Suchergebnis: Katalogdaten im Frühjahrssemester 2020

Elektrotechnik und Informationstechnologie Master Information
Master-Studium (Studienreglement 2008)
Fächer der Vertiefung
Insgesamt 42 KP müssen im Masterstudium aus Vertiefungsfächern erreicht werden. Der individuelle Studienplan unterliegt der Zustimmung eines Tutors.
Energy and Power Electronics
Empfohlene Fächer
Diese Fächer sind eine Empfehlung. Sie können Fächer aus allen Vertiefungsrichtungen wählen. Sprechen Sie mit Ihrem Tutor.
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
227-0117-10LMess- und VersuchstechnikW6 KP4GC. Franck, H.‑J. Weber
KurzbeschreibungEinführung in die Versuchs- und Messtechnik, wie sie Grundlage in allen Bereichen der Ingenieurswissenschaften ist. Die Vorlesung ist stark praxis- und anwendungsorientiert, und beinhaltet mehrere praktische Versuche. Die Inhalte «Mess- und Versuchstechnik» sind für alle Fachgebiete relevant, in dieser Vorlesung werden sie auch mit Beispielen aus der Hochspannungstechnik behandelt.
LernzielAm Ende der Vorlesung können die Studierenden:
• grundlegende elektrische Versuche durchführen und Messdaten, insbesondere mit dem Oszilloskop, erheben.
• ein sinnvolles Messprotokoll führen, ein klares Versuchsprotokoll erstellen und die Messgenauigkeit des Versuchs abschätzen.
• grundlegende Ursachen elektromagnetischer Störungen sowie Methoden zur Vermeidung, Reduktion oder Abschirmung beschreiben und anwenden.
• verschiedene Methoden zur Erzeugung und Messung von hohen Spannungen erklären und anwenden, sowie dazugehörende Grössen berechnen.
Inhalt- Messtechnik, Messunsicherheit, Messprotokolle
- Erzeugung und Messung hoher Spannungen
- Elektromagnetische Verträglichkeit
- Laborpraktika
SkriptVorlesungsunterlagen
LiteraturJ. Hoffmann, Taschenbuch der Messtechnik, Carl Hanser Verlag, 7. Auflage, 2015 (ISBN: 978-3446442719)
A. Küchler, Hochspannungstechnik, Springer Berlin, 4. Auflage, 2017 (ISBN: 978-3662546994)
A. Schwab, Elektromagnetische Verträglichkeit, Springer Verlag, 6. Auflage, 2010 (ISBN: 978-3642166099)
227-0156-00LPower SemiconductorsW6 KP4GU. Grossner
KurzbeschreibungPower semiconductor devices are the core of today's energy efficient electronics. In this course, based on semiconductor physics, an understanding of the functionality of modern power devices is developed. Elements of power rectifiers and switches are introduced; device concepts for PiN diodes, IGBTs, and power MOSFETs, are discussed. Apart from silicon, wide bandgap semiconductors are considered.
LernzielThe goal of this course is developing an understanding of modern power device concepts. After following the course, the student will be able to choose a power device for an application, know the basic functionality, and is able to describe the performance and reliability related building blocks of the device design. Furthermore, the student will have an understanding of current and future developments in power devices.
InhaltBasic semiconductor device physics is revisited. After defining requirements from typical applications, the key building blocks - especially active area and termination - of power devices are introduced. Based on these building blocks, device concepts are derived. Introducing unipolar as well as bipolar conduction is increasing the application space for power devices. Rectifiers, such as Schottky barrier and PiN diodes, and switches, such as IGBTs and power MOSFETs are discussed in detail. For each device concept, a tradeoff analysis for performance and reliability based on the layout of the building blocks is discussed.
Apart from silicon, wide bandgap semiconductors play an increasing role for highly efficient power electronic devices. This development is taken into account by discussing the specific advantages and challenges in current wide bandgap based devices.
SkriptWill be distributed at lectures.
LiteraturThe course follows a collection of different books; more details are being listed in the script.
Voraussetzungen / BesonderesVorlesungen Halbleiterbauelemente, Leistungselektronik
227-0207-00LNonlinear Systems and Control Information
Voraussetzung: Control Systems (227-0103-00L)
W6 KP4GE. Gallestey Alvarez, P. F. Al Hokayem
KurzbeschreibungIntroduction to the area of nonlinear systems and their control. Familiarization with tools for analysis of nonlinear systems. Discussion of the various nonlinear controller design methods and their applicability to real life problems.
LernzielOn completion of the course, students understand the difference between linear and nonlinear systems, know the mathematical techniques for analysing these systems, and have learnt various methods for designing controllers accounting for their characteristics.

Course puts the student in the position to deploy nonlinear control techniques in real applications. Theory and exercises are combined for better understanding of the virtues and drawbacks present in the different methods.
InhaltVirtually all practical control problems are of nonlinear nature. In some cases application of linear control methods leads to satisfactory controller performance. In many other cases however, only application of nonlinear analysis and control synthesis methods will guarantee achievement of the desired objectives.

During the past decades mature nonlinear controller design methods have been developed and have proven themselves in applications. After an introduction of the basic methods for analysing nonlinear systems, these methods will be introduced together with a critical discussion of their pros and cons. Along the course the students will be familiarized with the basic concepts of nonlinear control theory.

This course is designed as an introduction to the nonlinear control field and thus no prior knowledge of this area is required. The course builds, however, on a good knowledge of the basic concepts of linear control and mathematical analysis.
SkriptAn english manuscript will be made available on the course homepage during the course.
LiteraturH.K. Khalil: Nonlinear Systems, Prentice Hall, 2001.
Voraussetzungen / BesonderesPrerequisites: Linear Control Systems, or equivalent.
227-0376-00LReliability of Electronic Equipment and Systems
Der Kurs wird zum letzten Mal im Frühjahrssemester 2020 angeboten und ist fusioniert mit 227-0377-10L Physics of Failure and Reliability of Electronic Devices and Systems, eine im Herbstsemester jährlich wiederkehrende Lehrveranstaltung.
W4 KP2V + 1UU. Sennhauser, M. Held
KurzbeschreibungZuverlässigkeit und Verfügbarkeit sind grundlegend für sichere und nachhaltige Produkte der Kommunikations-, Energie- und Medizintechnik, der Luft- und Raumfahrt und der Elektronik. Sie werden als stochastische und physikalische Prozesse beschrieben und müssen bezüglich Funktionalität, Umweltverträglichkeit und Kosten optimiert werden. Die notwendigen Grundlagen werden vermittelt.
LernzielVermittlung der Grundlagen und Methoden der Systemtechnik zur Entwicklung zuverlässiger Bauteile, Geräte und Systeme.
InhaltQualitätssicherung technischer Systeme (Übersicht); Einführung in stochastische Prozesse; Zuverlässigkeitsanalysen; Entwurf und Untersuchung störungstoleranter Strukturen; Wahl und Qualifikation von Bauteilen; Instandhaltbarkeitsanalysen (Übersicht); Entwicklungsricht- linien für Zuverlässigkeit, Instandhaltbarkeit und Software-Qualität; Zuverlässigkeits- und Verfügbarkeitsanalysen reparierbarer Systeme (Übersicht), Zuverlässigkeitsprüfungen (Übersicht).
SkriptEin Skript wird abgegeben.
LiteraturZuverlässigkeit von Geräten und Systemen, Springer Verlag 1997
227-0524-00LEisenbahn-Systemtechnik IIW6 KP4GM. Meyer
KurzbeschreibungGrundlagen der Traktionsantriebe:
- elektrische Antriebssysteme und ihre Komponenten
- thermische Antriebssysteme
- Fahrzeuge mit Batteriespeichern
Systemintegration:
- Zugsicherungen
- Energieverbrauch
- Elektrische Systemkompatibilität
Lernziel- Kenntnisse über den Aufbau und die Eigenschaften von Traktions-Antriebssystemen
- Überblick über systemweite Aufgaben (elektrische Systemintegration, Zugischerungen, Energieverbrauch)
- Einblick in die Aktivitäten der Schienenfahrzeug-Industrie und der Bahnen in der Schweiz
- Begeisterung des Ingenieurnachwuchses für die berufliche Tätigkeit bei Eisenbahn-Fahrzeugherstellen, Bahninfrastrukturen und Eisenbahn-Verkehrsgesellschaften
InhaltEST II (Frühjahrsemester) - Vertiefung Antriebssysteme, Systemfragen

1 Traktionsausrüstung:
1.1 Systemkonzepte für Traktionsantriebe
1.2 Haupttransformator
1.3 Fahrmotoren
1.4 Stromrichter
1.5 Hochspannungskreise und Erdung
1.6 Thermische Auslegung
1.7 Diesel-Antriebssysteme
1.8 Batteriespeicher

2 Systemintegration
2.1 Zugbeeinflussung
2.2 Energieverbrauch
2.3 Aufbau der Bahnstromversorgung
2.4 Elektrische Systemkompatibilität

Geplante Exkursionen:
- Engineering und Leistungslabor, ABB Turgi
- evtl. Sicherungsanlagen, Siemens Wallisellen
- 2-tägige Schlussexkursion (Besichtigungen und Führerstandsfahrten, ausschliesslich für regelmässige Vorlesungsteilnehmer)
SkriptAbgabe der Unterlagen (gegen eine Schutzgebühr) zu Beginn des Semesters. Rechtzeitig eingeschriebene Teilnehmer (bis 8 Tage vor Vorlesungsbeginn) können die Unterlagen auf Wunsch und gegen eine Zusatzgebühr auch in Farbe beziehen.
Voraussetzungen / BesonderesDozent:
Dr. Markus Meyer, Emkamatik GmbH

Voraussichtlich Gastvortrag über ETCS von einem SBB-Referenten.

EST I (Herbstsemester) ist als Voraussetzung empfohlen, aber nicht notwendig. EST II (Frühjahrssemester) kann bei Interesse an Antriebssystemen auch als separate Vorlesung besucht werden.
227-0530-00LOptimization in Energy SystemsW6 KP4GG. Hug
KurzbeschreibungThe course covers various aspects of optimization with a focus on applications to energy networks and scheduling of hydro power. Throughout the course, concepts from optimization theory are introduced followed by practical applications of the discussed approaches.
LernzielAfter this class, the students should have a good handle on how to approach a research question which involves optimization and implement and solve the resulting optimization problem by choosing appropriate tools.
InhaltIn our everyday’s life, we always try to take the decision which results in the best outcome. But how do we know what the best outcome will be? What are the actions leading to this optimal outcome? What are the constraints? These questions also have to be answered when controlling a system such as energy systems. Optimization theory provides the opportunity to find the answers by using mathematical formulation and solution of an optimization problem.
The course covers various aspects of optimization with a focus on applications to energy networks. Throughout the course, concepts from optimization theory are introduced followed by practical applications of the discussed approaches. The applications are focused on 1) the Optimal Power Flow problem which is formulated and solved to find optimal device settings in the electric power grid and 2) the scheduling problem of hydro power plants which in many countries, including Switzerland, dominate the electric power generation. On the theoretical side, the formulation and solving of unconstrained and constrained optimization problems, multi-time step optimization, stochastic optimization including probabilistic constraints and decomposed optimization (Lagrangian and Benders decomposition) are discussed.
227-0536-00LMultiphysics Simulations for Power Systems Information
This course is defined so and planned to be an addition to the module "227-0537-00L Technology of Electric Power System Components".
However, the students who are familiar with the fundamentals of electromagnetic fields could attend only this course without its 227-0537-00-complement.
W4 KP2V + 2UJ. Smajic
KurzbeschreibungThe goals of this course are a) understanding the fundamentals of the electromagnetic, thermal, mechanical, and coupled field simulations and b) performing effective simulations of primary equipment of electric power systems. The course is understood complementary to 227-0537-00L "Technology of Electric Power System Components", but can also be taken separately.
LernzielThe student should learn the fundamentals of the electromagnetic, thermal, mechanical, and coupled fields simulations necessary for modern product development and research based on virtual prototyping. She / he should also learn the theoretical background of the finite element method (FEM) and its application to low- and high-frequency electromagnetic field simulation problems. The practical exercises of the course should be done by using one of the commercially available field simulation software (Infolytica, ANSYS, and / or COMSOL). After completing the course the student should be able to properly and efficiently use the software to simulate practical design problems and to understand and interpret the obtained results.
Inhalt1. Elektromagnetic Fields and Waves: Simulation Aspects (1 lecture, 2 hours)
a. Short review of the governing equations
b. Boundary conditions
c. Initial conditions
d. Linear and nonlinear material properties
e. Coupled fields (electro-mechanical and electro-thermal coupling)

2. Finite Element Method for elektromagnetic simulations (5 lectures and 3 exercises, 16 hours)
a. Scalar-FEM in 2-D (electrostatic, magnetostatic, eddy-currents, etc.)
b. Vector-FEM in 3-D (3-D eddy-currents, wave propagation, etc.)
c. Numerical aspects of the analysis (convergence, linear solvers, preconditioning, mesh quality, etc.)
d. Matlab code for 2-D FEM for learning and experimenting

3. Practical applications (5 lectures and 5 exercises, 20 hours)
a. Dielectric analysis of high-voltage equipment
b. Nonlinear quasi-electrostatic analysis of surge arresters
c. Eddy-currents analysis of power transformers
d. Electromagnetic analysis of electric machines
e. Very fast transients in gas insulated switchgears (GIS)
f. Electromagnetic compatibility (EMC)
227-0696-00LPredictive Control of Power Electronics SystemsW6 KP2V + 2UT. Geyer
KurzbeschreibungBridging the gap between modern control methods and power electronics, this course focuses on predictive control methods applied to power electronics systems. This includes emerging model predictive control methods (with and without a modulator), as well as classic predictive methods, such as deadbeat control. This course targets power electronics and control students.
Lernziel- Knowledge of modern time-domain control methods applied to dc-dc and dc-ac converters and their corresponding loads. These control methods include model predictive control (MPC) and deadbeat control.
- Understanding of optimized pulse patterns and techniques to achieve fast closed-loop control.
- Ability to derive suitable mathematical models.
- Knowledge of and experience in optimization techniques to solve the underlying mixed-integer and quadratic programs.
- Appreciation of the advantages and disadvantages of the different control methods.
Inhalt- Review of mathematical modelling and time-domain control methods (particularly MPC and deadbeat control).
- Direct MPC with reference tracking (finite control set MPC). Derivation of mathematical models of three-phase power electronics systems, formulation of the control problem, techniques to solve the one-step and the multi-step horizon problems using branch and bound techniques.
- MPC with optimized pulse patterns (OPPs). Computation of OPPs, formulation of fast closed-loop controllers and methods to solve the underlying quadratic programming problem.
- Indirect MPC with pulse width modulation (PWM). Formulation of the MPC problem, imposition of hard and soft constraints, techniques to solve the quadratic program in real time and application to modular multilevel converters.
- Summary of recent research results and activities.
- Matlab / Simulink exercises to enhance the understanding of the control concepts.
SkriptThe lecture is based on the recent book "Model Predictive Control of High Power Converters and Industrial Drives" by T. Geyer. Additional notes and related literature will be distributed in the class.
Voraussetzungen / Besonderes- Power Electronic Systems I
- Control Systems I (Regelsysteme I)
- Signal and System Theory II
227-0730-00LPower Market II - Modeling and Strategic PositioningW6 KP4GD. Reichelt, G. A. Koeppel
KurzbeschreibungOptionen in der Energiewirtschaft
Portfolio und Risiko Management: Hedging-Strategien und Risiko Bewertung
Optimierung und Hedging von Hydrokraftwerken
Bewertung von Kraftwerken mit Realoptionen
Kapazitätsmärkte und Quotensysteme
Komplexe Energielieferverträge mit Optionalitäten Strategische Positionierung von Energieversorgungsunternehmen
LernzielDie Studenten kennen die wesentlichen Derivate, die in der Elektrizitätswirtschaft zur Anwendung gelangen. Sie können Strategien zur Preisabsicherung erarbeiten bzw. bewerten. Sie verstehen die Optimierung von komplexen Wasserkraftwerksanlagen, kennen die Thematik der Kapazitätsmärkte und der Quotensysteme. Sie kennen die Grundlagen der Discounted Cash-flow (DCF) Methode sowie der Realoptionen und können sie für die Bewertung von Kraftwerken anwenden.
Die Studenten können komplexe Energielieferverträge in die einzelnen Komponenten zerlegen und die Risiken identifizieren.
InhaltOptionen in der Energiewirtschaft: Optionsbewertung mit Binominalen Bäumen und der Black-Scholes Formel, Sensitivitäten, implizite Volatilität
Portfolio und Risiko Management: Delta- und Gamma-neutrale Preisabsicherung, Vergleich und Bewertung von Hedging-Strategien, Risiko Identifikation und -bewertung (Fallbeispiel)
Optimierung und Hedging von Hydrokraftwerken
Bewertung von Kraftwerken, Projekten und el. Netzen mit der discounted cash-flow Methode und Anwendung von Realoptionen
Strategische Positionierung: Erarbeiten von verschiedenen Fällen (mini cases)
Kapazitätsmärkte und Quotensysteme
Anwendungen von Derivaten: komplexe Energielieferverträge mit Optionalitäten, flexible Produkte für Stromkunden
Quantifizieren des Gegenparteirisikos
Marketing des Produktes "Elektrizität"
SkriptHandouts - all material in English
Voraussetzungen / Besonderes2-tägige Exkursion, Referate von Vertretern aus der Wirtschaft

Moodle: https://moodle-app2.let.ethz.ch/enrol/index.php?id=12225
151-0660-00LModel Predictive Control Information W4 KP2V + 1UM. Zeilinger
KurzbeschreibungModel predictive control is a flexible paradigm that defines the control law as an optimization problem, enabling the specification of time-domain objectives, high performance control of complex multivariable systems and the ability to explicitly enforce constraints on system behavior. This course provides an introduction to the theory and practice of MPC and covers advanced topics.
LernzielDesign and implement Model Predictive Controllers (MPC) for various system classes to provide high performance controllers with desired properties (stability, tracking, robustness,..) for constrained systems.
Inhalt- Review of required optimal control theory
- Basics on optimization
- Receding-horizon control (MPC) for constrained linear systems
- Theoretical properties of MPC: Constraint satisfaction and stability
- Computation: Explicit and online MPC
- Practical issues: Tracking and offset-free control of constrained systems, soft constraints
- Robust MPC: Robust constraint satisfaction
- Nonlinear MPC: Theory and computation
- Hybrid MPC: Modeling hybrid systems and logic, mixed-integer optimization
- Simulation-based project providing practical experience with MPC
SkriptScript / lecture notes will be provided.
Voraussetzungen / BesonderesOne semester course on automatic control, Matlab, linear algebra.
Courses on signals and systems and system modeling are recommended. Important concepts to start the course: State-space modeling, basic concepts of stability, linear quadratic regulation / unconstrained optimal control.

Expected student activities: Participation in lectures, exercises and course project; homework (~2hrs/week).
  •  Seite  1  von  1