Berechnung der induzierten Spannung im Kabelschirm bei Standard- sowie parallel verlegten Systemen. - 52, 127 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2016
Das Ziel der vorliegenden Bachelorarbeit ist es, die Theorien zur Berechnung der induzierten Spannung im metallischen Kabelschirm bei Hochspannungskabel bis 550 kV vorzustellen und theoretisch zu vergleichen. Die Genauigkeit und Umsetzbarkeit mit Hilfe der Kabelsimulationssoftware Cymcap wird ebenfalls überprüft. Dabei wird der Schwerpunkt darauf gesetzt, die Berechnungsmethode sowohl auf ein einfaches Dreiphasensystem als auch auf parallele Systeme von Hochspannungskabeln gleichermaßen anwenden zu können. Zudem wird die Auswirkung unterschiedlicher Phasenanordnungen und Erdungsmethoden untersucht. Aus der Literatur ergeben sich drei Methoden, die alle auf die Impedanzen-Matrix zurückgreifen. Methode 1 enthält eine komplexere Abbildung der Kabelparameter, stellt jedoch eine Herausforderung dar, die Daten reeller Installationsbedingung zu erhalten. Methode 2 und 3 liefern vergleichbare, nutzbare Ansätze zur Aufstellung der Randbedingungen, wobei Methode 3 die Behandlung spezieller Erdungsmethoden detaillierter behandelt. Die Verifizierungen mit Hilfe des im Rahmen der Arbeit angefertigten Programms weisen eine sehr gute Übereinstimmung für Installationen mit einseitiger und beidseitiger Erdung mit der Simulationssoftware Cymcap auf. Die Erdungsmethode Cross Bonding konnte wegen höherer Komplexität des Algorithmus und fehlender Erläuterungen in der Literatur bei parallelen Systemen im Rahmen dieser Arbeit nicht verifiziert werden. Die schrittweise Aufbereitung der Theorie in der vorliegenden Arbeit soll den Einstieg zum Thema "induzierte Spannungen am metallischen Schirm von dreiphasigen Hochspannungskabelsystemen" erleichtern.
Analyse zur Minimierung der Verlustenergie im Mittelspannungsnetz und an den MS/NS-Übergängen. - 61 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2016
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.
Untersuchung der Wechselwirkungen in Verteilnetzen mit hohem Anteil umrichtertechnologiebasierter Erzeuger und Lasten. - 74 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2016
Die Bedürfnisse des 21. Jahrhunderts im Bereich der Stromerzeugung, mit zunehmenden umrichterbasierten umweltfreundlichen Erzeuger und Lasten, stellen Verteilnetzbetreiber in der heutigen Zeit und zukünftig vor neue Opportunitäten und Herausforderungen. Die Entwicklungstendenz und gesetzlichen Rahmenbedingungen der erneuerbaren Energie, z. B. Photovoltaikanlagen und Windenergieanlagen, werden eingangs beschrieben. Anschließend werden die möglichen Systemdienstleistungen, die Photovoltaikanlagen, Windenergieanlagen und die Elektromobilität bieten können, besprochen. Obwohl die umrichterbasierten Erzeuger und Lasten neue Opportunitäten ermöglichen, z. B. die Bereitstellung der Systemdienstleistung, treten auch Wechselwirkungen im Netz, besonders im Verteilernetz, in dem sich viele Umrichter befinden, auf. Die Auswirkungen solcher Wechselwirkungen auf Netzstabilität werden untersucht. Aus diesem Grund werden auch die möglichen Lösungen und Steuerungsmethoden zusammengefasst und diskutiert.
Vergleichende Analyse der Beeinflussungen bei Betrieb von AC- und DC-Leitungen. - 63 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
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.
Untersuchungen zu den Anregebedingungen des Distanzschutzes in 110-kV-Verteilnetzen bei bedarfsorientierter Nutzung freier Blindleistungspotenziale der Erneuerbaren-Energien-Anlagen. - 46 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
Durch die wachsende Anzahl der Erneuerbaren-Energien-Anlagen und die damit einhergehende Dezentralisierung der Energieversorgung ist es nötig, neue Randbedingungen für einen stabilen Netzbetrieb zu schaffen. Der fortschreitende Ausbau der dezentralen Erzeugungsanlagen führt dazu, dass die Aufgabe der Stabilisierung des Netzes nicht mehr nur den zentralen Kraftwerken obliegt, sondern nunmehr den vielen kleineren Einspeisern. Zu deren Aufgaben zählt u.a. die Erbringung von Systemdienstleistungen, wie etwa der Bereitstellung von Blindleistung. Im Vordergrund dieser Bachelorarbeit steht die Untersuchung der Anregebedingungen des Distanzschutzes in 110-kV-Verteilnetzen bei einer flexiblen und bedarfsorientierten Nutzung der Blindleistungspotenziale dieser Erzeugungsanlagen. Anhand von Modellen realer Verteilnetze wird ein mögliches Fehlanregen des Leitungs-Distanzschutzes im Zusammenhang mit einer bedarfsgerechten Blindleistungsfahrweise der Erneuerbaren-Energien-Anlagen analysiert und eventuelle Einschränkungen im Hinblick auf deren Blindleistungsfahrweise abgeleitet. Dabei werden insbesondere auch Ausgleichsvorgänge im Netz, in Folge von Sollwertänderungen der Blindleistungsregelung und Störgrößeneinflüssen, beispielsweise hervorgerufen durch das Ausschalten von Transformatoren und Freileitungen, betrachtet.
Wechselwirkungsanalyse von Spannungsregelungssystemen in asymmetrisch belasteten Verteilernetzstrukturen. - 59 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
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.
Optimierung von Spannungshaltung und Blindleistungshaushalt im 110-kV-Netz der Bayernwerk AG. - 79 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
Die heutige Energieversorgung verzeichnet einen signifikanten Zubau an Erzeugungsanlagen aus regenerativen Energiequellen. Daraus resultiert die Notwendigkeit von Netzverstärkungs-und Netzausbaumaßnahmen in den deutschen Verteilnetzen. Durch die Integration dieser Erzeugungsanlagen entstehen sich verändernde Leistungsflüsse in den Verteilnetzen und somit auch an der Schnittstelle zwischen Hoch- und Höchstspannungsnetz. Im Netz des bayerischen Verteilnetzbetreibers, der Bayernwerk AG, wird dieses Phänomen bereits heute sichtbar. Aktuell werden die zulässigen Leistungsbänder an der Schnittstelle zwischen Hoch- und Höchstspannungsnetz seitens der Bayernwerk AG verletzt. Es kommt vor allem zu hohen Blindleistungsrückspeisungen in das Höchstspannungsnetz. Gleichzeitig führt dies zu einer Spannungsanhebung im Höchstspannungsnetz und rückwirkend auch im Hochspannungsnetz. In dieser Arbeit wird der aktuelle Leistungsaustauch an der Schnittstelle zum Höchstspannungsnetz mit Hilfe eines probabilistischen Modellansatzes nachgebildet und darauf basierend für das Jahr 2025, u. a. unter Nutzung von Einspeiseprognosen für erneuerbare Energien, prognostiziert. Somit gibt diese Arbeit Auskunft darüber, wie das zukünftige Netz der Bayernwerk AG dimensioniert werden sollte. Des Weiteren wird der Einsatz von leistungsregelnden Erzeugungsanlagen untersucht und Grundsätze bezüglich der Spannungshaltungsproblematik im Hochspannungsnetz erarbeitet. Gezeigt wird, dass Verletzungen des zulässigen Leistungsaustausches vorwiegend in Netznutzungssituationen mit geringer Last und Erzeugung auftreten und der zukünftige Leistungshaushalt geprägt ist von kapazitiver Blindleistung und Wirkleistungsrückspeisung bei gleichzeitigem Anstieg des Spannungsniveaus im Hochspannungsnetz.
Parameteranalyse der Sekundärreglerstruktur am Beispiel der 50Hertz-Regelzone. - 65 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
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.
Messung, Analyse und Bewertung von Oberschwingungsanteilen in 110-kV-Netzen. - 74 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
Die Spannungsqualität in elektrischen Netzen ist für eine sichere Energieversorgung von großer Bedeutung. Die Qualitätsbetrachtung findet bisher vornehmlich in der Mittel- und Niederspannungsebene statt. Auswirkungen schlechter Spannungsqualität werden dort durch direkt angeschlossene Verbraucher wahrgenommen. In dieser Arbeit werden Oberschwingungen in einem realen 110-kV-Netz untersucht und verschiedene Einflussfaktoren bewertet. Durch Messungen an unterschiedlichen Netzpunkten wird eine Aussage über den aktuellen Status der Spannungsqualität gegeben. Zusätzlich werden Einflüsse aus der Mittelspannungsebene auf das 110-kV-Netz betrachtet, um zu beurteilen, welchen Einfluss eine schlechte Spannungsqualität auf das 110-kV-Netz hat bzw. wie sich Qualitätsprobleme über Spannungsebenen hinweg ausbreiten.
Strategien zur Koordinierung der Sollwerteinstellung von Power Flow Controlling Devices. - 118 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
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.