Bachelorarbeiten

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Grönling, Justin;
Kombination von Momentanreserve und Primärregelung als neue Frequenzregelung in Umrichter-dominierten Netzen und Vergleich mit der internationalen Praxis. - Ilmenau. - 65 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2024

Der Klimawandel führt seit Jahren zu einer monoton steigenden globalen Jahresmitteltemperatur. Neue Herausforderungen entstehen, welche es zu lösen gilt. Erneuerbare Energieträger entsprechen der klimaneutralen Alternative zu den bisher zum Großteil der Stromproduktion benötigten fossilen Energieträger und stellen im Zuge der Energiewende die Zukunft der elektrischen Energieversorgung dar. Erneuerbare-Energien-Anlagen sind im Gegensatz zu herkömmlichen Synchrongeneratoren überwiegend nicht direkt, sondern über Umrichter an das Netz gekoppelt. Aufgrund dessen können die meisten Erneuerbare-Energien-Anlagen bisher keine Momentanreserve bereitstellen. Mögliche Systemauftrennungen in Zukunft liegen in diesem Zusammenhang besonders im Fokus. Im Zuge des weiteren Ausbaus dieser Anlagen, wird die Netzanlaufzeitkonstante ohne Gegenmaßnahmen weiter sinken und sich zudem aufgrund der vermehrten Umrichterkopplung von Lasten der Netzselbstregeleffekt reduzieren. Im Rahmen dieser Arbeit werden unter Zuhilfenahme auserwählter Szenarien und daraus resultierenden Modellberechnungen, Maßnahmen erläutert, welche dem Trend entgegenwirken und zukünftig eine stabile elektrische Energieversorgung ermöglichen sollen. Diese beruhen auf abgeleiteten Konzepten und zur Realisierung geeigneter Technologien. Ergänzt wird das Schriftstück um einen Einblick in die internationale Praxis, um Aussagen über Strategien und Entwicklungen ausgewählter europäischer Verbundnetze zu ermöglichen.



Skwiercz, Nadine;
Kopplung von Energiesystemen über physikalische Schnittstellen mithilfe eines Echtzeitsimulators. - Ilmenau. - 55 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2022

Die deutsche Bundesregierung hat sich zum Ziel gesetzt die CO2-Emissionen bis zum Jahr 2050 drastisch zu senken. Aus diesem Grund werden Potentiale zur Reduktion des CO2-Ausstoßes durch die bestehenden Energieversorgungsnetze gesucht, durch die es möglich ist die Zielsetzung zu erreichen. Diese Entwicklungsmöglichkeiten liegen nicht nur bei der Erzeugung von Strom und Wärme aus erneuerbaren Energien, sondern auch in einer effizienten Nutzung und Verteilung der bestehenden Ressourcen. Bestandteil dessen ist die Kopplung des Strom- und Wärmenetzes. Mit Hilfe von Power-to-Heat-Technologien können sektorenübergreifend überschüssige und fehlende Energiebeträge ausgeglichen werden. Ebenso kann die Kopplung der Sektoren, durch Bereitstellung von Regelenergien aus erneuerbaren Energiequellen, zu einer Stabilisierung der Energienetze führen. Mit Hilfe von dynamischen Simulationsmodellen ist es möglich, die Potentiale der sektoren-übergreifenden Energienutzung zu untersuchen. In dieser Arbeit wird überprüft, inwiefern mit einem Echtzeitsimulator in Kombination mit einem Hardware-in-the-Loop-Testsystem, die Kopplung eines Fernwärmenetzes mit einem Stromnetz, simuliert werden kann. Ebenso werden die Vor- und Nachteile gegenüber den heutzutage üblichen "offline"-Simulationen thematisiert. Dazu werden die Voraussetzungen analysiert, die das Modell erfüllen muss, um auf dem Echtzeitsimulator implementiert werden zu können und inwiefern die Theorie in der Realität umgesetzt werden kann. Die Untersuchungen haben gezeigt, dass die Sektorenkopplung eine mögliche Stütze für ein stabiles Stromnetz sein kann. Der steigende Regelleistungsbedarf, aufgrund des sich vergrößernden Anteils an erneuerbaren Energien im Elektroenergienetz, kann über eine Kopplung zum Wärmesektor gemindert werden. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass ein Arduino Due für eine Hardware-in-the-loop-Simulation in Echtzeit genutzt werden kann.



Anpassungsbedarf des Mittelspannungsnetzes des Umspannwerkbereiches Hamburg Eidelstedt anhand des zukünftig zu erwartenden elektrischen Leistungsbedarfs. - Ilmenau. - 58 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2021

Bisher sind bei der Stromnetz Hamburg GmbH die Überplanungen von Mittelspannungs-netzen auf Grundlage der beobachtbaren Trendentwicklungen im Umspannwerksbereich erarbeitet worden. Mit der Energiewende ist jedoch anzunehmen, dass der Strombedarf entgegen der bisherigen Trendentwicklung bis 2040 ansteigen wird. Entsprechend soll in dieser Arbeit eine Methode erarbeitet werden, um die Entwicklung des Kundenverhaltens besser zu berücksichtigen. Gleichzeitig sind neue allgemeine Lastverläufe auszuarbeiten. Durch die Lastverläufe sollen die zeitliche Überlagerung der verschiedenen Kunden-Sektoren ermittelt werden und, welches Potential besteht, falls eine Steuerung bestimmter Verbrauchseinrichtungen möglich ist. Anhand der vorhandenen Messungen sind allgemeine Lastverläufe aufzustellen. Auf Grundlage der Prognose, die für 2040 nach dem aktuellen Kenntnisstand überarbeitet wird, werden die Lastspitzen für Netzstationen und Mittelspannungsringe für 2040 ermittelt. Auf dieser Grundlage werden Empfehlungen für die Überplanung des Mittelspannungsnetzes erarbeitet und die Kostendimension am Beispiel des Umspannwerkbereiches Hamburg-Eidelstedt aufgestellt.



Duphorn, Tom;
Simulation von sektorengekoppelten Energiesystemen auf einem Echtzeitrechner. - Ilmenau. - 41 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2021

Damit Deutschland die festgelegten Klimaziele erreichen kann, ist es essenziell, die Treibhausgasemissionen in allen Bereich zu verringern. Der bisherige Fokus zur Verringerung der Treibhausgasemissionen im Stromsektor liegt bei der Energieerzeugung. Durch den Rückbau konventioneller Kraftwerke und einem gleichzeitigen Ausbau erneuerbarer Energien nimmt die Fluktuation in der Energieerzeugung zu. Eine Lösung der Herausforderung der steigenden Fluktuation der Energieerzeugung zu begegnen und Systemdienstleistungen CO2-minimal bereitzustellen, ist ein sektorengekoppeltes Energiesystem. Dadurch ist es möglich, Leistungsdefizite oder -überschüsse im Stromsektor mit auszugleichen und gleichzeitig die Treibhausgasemissionen bei der Bereitstellung von Regelleistung zu verringern. Mögliche Kopplungstechnologien zwischen Strom- und Gassektor sind z.B. Elektrolyse-Anlagen oder Brennstoffzellen. Um die Potentiale von sektorengekoppelten Energiesystemen genauer zu untersuchen und zu analysieren, müssen komplexe Modelle erstellt und simuliert werden. Inhalt dieser wissenschaftlichen Arbeit ist es, zu untersuchen, inwiefern die Simulation dieser Modelle über eine Echtzeitrechner Vorteile gegenüber der "offline"-Simulation hat und wie die Modelle anzupassen sind, um sie auf einen Echtzeitrechner zu implementieren. Um diese Fragen beantworten zu können, wird ein Modell der Topologie Thüringens, bestehend aus einem gekoppelten Strom- und Gassektor, für die Simulation auf einem Echtzeitrechner angepasst und an verschiedenen Fallbeispielen simuliert.



Realisierung des Nordic-32-Testnetzes im digitalen Echtzeitsimulator OPAL-RT. - Ilmenau. - 55 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2020

Durch die immer fortwährende Entwicklung der Energiewende und der damit verbundenen Einbindung erneuerbarer Energien (EE) in das Mittelspannungsnetz durch die Nutzung von Umrichtern, steigt die Belastung für das Hoch- und Höchstspannungsnetz. Das Problem der dezentralen und schwankenden Einspeisung durch EE führt zur Gefährdung der vier Grundforderungen der Energieversorgung. Eine zuverlässige, ökonomische, wirtschaftliche und qualitativ hochwertige Versorgung wird durch den immer größer werdenden Anteil EE im deutschen als auch im euro-päischen Netz immer schwieriger einzuhalten sein. Diese Einspeisung der EE durch Umrichter im Mittelspannungsnetz, sowie ihr Einfluss auf die Stabilität und Betriebsführung des überlagerten Hochspannungsnetzes, kann durch detaillierte Modelle in Simulationsplattformen betrachtet werden. Für eine zuverlässige und zukunftsorientierte Systemführung bei immer größer werdendem Einfluss durch EE ist es von enormer Bedeutung die durch die Umrichter eingespeiste Leistung flächendeckend im gesamten Netz zu simulieren, um die Auswirkungen auf das Netz betrachten zu können. Werden jedoch alle Vorgänge durch die detaillierten Modelle beschrieben oder überschreitet das zu simulierende Netz die Anzahl der Knoten, wird es zu Problemen durch die Rechenleistung des Simulators kommen. Opal-RT Technologies stellt mit ihrem digitalen Echtzeitsimulator und dem RT-Lab eine Simulationsumgebung auf Basis von Simulink zur Ver-fügung, mit deren Hilfe man sowohl detaillierte Modelle, Mittelwertmodelle als auch Phasormodell simulieren kann. Ein Umrichterbaustein zur Modellierung einer Einspeisung durch EE gibt es in ePHASORsim jedoch nicht, weshalb sich diese Arbeit mit der Umsetzung des Nordic-32-Testnetz in den digitalen Echtzeitsimulator von OPAL-RT und äquivalenter Umrichtermodelle in ePHASORsim beschäftigt, um so die Vorteile hoher Anzahl von Knoten und die Nutzung von Umrichtern im Phasormodell zu verbinden.



Reinig, Frederik;
Multi-TSO Betriebsführungsstrategien für HGÜ-Systeme. - Ilmenau. - 20 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2019

Durch den stetigen Wandel des deutschen Strommix von konventionellen Kraftwerken zu erneuerbaren Energien wird auch das deutsche Stromnetz immer weiter an seine Grenzen gebracht. Eine besonders wichtige Aufgabe für die Übertragungsnetzbetreiber stellt die Überwindung des Nord-Süd-Gefälles der Erzeugung und Einspeisung dar. Mithilfe von Hochspannungsgleichstromübertragung kann über weite Strecken mit verhältnismäßig geringen Verlusten Energie übertragen werden. In dieser Bachelorarbeit soll nun ein Model für die Betriebsführung eines AC-DC-Netzes mit mehreren Übertragungsnetzbetreibern erstellt werden. Dazu wird unter Zuhilfenahme eines Optimal Power Flows eine geschachtelte Optimierung durchgeführt. Die entworfene Methode wird auf Funktionalität getestet und die Ergebnisse werden präsentiert.



Poppe, Marco;
Erweiterung einer dynamischen Simulationsumgebung zur Anwendung als Spiegelsystem in Netzleitwarten. - Ilmenau. - 197 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2019

Im Zuge der zunehmenden Digitalisierung und der steigenden Dezentralisierung der Energieerzeugung werden neue Ansätze zur Prozessoptimierung in der Energiewirtschaft erforscht. Insbesondere die Überwachung und Automatisierung des elektrischen Übertragungsnetzes rückt hierbei in den Fokus. Neuer Möglichkeiten ergeben sich durch schnelle Datenverarbeitungsmethoden in Kombination mit der bereits vielseitig verwendeten Modellbildung von dynamischen Vorgängen in elektrischen Energieversorgungssystemen und -netzwerken. Eine Anwendung ist die zukünftige Abbildung des elektrische Energiesystems als dynamisches Spiegelsystem, teilweise auch Digitaler Zwilling genannt. Dies ermöglicht in Zukunft eine automatisierte und kontinuierliche Überwachung des elektrischen Energiesystems in der Netzleitstelle. In der vorliegenden Arbeit wird eine dynamische Simulationsumgebung so erweitert, dass diese als dynamisches Spiegelsystem die Zustände eines Referenznetzwerks in Echtzeit wiedergeben kann. Die Validierung erfolgt über einen Vergleich der dynamischen Berechnungsergebnisse im stationären Zustand, nach entsprechenden Ausgleichsvorgängen für unterschiedliche Szenarien. Das Spiegelsystem basiert auf einer Open-Source Toolbox, welche für dynamische Simulationen im Zeitbereich entwickelt wurde.



Bernhardt, Arno;
Methodikentwicklung zur Übergabe von Simulationsdaten in ein Programm zur Leistungsflussberechnung. - Ilmenau. - 48 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2019

Die Struktur des Energieversorgungsystems ist maßgeblich historisch bedingt. Das bedeutet, dass das System früher und in gewisser Hinsicht auch heute noch durch eine zentrale Erzeugerstruktur gekennzeichnet ist. Durch die aktuell stattfindende zunehmende Abkehr von fossilen Energieträgern, gewinnen regenerative Energiequellen zusehends an Bedeutung. Dieser, als Energiewende bezeichnete Vorgang führt zu einem massiven Zubau von dezentralen Erzeugungsanlagen und somit zu einer Veränderung der oben genannten Struktur. Diese Entwicklung ist vor allem im Bereich der Verteilnetze zu beobachten. Die von den entsprechenden Netzbetreibern verwendeten Netzleitsysteme sind durch diese veränderten Randbedingungen vor besondere Herausforderungen gestellt. Diese besitzen weiterhin die Aufgabe eine sichere und zuverlässige Energieversorgung zu ermöglichen. Um Kenntnis darüber zu erhalten, inwiefern die von ihnen verwendeten Netzleitsysteme dazu imstande sind, oder einer entsprechenden Ertüchtigung zu unterziehen sind, ist es notwendig, sie zu erproben. Diese Erprobung ist sinn-vollerweise in einer geschützten Umgebung, auf Grundlage einer Simulation durchzuführen, um Gefahren für elektrische Anlagen und Personen zu vermeiden. Innerhalb dieser Testumgebung ist die Kommunikation zwischen Netzleitsystem und Netzsimulation unerlässlich. Aus diesem Grund widmet die Arbeit sich der Entwicklung einer Methodik um eine wechselseitige Kommunikation beziehungsweise Datenbereitstellung zwischen den beiden oben genannten Komponenten zu ermöglichen. Dabei sollen zunächst Messdaten aus der Simulation bereitgestellt werden. Anschließend sollen die auf Grundlage dieser Daten getroffenen Entscheidungen als Stellbefehl an die Simulation zurückgegeben werden. Die in dieser Arbeit entwickelte Methodik wird mit Hilfe einer Netzsimulation auf ihre Anwendbarkeit und Funktion geprüft.



Rohr, Christoph;
Entwicklung von Untersuchungs-Szenarien zur Erprobung präventiver und kurativer HGÜ-Betriebsführungsmethoden. - Ilmenau. - 60 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2018

Der Ausbau von Erneuerbaren Energien und die zunehmende dezentrale Einspeisung in das elektrische Netz verursachen eine stärkere Auslastung des Übertragungsnetzes, da sie den Transport der elektrischen Energie über große Strecken erfordert. Um weiterhin einen sicheren Netzbetrieb zu gewährleisten spielt der Netzausbau eine wichtige Rolle. Dabei kann die HGÜ-Technik auf Basis der VSC-Technologie das AC-Netz stabilisieren. Betriebsmittelausfälle innerhalb des AC-Netzes verursachen Leitungsüberlastungen, die durch ein überlagertes HGÜ-Netz kompensiert werden können. Um dies zu zeigen müssen Beispielszenarien erzeugt werden, welche kritische Ausfallszenarien enthalten. Ein neu entwickelter Algorithmus soll die automatische Erzeugung dieser Szenarien ermöglichen, damit die unterstützende Eigenschaft des HVDC-Netzes gezeigt werden kann. Das Vorgehen setzt dabei auf Sensitivitätsfaktoren, die für die entwickelte Stellgrößenauswahlmethodik benötigt werden. Der entwickelte Algorithmus kann so, unter Berücksichtigung von Betriebsmittelgrenzen, die Szenarien mit den gewünschten Eigenschaften erzeugen.



Hertwig, Robert;
Anforderungen an Leitsysteme zur Umsetzung des vertikalen Netzbetriebs. - Ilmenau. - 80 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2018

Die durch Gesetzesbeschlüsse geförderte Energiewende führt zu einem Wandel in der Erzeugungsstruktur der elektrischen Energieversorgungssysteme. Die Leistungsbereitstellung von wenigen großen Kraftwerken in den Hoch- und Höchstspannungsebenen weicht einer dezentralen Einspeisung vieler Anlagen mittlerer und kleiner Leistung in der Verteilnetzebene. Einhergehend reduzieren sich die Möglichkeiten zur Bereitstellung von Systemdienstleistungen aus den Übertragungsnetzen. Es werden neue Potentiale in der Verteilnetzebene gesucht. Um einen sicheren Netzbetrieb zu gewährleisten, bedarf es neuer Konzepte, die die zunehmenden Herausforderungen der Erneuerbaren-Energie-Anlagen geeignet berücksichtigen. Dabei ist deren volatiler Einspeisecharakter und ihr dezentraler Anschluss in den Verteilnetzen einzubeziehen. Diese Bachelorarbeit untersucht, welche Anforderungen an Leitsysteme zur Umsetzung des Vertikalen Netzbetriebs gestellt werden und wie diese zu erfüllen sind. Dazu wird die vorhandene Leittechnik auf ihre Funktionen und die Erfassung von Daten, die eine Aussage über den aktuellen Systemzustand erlauben, analysiert. Die erarbeiteten Ansätze werden auf ihre Funktionalität unter dem Einfluss verschiedener Hemmnisse überprüft. Eine Validierung erfolgt durch Netzberechnungen an einem gewählten Referenznetz. Im Ergebnis steht eine Modularchitektur der notwendigen Leitsystemerweiterungen und benötigten Schnittstellen, die eine Realisierung des Vertikalen Netzbetriebs erlauben.