Bachelorarbeiten

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.

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.

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.

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.

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.

Die durch Gesetzesbeschlüsse forcierte Energiewende führt zu einem Umbruch in der Energiebranche. Die Energieerzeugung wandert von zentralen Großkraftwerken in den oberen Netzebenen zu dezentralen Kleinerzeugern in den Verteilernetzen. Durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz kommt es zu einer Reduzierung der konventionellen Erzeuger. Einhergehend mit dieser Reduzierung fehlt es an Quellen zur Bereitstellung von Systemdienstleistungen. Hier werden neue Potentiale in der Verteilnetzebene gesucht. Damit diese Potentiale ausgeschöpft werden können, bedarf es neuer Konzepte um einen sicheren Netzbetrieb zu gewährleisten. In dieser Bachelorarbeit stehen Untersuchungen im Fokus, welche den Einfluss der Schutzsysteme auf die Erbringung von Systemdienstleistungen aus der Verteilnetzebene identifizieren. Da es umfassende Schutzkonzepte und ein großes Spektrum von Schutzgeräten gibt, wird ein Überblick über die Grundlagen der Schutzsysteme erstellt. Damit der Einfluss der Schutzsysteme identifiziert werden kann, ist ein mögliches Konzept zur Erkennung von Einflüssen von Schutzsystemen entstanden. Eine Simulation in einem Niederspannungsnetz ist im Rahmen dieser Arbeit implementiert worden und dient der Erprobung des vorgeschlagenen Konzeptes.

Die zunehmende Bedeutung erneuerbarer Energien im Zuge der Energiewende und der damit verbundene Einsatz knapper Ressourcen führen in Zukunft dazu, dass elektrische Energie von dezentralen Energieerzeugern bereitgestellt wird. Dies hat zu Folge das dezentrale Energieverteilung Schwankungen ausgeglichen und eine permanente Energieversorgung gewährleistet werden muss. Dadurch entstehen neue Anforderungen an das bisherige elektrische Netzleitsystem. Diese Anforderung kann durch den Einsatz von Informations- und Kommunikationstechnologie in der elektrischen Netzleittechnik erfüllt werden. Ziel der vorliegenden Bachelorarbeit ist es eine offene Kommunikationsschnittstelle für leittechnische Anwendungen in der elektrischen Energietechnik zu entwerfen. Dabei wurden die von OpenMUC bereitgestellte Java Applikation j60870 verwendet, welche die Funktionalitäten des Kommunikationsstandards IEC 60870-5-104 beinhaltet. Die Schnittstelle für leittechnische Anwendungen ist in Verbindung mit der Simulationsplattform Opal-RT getestet worden. Insbesondere wurde im Rahmen dieser Arbeit erarbeitet in wieweit die vorliegende Implementierung des Kommunikationsstandards IEC 60870-5-104 ausreicht, um die Simulationsplattform Opal-RT mit einem Leitsystem zu verbinden. Notwendige Anpassungen am Quellcode der Java Applikation j60870 werden erläutert und auftretende Probleme diskutiert und gelöst. Die in Versuchen ermittelten Testergebnisse werden dargestellt. Die Versuchsergebnisse zeigen, dass die Funktionalitäten der Java Anwendung j60870 nicht vollständig die in der Norm IEC 60870-5-104 definierten Funktionen des Kommunikationsprotokolls abbildet. Die bereits vorhandenen Funktionalitäten sind jedoch wenn auch nicht vollständig, geeignet um eine Kommunikationsschnittstelle für leittechnische Anwendungen in der elektrischen Energietechnik bereitzustellen. Eine Weiterentwicklung auf Basis der vorhandenen Java Applikation ist durch den offenen Quellcode möglich.

Der globale Verbrauch von Primärenergien nahm in den letzten Jahrzehnten stetig zu und wird dies auch weiterhin tun. Nach wie vor werden hauptsächlich endliche Energiequellen verwendet, deren Nutzung hohe CO2-Emissionen hervorruft. Darum soll im Zeichen der sogenannten Energiewende in der BRD die Nutzung von erneuerbaren Energien massiv gesteigert werden. Eine Möglichkeit dies zu erreichen stellen lokale Energiesysteme mit Eigenerzeugungsanlagen, wie Photovoltaik-Systeme, dar. Zur Schonung des öffentlichen Versorgungsnetzes und zur energetisch sinnvollen Gestaltung dieses Konzeptes, ist es jedoch nötig derartige Versorgungssysteme auf den Eigenverbrauch der und die Eigenversorgung durch die Eigenerzeugung zu prüfen. Zudem ist es bedeutend festzustellen in welchem Maße der Energieverbrauch CO2-Emissionen hervorruft. Ziel dieser Bachelor-Arbeit ist es dazu nützliche Kenngrößen festzulegen und eine Methode herauszuarbeiten, durch die lokale elektrische Energiesysteme mit Eigenerzeugungsanlagen modelliert, simuliert und analysiert werden können. Dadurch soll es ermöglicht werden vorhandene Systeme in Form von Modellen beispielsweise durch Energiespeicher zu erweitern und den entsprechenden Nutzen solcher Erweiterungen zu ermitteln.

In der heutigen Zeit werden im Zusammenhang mit der Energiewende und der angestrebten Verringerung des CO2-Ausstoßes neue Anforderungen an die Elektromobilität gestellt. Dabei ist für mobile Systeme wie Unterwasserfahrzeuge oder Elektrorollstühle besonders der Einsatz von Batterie-Management-Systemen zur Überwachung der eingesetzten Akkumulatoren interessant. Zur Entwicklung eines solchen Systems ist die Kenntnis der Zelltemperatur, der Zellspannung und insbesondere des aktuellen Ladezustandes von Bedeutung, da über diesen die noch zur Verfügung stehende Energie definiert ist. Im Rahmen dieser Arbeit werden verschiedene Methoden zur Ladegradbestimmung vorgestellt und bezüglich ihrer Eigenschaften untersucht. Die Methode, die den formulierten Anforderungen am besten genügt, wird im Folgenden am Beispiel eines Lithium-Polymer- und teilweise eines Bleigel-Akkumulators in einem Versuchsstand praktisch umgesetzt und untersucht. Die Auswertung wird mit Hilfe einer Matlab GUI durchgeführt und die Bewertung erfolgt durch verschiedene Validierungsansätze, die vielversprechende Ergebnisse zeigen.

Im Pumpspeicherwerk Hohenwarte I befinden sich zwei Motorgeneratoranlagen mit zugehörenden Maschinentransformatoren sowie ein umfangreiches Eigenbedarfsnetz zur Versorgung aller notwendigen elektrischen AC-Betriebsmittel. Zur galvanische Trennung der 10,5-kVGeneratornetze vom 10-kV-Eigenbedarfsnetz ist der Trenntransformator 11 zuständig. Da der Transformator nicht redundant vorhanden ist, stellt dieser einen "Flaschenhals" in der elektrischen Eigenbedarfsversorgung des Kraftwerks dar, weshalb es notwendig ist, verschiedene Varianten seines zeitweiligen Ersatzes im Falle einer etwaigen Reparatur o.ä. zu betrachten. Dazu werden die drei Varianten IS-Begrenzer, Kurzschlussstrombegrenzungsdrossel und direkte Überbrückung durch Kabel in ihrer Funktion und Wirtschaftlichkeit genauer untersucht. Zunächst wird der Anlagenaufbau beschrieben. Der Hauptteil beschäftigt sich mit der Kurzschlussberechnung zur Überprüfung der auftretenden Kurzschlussströme für den Fall des herausgelösten Trenntransformator 11 und der darauf aufbauenden Variantenuntersuchung mit der Funktionsweise sowie dem finanziellen Aufwand. Anschließend wird die Kurzschlussbelastbarkeit der Kabelverbindungen überprüft und die Mindesteinspannlänge der Kabelbandagen bestimmt. Aus technischer und wirtschaftlicher Sicht ergibt sich, dass die Überbrückung durch direkte Kabelverbindung sich als geeignetste Methode darstellt.

Aufgrund zunehmender dezentraler Einspeisung im Netzgebiet der Schleswig-Holstein Netz AG haben die Netzverluste in der Mittelspannung zugenommen. Da diese gegebenenfalls nicht vollständig in den nächsten Regulierungsperioden auf das Netzentgelt umgelegt werden können, wird in dieser Arbeit untersucht, wie die Netzverluste minimiert werden können. Die Untersuchung wird anhand des ausgewählten Mittelspannungsnetzes Reinsbüttel T122 simulativ mithilfe eines Netzberechnungsprogrammes durchgeführt. Unterschieden wird in bauliche Maßnahmen, beispielsweise Vergrößerung des Leiterquerschnittes, und Regelungsaufgaben, bei denen die Verluste durch die Beeinflussung von Systemgrößen verringert werden können. Als Systemgrößen ergeben sich die Spannung bei einer Längsregelung der Leistungstransformatoren zur Spannungsanhebung und die Blindleistung der Windanlagen zur Verringerung des Blindleistungstransports im Netz. Es wird gezeigt, dass die beiden Regelungen im ausgewählten Netz einen ähnlichen Effekt haben, während die Änderung des Leiterquerschnittes einen deutlich größeren Einfluss auf die Verluste hat. Zudem werden Ideen für das Tagesgeschäft der Netzplanung entwickelt, wie ähnliche Ergebnisse der Jahresprofilrechnung für geringeren Aufwand erzielt werden können.

Zur Übertragung elektrischer Energie im Höchstspannungsnetz kommen vorwiegend Freileitungen und Erdkabel zum Einsatz. Als Übertragungstechnologie unterscheidet man dabei zwischen Hochspannungsdrehstromübertragung (HDÜ) und Hochspannungsgleichstromübertragung (HGÜ), wobei sich Letztere im Zuge der Energiewende und den damit verbundenen größeren Entfernungen zwischen Erzeugung und Verbrauchern elektrischer Energie als effiziente Alternative erwiesen hat. Die mit den hohen Übertragungsleistungen einhergehenden hohen Betriebsspannungen bzw. Lastflüsse können zu Einwirkungen auf den Menschen sowie auf andere benachbarte Anlagen, wie Rohrleitungen, Telekommunikationsleitungen oder Bahnstromanlagen, führen. Dazu gehört besonders die Untersuchung von Personen- und Materialgefährdung sowie von möglichen Funktionsstörungen. Diese Beeinflussungen werden im Rahmen dieser Bachelorarbeit für die beiden Übertragungstechnologien HDÜ und HGÜ im Normal- bzw. Fehlerzustand gegenübergestellt, wobei auch die Auswirkungen bei hybriden Systemen berücksichtigt werden.

Durch die steigende Zahl volatiler Lasten (z. B. Elektro-Fahrzeuge) und Einspeisungen (z. B. PV-Anlagen) kommt es zu Spannungshaltungsproblemen in Niederspannungsverteilernetzen. Daher ist es notwendig aktiv spannungsregelnde Betriebsmittel zu installieren, um diesem Problem entgegen zu wirken. Im Rahmen dieser Bachelorarbeit erfolgte eine Analyse verschiedener aktiver Spannungsregelungssysteme im Niederspannungsverteilernetz. Zudem wird die Sternpunktverschiebung des Drehstromsystems aufgrund stark asymmetrischer Belastungen untersucht und erklärt. Es wird ein regelbarer Ortsnetztransformator (RONT) mit unterschiedlichen Verfahren der Spannungsmessung (Nahbereichsregelung und Wide Area Control System) sowie ein phasen- und strangselektiver Spannungsregler miteinander verglichen. Diese Verfahren werden mit Hilfe von Methoden der asymmetrischen Leistungsflussrechnung an Testnetzen mit verschiedenen Belastungssituationen simuliert. Die Ergebnisse zeigen Vor- und Nachteile der Verfahren der Spannungsregelung. Bei dem regelbaren Ortsnetztransformator ist die Wahl des Regelverfahrens (Nahbereichsregelung oder Wide Area Control System) von entscheidender Bedeutung. Der phasen- und strangselektive Spannungsregler bietet den Vorteil, dass Asymmetrien in der Spannung ausgeglichen werden können. Beide Systeme können zur Einhaltung betrieblicher bzw. normativer Grenzwerte eingesetzt werden.

Der Ausgleich zwischen erzeugter und verbrauchter Leistung ist für den Erhalt einer konstanten Frequenz in einem elektrischen Verbundnetz von elementarer Bedeutung. Zur Wahrung dieses Systemgleichgewichts sind die Übertragungsnetzbetreiber zur Bereitstellung von ausreichend Regelenergie verpflichtet. Die Regelleistungsfreisetzung erfolgt über Kraftwerke, welche sich im Regelungsverhalten stark voneinander unterscheiden können. Dementsprechend muss die Reglerstruktur auf die unterschiedlichsten Systemrestriktionen und Kraftwerkscharakteristika angepasst sein. In dieser Arbeit wird eine Sekundärreglerstruktur unter Verwendung von Leistungsinformationen der regelleistungsbereitstellenden Kraftwerksbetreiber vorgeschlagen und dessen Funktionalität anhand eines Leistungsfrequenzmodells verifiziert. Die verbesserten Regeleigenschaften der vorgeschlagenen erweiterten Reglerstruktur werden mit der bestehenden Reglerstruktur unter Nutzung optimierter Reglerparameter verglichen.

Die Übertragungsnetzbetreiber sehen sich durch die zunehmende Liberalisierung der Energiemärkte und den steigenden Anteil erneuerbarer Energien am Energiemix zunehmend mit der technologischen Herausforderung konfrontiert, in die natürlichen Energieflüsse innerhalb des Netzes eingreifen zu müssen, um Engpasssituationen, hohe Übertragungsverluste und Gefährdungen der Versorgungssicherheit zu vermeiden. Phasenschiebertransformatoren als Unterkategorie der Power Flow Controlling Devices ermöglichen durch Beeinflussung des Leitungswinkels einer Übertragungsstrecke die effizientere Auslastung bestehender Infrastruktur. Veränderungen von Angebot und Nachfrage oder auch der Netzstruktur können eine Anpassung der Parametrisierung von den im Netz installierten Phasenschiebertransformatoren erfordern: Ist eine von der aktuellen Parametrisierung abweichende Parametrisierung als Idealzustand bestimmt, stellt sich die Frage, wie der Übergang hin zum optimierten Zielzustand idealerweise koordiniert abläuft. Die vorliegende Bachelorarbeit untersucht diverse Ansätze zur Beantwortung dieser Fragestellung. Einem technischen Überblick zu verschiedenen Power Flow Controlling Devices folgt die Entwicklung und Simulation verschiedener Koordinierungsstrategien mit dem Ziel, diese an Hand unterschiedlicher Gesichtspunkte zu bewerten und eine Anwendungsempfehlung auszusprechen.

Smart Meter stellen für die Energiewende in Deutschland einen großen Fortschritt dar. Durch diese neuen Stromzähler ist nicht nur eine erhöhte Transparenz des Stromverbrauchs gegeben, sondern es entstehen dadurch auch neue Einsparpotenziale bei den Stromkosten. Doch die Pläne eines deutschlandweiten Einbaus werden nach einer aktuellen Studie nicht in der vorgegebenen Zeit umgesetzt. Denn es zeigt sich, dass die derzeitig gegebenen gesetzlichen Vorgaben nicht ausreichend dazu beitragen, die gesetzten Ziele ausreichend schnell umzusetzen. Unter anderem sind die Kosten für die neuen Smart Meter Systeme ein Problem. Aus diesem Grund hat sich diese Arbeit als Ziel gesetzt, ein Konzept zu entwickeln, welches die Funktionsweise bestehender Smart Meter Systeme soweit wie möglich nachahmt und diese auf momentan genutzte Ferraris-Zähler überträgt. Dazu werden zunächst bestehende Messsystemmodelle analysiert und relevante Funktionsweisen herausgefiltert. Aus gegebenen Verordnungen für diese Modelle werden im nächsten Schritt Anforderungen für die einzelnen Systembestandteile formuliert. Im Anschluss erfolgt eine exemplarische Implementierung dieses Konzepts mit auf dem Markt erhältlichen Komponenten. Abschließend wird die Umsetzung bewertet und Empfehlungen für ein weiteres Vorgehen ausgesprochen.

Die Energiewende, steigende Strompreise und Komfortvorstellungen erhöhen die Anforderungen an die Haushaltsgeräte in Privathaushalten, die zukünftig von einem Smart Home mit intelligenten, vernetzten Geräten erfüllt werden sollen. Ein Bestandteil dessen ist das Smart Metering, das den kosteneffizienten Betrieb der Haushaltsgeräte durch Verbrauchsstatistiken und den Zugang zu neuartigen Stromtarifmodellen ermöglicht. Diese Arbeit untersucht den Markt nach Produkten im Bereich der Vernetzung und der Haushaltsgeräte, die diesen Anforderungen gerecht werden, und beschreibt sie. Die Möglichkeiten der Kosteneinsparung beim Stromverbrauch werden anhand des statistischen Durchschnittshaushalts aufgezeigt, analysiert und mittels eines simulierten Beispielhaushalts in verschiedenen Szenarien geprüft. Dabei werden unterschiedliche Automatisierungsgrade der Haushaltsgeräte und zeitvariable Stromtarife auf ihre Einsparungssteigerung untersucht, und die tatsächliche Realisierbarkeit durch den Endverbraucher geprüft.

Im bei der E.ON Netz GmbH als Teilnetz Oldenburg bezeichneten Netzgebiet wurde in einem Feldversuch die Sollspannung des 110-kV-Teilnetzes temporär abgesenkt. In der Arbeit werden, durch Auswertung der Messwerte aus den Leitsystemen, die Auswirkungen dieses Feldversuches auf die Höchst-, Hoch- und Mittelspannungsnetze sowie in diesen Netzen angeschlossene Verbraucher und Erzeuger untersucht. Der Fokus liegt dabei in der Wirkung auf das Blindleistungsverhalten. In der Arbeit wurde in theoretischen Vorbetrachtungen das Verhalten der im Netz vorkommenden Betriebsmittel bei Spannungsänderung analysiert.

Die Strommarktliberalisierung der letzten beiden Jahrzehnte brachte den internationalen Stromhandel dazu, fortschreitend an Bedeutung zu gewinnen. Als Reaktion auf überlastete Netzelemente im Zuge der zu hohen Handelsvolumina wurden dem Handel mit Strom an sich Übertragungsrechte vorausgesetzt, die sich in Form der derzeitigen Net Transfer Capacity (NTC), also Übertragungskapazitäten an den einzelnen Ländergrenzen äußern. Diese, meist an einer Grenze entlang abgestimmten, Kapazitäten sollen verhindern, dass physikalische Flüsse, die infolge eines internationalen kommerziellen Handels mit elektrischem Strom entstehen, die Netzsicherheit gefährden. In Zukunft könnte dieses einfache Verfahren von einer Methodik abgelöst werden, die den Einfluss des Stromhandels auf jedes Netzelement und deren Belastungen direkt abbilden kann - das Flow-Based-Verfahren. In dieser Arbeit wurde ein möglicher FB-Ansatz nach allgemein in Europa vorgesehenen Prozessstrukturen analysiert und mit einigen Anpassungen auf das Schweizer und umliegende Übertragungsnetz angewandt. Bezogen wurde sich hierbei auf die Länder Deutschland, Frankreich, Italien, Österreich und die Schweiz. - Zu Beginn wurden die notwendigen Daten, um eine Flow-Based-Analyse durchzuführen, zusammengetragen, ausgewertet und, um ein bestmögliches Ergebnis zu erzielen, aufgebessert. Hierbei wurde festgestellt, dass viele der gebrauchten Datensätze, die für einige andere Kapazitätsprozesse bestimmt werden, sich für das FB-Verfahren nicht eignen und entsprechende Korrekturen und Annahmen mussten gemacht werden. Darauf folgend wurden die für die Berechnung der Kapazitäten via FB benötigten Power Transfer Distribution Factors berechnet. Hierbei wurde auf eine manuelle Variante und eine Mischung aus AC und DC-Leistungsflussanalyse zurückgegriffen. Das hieraus aufgestellte mathematische Konstrukt wurde mit Hilfe von Matlab gelöst. Angewendet wurde dieses Verfahren auf mehrere Netzmodelle, wobei in dieser Arbeit eines ausführlich erörtert wird. - Die Ergebnisse der Berechnung via FB wurden anschließend mit dem herkömmlichen NTC-Verfahren verglichen. Deutlich sichtbar waren Korrelationen der Kapazitäten in übliche Handelsrichtungen, wobei mit Hilfe der FB-Methodik zu einem Großteil geringe Erhöhungen bestimmter Kapazitäten möglich waren. Weiterhin erkenntlich war, dass mit FB die Abhängigkeit der Kapazitäten von verschiedenen Grenzen, bzw. des Imports und Exports bestimmter Länder, deutlich dargestellt werden. Viele unübliche Handelsrichtungen wurden gegenüber dem NTC deutlich eingeschränkt, was an dieser Stelle die pragmatische Herangehensweise bei der NTC-Methodik angreift. Weiterhin wurde deutlich, dass das FB-Verfahren derzeit nicht auf Expertenwissen zurückgreifen kann. So sind viele NTC-Werte Erfahrungen entsprungen, was bei FB nicht möglich ist. Dies bezieht sich sowohl auf die verwendeten Eingangsdaten, deren Bestimmung, als auch die Skalierungsmethode für das Netzmodell. - Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Ergebnisse gute qualitative Aussagen über die FB-Methodik bringen. Nichtsdestotrotz ist eine derart geringe Anzahl an untersuchten Modellen nicht endgültig aussagekräftig. Dennoch wurde ein Großteil der erwarteten Punkte bestätigt, was nebst einem offensichtlich funktionierenden Berechnungsweg auf die Funktionalität der FB-Methode an sich schließen lässt. Der Vergleich zwischen zwei derart verschiedenen Bestimmungsmethoden ist hingegen schwer zu ziehen. Vor allem der ökonomische Aspekt, welcher hintergründig - nach Einhaltung der Sicherheitspolitiken - sicherlich der einflussreichste ist, muss untersucht werden. Zu diesem Punkt zählt auch das fehlende Optimierungsziel in dieser Arbeit. Bei einem NTC-Prozess ist es sicherlich das Maximieren der Kapazität an der untersuchten Grenze - bei der FB-Methode kann dieses Ziel, so wie angewandt, lediglich das Maximieren der Wirtschaftlichkeit der Kapazitäten sein. Weiterführend sind sicherlich einige, auch in der Arbeit angesprochene, Studien zu Unterpunkten im Berechnungsprozess zu machen, vor allem um ein Gefühl dafür zu bekommen, was einen wirklich großen Einfluss auf die Quantität und Qualität der FB-Domain hat.

Ziel dieser Arbeit war die Konzeptionierung, Aufbau und Erprobung eines Versuchsstandes zur Ermittlung der symmetrischen Komponenten im Dreiphasensystem. Dafür wurden zuerst die mathematischen Grundlagen und die damit verbundenen Anwendungen der symmetrischen Komponenten vermittelt. Basierend auf diesen, wurde ein Grundkonzept erörtert und anhand der Funktionalitätsanforderungen die einzelnen Elemente des zu entwickelnden Versuchsstandes ausgewählt. Um die Funktionalität des Versuchsstandes und die Messbereiche für die Spannungs- und Strommessung vorab zu kennen, wurde eine Simulation mit LTSpice vorgenommen, die wichtige Referenzwerte für die praktische Erprobung erbrachte. Nachdem alle technischen Maßnahmen für die Spannungsversorgung, der verschiedenen Lastzustände und der gesamten Messwertermittlung abgeschlossen waren, konnten erste Messungen durchgeführt werden. In Anlehnung an die Versuchsdurchführungen wurden die praktisch gemessenen Werte einer Simulation mit LTSpice gegenübergestellt, verglichen und gewertet. Durch diesen Versuchsstand ist es gelungen Grundlegende Zusammenhänge im Drehstromsystem anhand einer symmetrischen Last in Stern- und Dreieckschaltung zu zeigen. Auch die Messbarkeit der symmetrischen Komponenten für den Fall einer unsymmetrischen Last kann am Versuchsstand praktisch nachgewiesen werden. Eine sehr anschauliche und vorteilhafte Anwendung der Methode der SK anhand zweier Modelnetze wird am Versuchsstand demonstriert.

Diese Bachelorarbeit setzt sich mit dem Thema "Auswahl der Persönlichen Schutzausrüstung (PSA) bei Arbeiten an elektrischen Anlagen" auseinander, um daran arbeitende Personen vor den thermischen Auswirkungen von Störlichtbögen zu schützen. Die Auswahl einer geeigneten PSA wird zunächst theoretisch durch ein mit acht Schritten dargestelltes Verfahren getroffen. Dazu werden sowohl die Grundlagen zum Thema Persönliche Schutzausrüstung (z. B. Anwendungsbereich, Normung der PSA innerhalb/außerhalb der EU) wie auch die Berechnungsschritte detailliert erläutert. Das Verfahren wird im weiteren Verlauf praktisch an drei Beispielen angewendet, um zu sehen wie sich die Variation einzelner Parameter auf das Ergebnis auswirkt und um die Grenzen der PSA aufzuzeigen. Letztendlich wurde die Abarbeitung der acht Schritte digitalisiert, was Unternehmern, mit Hilfe zweier Excel-Tabellen, eine schnelle, aber sichere und zuverlässige Auswahlhilfe zur Bestimmung der PSA bereitstellen soll.

Seit dem Beginn der europäischen Strommarktliberalisierung im Jahr 1999 nimmt die Bedeutung des grenzüberschreitenden Energiegroßhandels stetig zu. Da der Handel mit Energie durch die technischen Grenzen des Übertragungsnetzes limitiert ist, stellt dies große Herausforderungen an den sicheren Systembetrieb. Auf Grund der zentraleuropäischen Lage der Schweiz spielt das Schweizer Übertragungsnetz mit seiner Übertragungsnetzbetreiberin Swissgrid eine zentrale Rolle in diesem Prozess. Um den sicheren Betrieb des elektrischen Netzes durch länderübergreifende Handelsgeschäfte nicht zu gefährden, werden von den Übertragungsnetzbetreibern grenzüberschreitende Übertragungskapazitäten wie die Net Transfer Capacity (NTC) als Mittel des präventiven Engpassmanagements definiert. In dieser Bachelorarbeit werden die etablierten Methoden zur Berechnung des NTC vorgestellt. Darauf aufbauend wird eine Methodik zur Bestimmung des NTC über die Schweiz-Französische Grenze auf Grundlage externer Faktoren konzipiert, wobei sich auf den NTC von der Schweiz in Richtung Frankreich beschränkt wird. Die Praktikabilität wird anhand eines Fallbeispiels untersucht und diskutiert.

Jeder rechnet fest mit der Elektromobilität die frisch entkoppelten Netzbetreiber auch? Um ihrer Versorgungsaufgabe in Tagen strombetankter Autos gerecht werden zu können, müssen sich Betreiber von Elektroenergienetzen schon heute die Frage stellen, wann das Elektroauto die Stromnetze an ihre Grenzen führt und wie und wann man dem am besten begegnet. Anhand eines Kostenvergleiches wird in der vorliegenden Arbeit überprüft, ob hierbei dem klassischen Netzausbau oder dem Einsatz von Lastmanagement Vorzug zu geben ist. Für die Arbeit an einer Fallstudie werden die Resultate aktueller Lastflusssimulationen aufbereitet, präzisiert und in einen betriebswirtschaftlichen Kontext überführt.

Die vorliegende Bachelorarbeit behandelt die Erweiterungen der Architektur und Simulationskomponenten für das Operatortraining an der Technischen Universität Ilmenau zur Simulation von Abläufen innerhalb von 16.7-Hertz-Netzen. Das bestehende System, dediziert für 50-Hertz-Netze entworfen und realisiert, wird analysiert und dient als Basis dieser Arbeit. Die vorhandenen Module werden auf Verwendbarkeit und Interoperabilität geprüft. Dazu dienen vorgegebene grundlegende Szenarien, die für die Durchführung von 16.7-Hertz-Trainings verwendet werden. In einem detaillierten ingenieursgerechten Dokument (beiliegendes Pflichtenheft) werden die erforderlichen Erweiterungen und Parametrierungen festgehalten. Im Ergebnis sind sowohl Architektur also auch Implementierungsvorgabe beschrieben, mit denen es möglich ist, 16.7-Hertz spezifische Trainingsszenarien zu entwickeln und durchzuführen.

In den vergangenen Jahren war, bedingt durch das Erneuerbare Energien Gesetz, ein Zuwachs erneuerbarer Energieerzeugungsanlagen zu verzeichnen. Diese Anlagen weisen eine nicht-deterministische Erzeugungscharakteristik auf. Eine Prognose über die Einspeisung ins Netz ist mit Fehlern behaftet. Um die Sicherheit des Netzbetriebes zu gewährleisten, ist es erforderlich, Regelleistung aus konventioneller Erzeugung vorzuhalten. Damit verbunden sind Emissionen von CO2. Im Rahmen dieser Arbeit wird anhand zweier Szenarien untersucht, wie groß das Einsparpotential von CO2-Emissionen ist, wenn vermehrt durch regenerative Energiequellen ins Netz eingespeist wird, gleichzeitig jedoch die Sicherheit des Netzbetriebes gewährleistet bleiben soll. Dazu werden die Rahmenbedingungen der Energieversorgung erläutert und die Anforderungen an die künftige Netzinfrastruktur dargestellt. Anschließend wird die Struktur des deutschen Kraftwerksparkes beschrieben, welcher gleichzeitig das Referenzsystem darstellt, anhand dessen das Einsparpotential aufgezeigt wird. Ausgehend von prognostizierten Entwicklungen des Energieverbrauches werden zwei Szenarien für das Jahr 2020 und 2030 erstellt und die energiebedingten Emissionen quantifiziert.