Flatness-based feed-forward control of an HVDC power transmission network

Abstract-An efficient and well-established technology for power transmission across long distances is high voltage direct current transmission (HVDC). However, HVDC is up to now almost completely limited to peer-to-peer connections or networks with peers situated closely to each other. This contribution introduces the flatness-based design of a feedforward control of tree-like, i.e. cycle-free, HVDC transmission networks comprising two or more converter stations. The resulting control concept allows a flexible determination of the power distribution within the network. Furthermore, effects like power losses and delays due to wave propagation, which are related especially to long transmission lines, can be easily taken into account. Numerical simulations for an example network are included to prove the value of the results

Bodenzustandserhebungen: Wie beeinflussen Standort und Nutzung den Kohlenstoffvorrat in Wald- und Agrarböden?

Die Thünen-Institute für für Waldökosysteme und für Agrarklimaschutz koordinieren die bundesweiten Bodenzustandserhebungen (BZE) in Wald- und Agrarböden. Die BZE haben unterschiedliche Ausgangsbedingungen, jedoch das gemeinsame Ziel, aktuellen Zustand und Änderungen der Bodenkohlenstoffvorräte an rund 5000 Probenahmepunkten zu erfassen. Ergebnisse zum Einfluss von Klima, Nutzung und Bodenmanagement dienen zum einen der Entwicklung zu einer nachhaltigen Bodennutzung und zum anderen der Verbesserung der Emissionsberichterstattung nach UN-Klimarahmenkonvention und EU-Regelungen.Nach aktuellem Stand der qualitätsgesicherten Datenbanken beider BZE sollen Bodenkohlenstoffvorräte verschiedener Bodennutzungsarten (Nadelwald, Laubwald, Mischwald, Acker, Dauergrünland, Grünland-Wechselwirtschaft) für mineralische und organische Ober- sowie Unterböden ausgewertet und die Ergebnisse entsprechend präsentiert werden. Ferner soll eine mögliche Stratifizierung der Ergebnisse nach Bodentypen und Bodenklimaräumen geprüft werden. Ziel hierbei ist es, räumliche Datencluster zu bilden, die stabile Ergebnisse zu Zwecken der Berichterstattung und Entscheidungsfindung liefern und gleichzeitig repräsentativ bleiben

WISDOM Project -- XV. Giant Molecular Clouds in the Central Region of the Barred Spiral Galaxy NGC 5806

We present high spatial resolution ($\approx24$ pc) Atacama Large Millimeter/sub-millimeter Array $^{12}$CO(2-1) observations of the central region of the nearby barred spiral galaxy NGC 5806. NGC 5806 has a highly structured molecular gas distribution with a clear nucleus, a nuclear ring and offset dust lanes. We identify $170$ spatially- and spectrally-resolved giant molecular clouds (GMCs). These clouds have comparable sizes ($R_{\mathrm{c}}$) and larger gas masses, observed linewidths ($\sigma_{\mathrm{obs,los}}$) and gas mass surface densities than those of clouds in the Milky Way disc. The size -- linewidth relation of the clouds is one of the steepest reported so far ($\sigma_{\mathrm{obs,los}}\propto R_{\mathrm{c}}^{1.20}$), the clouds are on average only marginally bound (with a mean virial parameter $\langle\alpha_{\mathrm{vir}}\rangle\approx2$), and high velocity dispersions are observed in the nuclear ring. These behaviours are likely due to bar-driven gas shocks and inflows along the offset dust lanes, and we infer an inflow velocity of $\approx120$ kms$^{-1}$ and a total molecular gas mass inflow rate of $\approx5$ M$_\odot$ yr$^{-1}$ into the nuclear ring. The observed internal velocity gradients of the clouds are consistent with internal turbulence. The number of clouds in the nuclear ring decreases with azimuthal angle downstream from the dust lanes without clear variation of cloud properties. This is likely due to the estimated short lifetime of the clouds ($\approx6$ Myr), which appears to be mainly regulated by cloud-cloud collision and/or shear processes. Overall, it thus seems that the presence of the large-scale bar and gas inflows to the centre of NGC 5806 affect cloud properties.Comment: Accepted for publication in MNRAS, 20 pages, 16 figure

Offset-free feedback linearisation control of a three-phase grid-connected photovoltaic system

In this study, a state feedback control law is combined with a disturbance observer to enhance disturbance rejection capability of a grid-connected photovoltaic (PV) inverter. The control law is based on input-output feedback linearisation technique, while the existing disturbance observer is simplified and adopted for the system under investigation. The resulting control law has a proportional-integral (PI)/almost PI-derivative-like structure, which is convenient for real-time implementation. The objective of the proposed approach is to improve the DC-bus voltage regulation, while at the same time control the power exchange between the PV system and the grid. The stability of the closed-loop system under the composite controller is guaranteed by simple design parameters. Both simulation and experimental results show that the proposed method has significant abilities to initiate fast current control and accurate adjustment of the DC-bus voltage under model uncertainty and external disturbance

The WISDOM of power spectra: how the galactic gravitational potential impacts a galaxy?s central gas reservoir in simulations and observations

Observations indicate that the central gas discs are smoother in early-type galaxies than their late-type counterparts, while recent simulations predict that the dynamical suppression of star formation in spheroid-dominated galaxies is preceded by the suppression of fragmentation of their interstellar media. The mass surface density power spectrum is a powerful tool to constrain the degree of structure within a gas reservoir. Specifically here, we focus on the power spectrum slope and aim to constrain whether the shear induced by a dominant spheroidal potential can induce sufficient turbulence to suppress fragmentation, resulting in the smooth central gas discs observed. We compute surface density power spectra for the nuclear gas reservoirs of fourteen simulated isolated galaxies and twelve galaxies observed as part of the mm-Wave Interferometric Survey of Dark Object Masses (WISDOM) project. Both simulated and observed galaxies range from disc-dominated galaxies to spheroids, with central stellar mass surface densities, a measure of bulge dominance, varying by more than an order of magnitude. For the simulations, the power spectra steepen with increasing central stellar mass surface density, thereby clearly linking the suppression of fragmentation to the shear-driven turbulence induced by the spheroid. The WISDOM observations show a different (but potentially consistent) picture: while there is no correlation between the power spectrum slopes and the central stellar mass surface densities, the slopes scatter around a value of 2.6. This is similar to the behaviour of the slopes of the simulated galaxies with high central stellar mass surface densities, and could indicate that high shear eventually drives incompressible turbulence

Dem Stickstoff auf der Spur: N2O Prozesse und Nmin Dynamik nach Grünlanderneuerung

Eine weit verbreitete Maßnahme des Grünlandmanagements, die zur Beseitigung von Narbenschäden und zur Steigerung der Futterqualität in unproduktiven Grünländern angewendet wird, ist die Grünlanderneuerung. Die mechanische Bearbeitung von Grünlandböden und die dadurch gesteigerte Mineralisation durch den Abbau organischer Bodensubstanz und der alten Grasnarbe kann zu hohen N-Verlusten in Form des klimarelevanten Treibhausgases Lachgas (N2O) und/oder Nitratauswaschung (NO3-) führen. Bisher gibt es jedoch über die Dauer des beschriebenen Effektes, sowie den Einfluss unterschiedlicher Grünlanderneuerungstechniken nur wenige Informationen. Insbesondere für die nationale Treibhausgasbilanzierung ist es jedoch von Bedeutung, die Prozesse der N2O Umsetzung und ihre Quellen zu kennen und zu erfassen, da sich nur so Maßnahmen zur Emissionsminderung ableiten lassen. Zu diesem Zweck wurde ein Parzellenversuch (2013-2015) auf zwei Standorten (Plaggenesch, Anmoorgley) in der Nähe von Oldenburg (Niedersachsen) mit unterschiedlichen Erneuerungsvarianten etabliert. Als Referenzvarianten dienten: Grünlandumwandlung in Ackerland (Mais) und langjähriges Dauergrünland. Die N2O Flüsse und die Dynamik des mineralischen N (Nmin) wurden über einen Zeitraum von zwei Jahren untersucht. Zusätzlich wurden Nmin Profile (0-90 cm) genutzt, um den N-Verlust über Winter zu quantifizieren und das Risiko einer möglichen NO3- Auswaschung abzuschätzen. Obwohl die N2O Flüsse für einen kurzen Zeitraum (2 Monate) nach der Bearbeitung erhöht waren, konnte kein Jahreseffekt festgestellt werden. Im ersten Winter nach dem Aufbrechen der alten Grasnarbe trat jedoch für den Plaggenesch ein erhöhtes Risiko für NO3- Auswaschung auf. Die Untersuchung der N2O-Produktionswege und der N2O-Reduktion zu N2 (dem Endprodukt der Denitrifikation) erfolgte unter Nutzung stabiler Isotope. Hierzu wurde die 15N-Gasflussmethode im Sommer 2014 angewendet (1). Zusätzlich wurden natürlich vorhandene stabile Isotopensignaturen im bodenbürtigen N2O (δ15NbulkN2O, δ18ON2O und δ15NSPN2O = intramolekulare Verteilung von 15N im N2O Molekül) genutzt, um Quellen der N2O-Bildung im ersten Jahr nach Grünlanderneuerung (2013-2014) zu ermitteln. Auf dem Anmoorgley wurden große N-Verluste durch den Prozess der Denitrifikation bestimmt, wobei N2 die Emissionen dominerte. Für den Plaggenesch konnten generell geringere gasförmige Verluste festgestellt werden

Variations in the ΣSFR−Σmol−Σ⋆\Sigma_{\rm SFR} {-} \Sigma_{\rm mol} {-} \Sigma_{\rm \star} plane across galactic environments in PHANGS galaxies

There exists some consensus that stellar mass surface density ($\Sigma_{*}$) and molecular gas mass surface density ($\Sigma_{\rm mol}$) are the main quantities responsible for locally setting the star formation rate. This regulation is inferred from locally resolved scaling relations between these two quantities and the star formation rate surface density ($\Sigma_{\rm SFR}$). However, the universality of these relations is debated. Here, we probe the interplay between these three quantities across different galactic environments at a spatial resolution of 150 pc. We perform a hierarchical Bayesian linear regression to find the best set of parameters $C_{*}$, $C_{\rm mol}$, and $C_{\rm norm}$ that describe the star-forming plane conformed by these quantities, such that $\log \Sigma_{\rm SFR} = C_{*} \log \Sigma_{*} + C_{\rm mol} \log \Sigma_{\rm mol} + C_{\rm norm}$, and explore variations in the determined parameters across galactic environments, focusing our analysis on the $C_{*}$ and $C_{\rm mol}$ slopes. We find signs of variations in the posterior distributions of $C_{*}$ and $C_{\rm mol}$ across different galactic environments. Bars show the most negative value of $C_{*}$, a sign of longer depletion times, while spiral arms show the highest $C_{*}$ among all environments. We conclude that systematic variations in the interplay of $\Sigma_{*}$, $\Sigma_{\rm mol}$ and $\Sigma_{\rm SFR}$ across galactic environments exist at a spatial resolution of 150 pc, and we interpret these variations as produced by an additional mechanism regulating the formation of stars that is not captured by either $\Sigma_{*}$ or $\Sigma_{\rm mol}$. We find that these variations correlate with changes in the star formation efficiency across environments, which could be linked to the dynamical state of the gas that prevents it from collapsing and forming stars, or to changes in the molecular gas fraction.Comment: 21 pages, 16 figures, accepted for publication in A&

Star Formation Laws and Efficiencies across 80 Nearby Galaxies

We measure empirical relationships between the local star formation rate (SFR) and properties of the star-forming molecular gas on 1.5 kpc scales across 80 nearby galaxies. These relationships, commonly referred to as "star formation laws," aim at predicting the local SFR surface density from various combinations of molecular gas surface density, galactic orbital time, molecular cloud free-fall time, and the interstellar medium dynamical equilibrium pressure. Leveraging a multiwavelength database built for the PHANGS survey, we measure these quantities consistently across all galaxies and quantify systematic uncertainties stemming from choices of SFR calibrations and the CO-to-H$_2$ conversion factors. The star formation laws we examine show 0.3-0.4 dex of intrinsic scatter, among which the molecular Kennicutt-Schmidt relation shows a $\sim$10% larger scatter than the other three. The slope of this relation ranges $\beta\approx0.9{-}1.2$, implying that the molecular gas depletion time remains roughly constant across the environments probed in our sample. The other relations have shallower slopes ($\beta\approx0.6{-}1.0$), suggesting that the star formation efficiency (SFE) per orbital time, the SFE per free-fall time, and the pressure-to-SFR surface density ratio (i.e., the feedback yield) may vary systematically with local molecular gas and SFR surface densities. Last but not least, the shapes of the star formation laws depend sensitively on methodological choices. Different choices of SFR calibrations can introduce systematic uncertainties of at least 10-15% in the star formation law slopes and 0.15-0.25 dex in their normalization, while the CO-to-H$_2$ conversion factors can additionally produce uncertainties of 20-25% for the slope and 0.10-0.20 dex for the normalization.Comment: 10 pages main text + 2 appendices. ApJL in press. Data products available at https://www.canfar.net/storage/list/phangs/RELEASES/Sun_etal_2023 . Slides summarizing key results can be found at https://www.dropbox.com/s/5gsegexeo9n0t05/Sun_et_PHANGS_2023.pptx?dl=

WISDOM Project - X. The morphology of the molecular ISM in galaxy centres and its dependence on galaxy structure

We use high-resolution maps of the molecular interstellar medium (ISM) in the centres of 86 nearby galaxies from the millimetre-Wave Interferometric Survey of Dark Object Masses (WISDOM) and Physics at High Angular Resolution in Nearby GalaxieS (PHANGS) surveys to investigate the physical mechanisms setting the morphology of the ISM at molecular cloud scales. We show that early-type galaxies tend to have smooth, regular molecular gas morphologies, while the ISM in spiral galaxy bulges is much more asymmetric and clumpy when observed at the same spatial scales. We quantify these differences using non-parametric morphology measures (Asymmetry, Smoothness, and Gini), and compare these measurements with those extracted from idealized galaxy simulations. We show that the morphology of the molecular ISM changes systematically as a function of various large-scale galaxy parameters, including galaxy morphological type, stellar mass, stellar velocity dispersion, effective stellar mass surface density, molecular gas surface density, star formation efficiency, and the presence of a bar. We perform a statistical analysis to determine which of these correlated parameters best predicts the morphology of the ISM. We find the effective stellar mass surface (or volume) density to be the strongest predictor of the morphology of the molecular gas, while star formation and bars maybe be important secondary drivers. We find that gas self-gravity is not the dominant process shaping the morphology of the molecular gas in galaxy centres. Instead effects caused by the depth of the potential well, such as shear, suppression of stellar spiral density waves, and/or inflow, affect the ability of the gas to fragment

Treibhausgasemissionen aus organischen Böden im deutschen Treibhausgasinventar: Methodenentwicklung und Ergebnisse

Entwässerte organische Böden sind in vielen Ländern, darunter auch in Deutschland, eine starke Quelle anthropogener Treibhausgase (THG). Daher müssen sie bei der Berichterstattung gemäß UNFCCC und Kyoto-Protokoll angemessen berücksichtigt werden. Hier beschreiben wir die Methodik, Daten und Ergebnisse der deutschen detaillierten Tier-3-Methodik zur Berichterstattung anthropogener Treibhausgasemissionen aus entwässerten organischen Böden, die für das deutsche Treibhausgasinventar entwickelt und angewandt wurden. Der Ansatz basiert auf nationalen Daten und bietet das Potenzial, Änderungen der Landnutzung und des Wassermanagements zu verfolgen, falls Zeitreihen zu relevanten Aktivitätsdaten vorliegen. Die Aktivitätsdaten umfassen hochauflösende Karten zu Klima, Landnutzung, organischen Böden und vom mittleren jährlichen Grundwasserflurabstand. Die Grundwasserkarte wurde durch ein statistisches Modell aus Daten von > 1000 Standorten abgeleitet. Die THG-Emissionen beruhen auf einem einzigartigen Datensatz mit mehr als 200 THG-Bilanzen für fast alle Kombinationen von Landnutzungskategorien und Typen organischer Böden. Die Messungen wurden mit vollständig harmonisierten Protokollen durchgeführt. Nicht-lineare Funktionen beschreiben die Abhängigkeit der Kohlendioxid- und Methan-Flüsse vom mittleren jährlichen Grundwasserstand und, wenn erforderlich, von der Landnutzung. Die daraus resultierenden "angewandten Emissionsfaktoren" für jede Landnutzungskategorie berücksichtigen sowohl die Unsicherheit der nicht-linearen Funktionen als auch die Verteilung der Grundwasserstände in jeder Landnutzungskategorie. Da keine einfachen funktionellen Zusammenhänge für die Lachgasemissionen gefunden wurden, wurden die entsprechenden Emissionsfaktoren daher als Mittelwerte der Messwerte jeder Landnutzungskategorie berechnet. Für kleinere THG-Quellen wie Methanemissionen aus Gräben und Austräge von gelöstem organischem Kohlenstoff wurden IPCC-Standard-Emissionsfaktoren verwendet