation error using the extended Kalman filter. Application of the system solution provides an high potential to increase efficiency of biogas production process and utilization of renewable resources.

Recent advances in power electronics have lead to the wide spread adoption of advanced power supplies and energy efficient devices. This has lead to increased levels of harmonic currents in power systems, degrading the performance of electrical machinery and interfering with telecommunication services. Active filters provide a solution to these problems by compensating for the distorted currents drawn by non-linear loads. Optimal methods for controlling these active filters have been determined by computer simulation and experimental implementation. Methods used for isolating the harmonic content of an unbalanced three phase load current were compared by computer simulations. A technique based on the Fast Fourier Transform (FFT) was developed as part of this work and shown to perform favourably. Notch Filtering, Sinusoidal Subtraction, Instantaneous Reactive Power Theory, Synchronous Reference Frame and Fast Fourier Transform methods were simulated. The methods shown to be suitable for compensation of three phase unbalanced loads were implemented in a Digital Signal Processor to evaluate true performance. These methods were Notch Filtering, Sinusoidal Subtraction, Fast Fourier Transform, and a High Pass Filter based method. A completely digital hysteresis current controller for a three phase active filter inverter has been developed and implemented with a Field Programmable Gate Array. This controller interfaces directly to a digital signal processor and is resistant to electromagnetic interference. Results from the experimental hardware verified that the active filter model used for simulation is accurate, and may be used for further development of harmonic isolation methods. A technique using notch filtering gives the best performance for steady loads, with the FFT based technique giving the most flexible operation for a range of load current characteristics. Novel use of the FFT based harmonic isolation technique allows selective cancellation of individual harmonics, with particular application to multiple shunt filters connected in parallel.