Eine Methodik zur prädiktiven Erkennung der Inselnetzfähigkeit von Netzgruppen in der Mittelspannungsebene. - Ilmenau. - 91 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2018
Die heute vorkommenden Erzeugungsstrukturen in einem elektrischen Energiesystem wurden durch den Wandel von fossilen Brennstoffen hin zu erneuerbaren Energien geprägt. Die Energiewende stellt die Netzbetreiber, vor allem in der Verteilnetzebene, vor neue Herausforderungen. Mit dem aus der Energiewende resultierendem Einzug dezentraler Erzeugungsanlagen, erhöht sich die Wahrscheinlichkeit ungewollter Inselnetzbildungen. Dadurch können erhebliche Gefahren für den Personen-, Netz- und Anlagenschutz entstehen. Bereits heute gibt es Möglichkeiten ungewollte Inselnetze zu detektieren und abzuschalten, jedoch basieren diese Verfahren meist auf einer netzseitigen Implementierung. Mit dem stetigen Ausbau dezentraler Erzeugungsanlagen wächst deren Unwirtschaftlichkeit, da für die Umsetzung zusätzliche Bauelemente notwendig sind. Folglich widmet sich diese Arbeit einer zentralen, via Leitsystem umgesetzten, Methodik zur Lösung dieser Problematik. Darüber hinaus soll eine prädiktive Erkennung der Inselnetzfähigkeit von Netzgruppen in der Mittelspannungsebene ermöglicht werden, wodurch die Gefahren einer ungewollten Inselnetzbildung verhindert werden können. Ein zielführendes Ergebnis der Methodik lässt sich allerdings nur realisieren, wenn der aktuelle Netzzustand eines potentiellen Inselnetzes eindeutig definiert werden kann. Im Anschluss daran, kann der implementierte Algorithmus der Methodik eine Aussage zur Inselnetzfähigkeit des betrachteten Netzabschnittes treffen. Diese Informationen werden durch das Leitsystem ausgewertet und daraus entsprechende Rückschlüsse gezogen. Die in dieser Arbeit dargestellte Methodik wurde durch eine Simulation von stationären Lastflüssen in verschiedenen Netzkonstellation auf ihre Anwendbarkeit überprüft. Sie bietet eine grundsatzorientierte Betrachtung der prädiktiven Erkennung der Inselnetzfähigkeit und kann als Grundlage zur Bestimmung der Inselnetzfähigkeit von realen Netzgruppen sowie tiefergreifenden Forschungen genutzt werden.
Untersuchungen zum Einfluss von Schutzsystemen auf den vertikalen Netzbetrieb in Verteilernetzen. - Ilmenau. - 65 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2018
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.
Erstellung eines technischen Konzepts für Elektromobilitätsinfrastruktur mit Mehrwertdiensten am Beispiel der Ladesäule der TU Ilmenau. - Ilmenau. - 66 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2018
Die vorliegende Bachelorarbeit gibt einen Überblick über das Laden von Elektrofahrzeugen und den Aufbau von Ladesäulen am Beispiel der Ladesäule der Technischen Universität Ilmenau. Außerdem erfolgt eine Analyse gewisser Teile der vorausgegangenen wirtschaftlichen studentischen Abschlussarbeit: "Bedienungsanalyse und Konzeptoptimierung des Steuerungssystems zur energetischen Optimierung von Elektromobilität und Energienutzung aus Photovoltaikanlagen der TU Ilmenau" [1]. Die dort ausgearbeiteten wirtschaftlichen Konzepte werden technisch analysiert und erneut bewertet. Des Weiteren enthält diese Arbeit Vorschläge für Mehrwertdienste welche an einer Ladesäule umgesetzt werden können und eine entsprechende Auswertung der einzelnen Dienste, ob diese sich zur Umsetzung an der Ladesäule der Technischen Universität Ilmenau eignen. Die Mehrwertdienste beziehen sich zum einen auf das Unterstützen des Energiemanagements des Stromnetzes und zum anderen auf die Interaktionsmöglichkeiten, welche Nutzern der Ladesäule geboten werden können. Für die Weitergabe von Informationen und der Steuerung eignen sich das Display der Ladesäule und das Internet. Die Mehrwertdienste des Energiemanagements bieten vor allem für Betreiber von Ladesäulen und Stromnetzverwalter Vorteile. Im Fall der Ladesäule der Technischen Universität Ilmenau bietet sich unter anderem die Netzentlastung der zeitlichen Verschiebung an.
Entwurf einer offenen Schnittstelle für die Netzleittechnik. - Ilmenau. - 65 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2018
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.
Bedienungsanalyse und Konzeptoptimierung des Steuerungssystems zur energetischen Optimierung von Elektromobilität und Energienutzung aus Photovoltaikanlagen der TU Ilmenau. - Ilmenau. - 52 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2017
Ziel der Bachelorarbeit ist die konzeptionelle Neubetrachtung und Optimierung einer Elektroladesäule, angepasst auf die spezifischen Bedingungen am Campus der TU Ilmenau. Auf Grundlage einer qualitativen Meinungsumfrage der bisherigen dauerhaften Nutzer der Anlage und unter Berücksichtigung der möglichen innovativen Lösungsansätze, wurden mehrere Konzepte entwickelt, die in ihrer Komplexität, die Anlage in differenzierte Richtungen weiterentwickeln. Neben den Meinungen der aktiven Nutzer war vor allem die Mehrwertsteigerung, in Bezug auf die Forschungsqualitäten der Anlage, für die Fakultät für Elektrische Energieversorgung und ihre Mitarbeiter von zentraler Bedeutung. Anhand eines eigen entwickelten Bewertungschemas wurden die Konzepte anschließend einem objektiven Vergleich unterzogen. Anders als zu erwarten, entstanden mehrere Konzepte die einen deutlichen Mehrwertanstieg für die Anspruchsgruppen generierten. Eine klare Empfehlung für die Umsetzung einer solchen Ladesäule ist dennoch zu erteilen. Das empfohlene Konzept steigert den Mehrwert nahe ans Optimum, berücksichtigt dabei die Wirtschaftlichkeit des Projekts und ist zur weiteren Reduzierung von Kapital- und Mitarbeiterbelastung in einer modularen Bauweise umsetzbar. Die Bachelorarbeit ist nicht nur für Studierende und Mitarbeiter im Bereich der Elektrischen Energieversorgung interessant, sondern auch für Konsumenten die gemeinsamen mit der TUILM eine individuelle Lösung für die Integration einer intelligenten Ladesäule in ihr spezifisches Stromnetzwerk erarbeiten wollen.
Modellierung und Simulation der Energieversorgungsstruktur eines Gewerbebetriebs unter Einbeziehung verschiedener Versorgungsszenarien. - Ilmenau. - 55 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2017
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.
Bewertung, Berechnung und Dimensionierung des Neuanschlusses einer Eigenerzeugungsanlage im Mittelspannungsnetz. - Ilmenau. - 68 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2017
Die seit dem Jahr 2000 geltende Richtlinie des Erneuerbare-Energien-Gesetz sieht eine grundlegende Änderung in der Stromerzeugung vor. Alternative Energiequellen sollen maßgeblich an der Bruttostromerzeugung Deutschlands beteiligt sein und somit den Anteil der konventionell generierten elektrischen Leistung verringern. Diese Energie wird vor allem von dezentralen Erzeugungsanlagen bereitgestellt, die direkt in die Verteilungsnetz einspeisen. Entsprechend der Gesetzeslage sind die verantwortlichen Netzbetreiber verpflichtet diese Anlagen an ihr Netz anzuschließen. Für diese bedeutet jeder weitere Neuanschluss einer Eigenerzeugungsanlage zusätzliche Herausforderungen für die Erhaltung der Versorgungsqualität und -zuverlässigkeit. Dafür muss der Netzbetreiber oftmals in nötige Netzausbaumaßnahmen investieren. Zur Verbesserung des Zusammenwirkens von Erzeugungseinheit und Verteilungsnetz, gilt es Kenntnisse über Netzstrukturen, aktuelle Regelungsmöglichkeiten der Netzstabilität sowie den derzeitigen Stand der Technik im Aufbau von Netzstationen und Erzeugungsanlagen zu erarbeiten. Im Rahmen dieser Arbeit werden die Anforderungen, die an den Anlagen- und den Netzbetreiber gestellt werden untersucht und auf ihre wirtschaftlichen Auswirkungen für die jeweilige Partei überprüft. Grundlage ist hierfür eine photovoltaische Erzeugungsanlage die nach den Bestimmungen des Erneuerbare-Energien-Gesetz von 2014 und den technischen Anschlussbedingungen des BDEW dimensioniert wird. Anhand der beschriebenen Ansatz-punkte lässt sich ein finanzieller Zugewinn für den Anlagenbetreiber ermitteln. Aufgrund des geringen zusätzlichen Einspeisevermögens der Erzeugungseinheit und der sich dadurch kaum veränderten Netzverhältnisse, fallen für den Netzbetreiber keine Kosten an.
Untersuchung von Methoden zur Ladegradbestimmung von Lithium-Polymer- und Bleigel-Akkumulatoren. - Ilmenau. - 46 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2017
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.
Schutzdimensionierung in ausgedehnten Freileitungsnetzen mit Erdrückleiter. - 81 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2016
Die vorliegende Bachelorarbeit befasst sich mit der Überprüfung und Dimensionierung der Schutzparameter im 23-kV-Mittelspannungsnetz der Cooperativa Fernheim in Paraguay. Diese ist im Zuge des Wachstums und des hiermit verbundenen Netzausbaus notwendig geworden. Charakteristisch für das Netz sind ausgedehnte Freileitungen mit Erdrückleiter. Gegenüber den europäischen Mittelspannungsnetzen ist außerdem der überwiegende Einsatz von Sicherungslasttrennern mit den dazugehörigen Schmelzsicherungen auffallend. Verbessert werden sollen vorrangig das Gefahrpotenzial und die wirtschaftlichen Aspekte. Auf Grundlage von Impedanznachbildungen und Kurzschlussberechnungen der Netzberechnungssoftware PowerFactory werden Empfehlungen für die Schmelzsicherungen, die AWE und die Überstromzeitschutzeinrichtung UMZ/AMZ gegeben. Im Ergebnis wird deutlich, dass die Parametrierung der einzelnen Schutzeinrichtungen Auswirkungen auf die anderen Konzepte haben, so dass eine Abstimmung untereinander notwendig ist. Anhand einer Auswahl von einzelnen Schutzeinrichtungen wird die Vorgehensweise aufgezeigt. Als Resultat dieser Arbeit steht eine Parametrierung der Schutzeinrichtungen welche zuverlässige und schnelle Auslösung sowie Selektivität als Zielsetzung hat.
Erarbeitung einer technischen Lösung für den temporären Ersatz eines 10/10-kV-Trenntransformators im PSW Hohenwarte I. - 81 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2016
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.