Untersuchungen zur Vorhersage überlagerter Erzeugungs- und Lastzeitreihen für die Betriebsführung am Beispiel "Smart Region Pellworm". - 98 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2014
Durch die zunehmende Netzdurchdringung durch Erneuerbare Energien werden Betriebsführungskonzepte benötigt, welche das Gleichgewicht zwischen Erzeugung und Verbrauch und somit die Versorgungssicherheit gewährleisten. Die dafür benötigten Vorhersagen der durchmischten Leistungszeitreihen an den Ortsnetzstationen sind Untersuchungsgegenstand dieser Masterthesis. Dazu wurden im Rahmen umfangreicher Datenanalysen das charakteristische Signalverhalten und die signifikanten Signalabhängigkeiten der Erzeugungs- und Verbrauchskomponenten identifiziert und die Vorgehensweise bei der Analyse durchmischter Leistungszeitreihen als verallgemeinbarer Ansatz abgeleitet. Zur Vorhersage der Zeitreihen wird eine komponentenscharfe Modellierung angestrebt bei der die Anzahl der Signalkomponenten schrittweise reduziert wird. Dies erfordert ein rekursives Vorgehen bei der Analyse und Modellbildung und stellt somit eine Erweiterung konventioneller Ansätze der Zeitreihenanalyse und -vorhersage dar. Unter Verwendung der multiplen, linearen Regression wurden durch die unterschiedliche Kombination der Komponentenmodelle mehrere Prognoseansätze entwickelt und hinsichtlich ihrer Prognosegüte miteinander verglichen.
Untersuchung und Analyse der Emission optischer Strahlung durch Störlichtbögen. - 201 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2014
In der vorliegenden wissenschaftlichen Arbeit wurden die Emissionen optischer Lichtbogenstrahlung im ultravioletten, sichtbaren und nahen infraroten Spektrum messtechnisch erfasst und analysiert. Ziel dieser Untersuchungen ist es, weitergehende Erkenntnisse über den Störlichtbogen als komplexe Strahlungsquelle zu erlangen und Aussagen zur Personengefährdung durch optische Lichtbogenstrahlung abzuleiten. Außerdem wird im Prüfaufbau des Boxtests untersucht, welchen Einfluss die prospektiven Kurzschlussströme und Elektrodenmaterialien auf die Strahlungsemissionen und Personengefährdung haben. Dabei werden sowohl abweichende Prüfströme als auch verschiedene Elektrodenmaterialien analysiert und bewertet.
Bestimmung des Einflusses von flexiblen Lasten auf den Regelleistungsmarkt im zentraleuropäischen Verbundnetz. - 136 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2014
Im Kontext der ständigen Umstrukturierung der Energiewirtschaft, begonnen mit der Liberalisierung und fortgesetzt mit der Energiewende, sind die beteiligten Akteure wechselnden Rahmenbedingungen ausgesetzt. Dabei muss jedoch zu jeder Zeit die Stabilität des elektrischen Versorgungsnetzes gesichert sein. Zur Sicherstellung dieser Vorgabe und zur Einhaltung der Netzfrequenz verwenden die Übertragungsnetzbetreiber die Leistungs-Frequenz-Regelung. Die dafür notwendige Regelleistung wird mit Hilfe eines Auktionsverfahrens beschafft. Mit dem Ziel der Bundesregierung, bis zum Jahr 2020 eine Million Elektrofahrzeuge auf Deutschlands Straßen fahren zu lassen, besteht die Möglichkeit die Elektrofahrzeuge als flexible Last in den Regelleistungsmarkt zu integrieren. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Einfluss von Elektrofahrzeugen auf diesen Regelleistungsmarkt. Dazu werden zuerst die Entwicklungen des Regelleistungsmarktes dargestellt und untersucht, ob zwischen dem Abruf von Regelleistung und möglichen Einflussfaktoren ein Zusammenhang besteht. Zusätzlich wird der historische Regelleistungsabruf auf sich wiederholende Muster analysiert. Inwiefern die Einbindung von Elektrofahrzeugen und die damit zusätzlichen Gebote Einfluss auf die Kosten- und Erlösstruktur haben, wird mit Hilfe eines Modells erarbeitet. Dieses Modell besteht im Rahmen der jetzigen Gestaltung des Regelleistungsmarktes aus einem synthetischen Abrufsignal, Ausschreibungsdatensätzen und fiktiven Geboten.
Netzfehler in vermaschten HGÜ-Netzen - ein Verfahren zur Berechnung, Detektion, Fehlerklärung. - 115 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2013
Weltweit wird der Aufbau von Energieübertragungsnetzen basierend auf Hochspannungsgleichstromübertragung (HGÜ) diskutiert. Eine mögliche Anwendung ist der Transport verbraucherfern regenerativ erzeugter Energie in die Lastzentren, wodurch bestehende Drehstromübertragungssysteme entlastet werden. In diesem Zusammenhang sind die Verfügbarkeit von HGÜ-Netzen und damit der Umgang mit DC-Fehlern von enormer Bedeutung. Durch die fehlenden natürlichen Nulldurchgänge und großen Anstiege der Fehlerströme ist eine Anwendung bestehender AC-Schutztechniken nicht möglich. Dies erfordert den Entwurf neuartiger HGÜ-Netzschutzkonzepte, die die in Drehstromsystemen etablierten Anforderungen hinsichtlich Schnelligkeit, Zuverlässigkeit, Empfindlichkeit, Selektivität und Wirtschaftlichkeit erfüllen. Damit Fehlerklärungsprozesse diesen Anforderungen gerecht werden, ist die Implementierung eines zuverlässigen Fehlerdetektionskonzepts essentiell, das die Charakteristik und Größenordnung auftretender Fehlerströme zu Grunde legt. Der Gegenstand dieser Arbeit ist die Ermittlung von Netzfehlercharakteristiken in ausgedehnten vermaschten HGÜ-Netzen und daraus abgeleitet die Konzeption und Analyse von Fehlerdetektions- und Fehlerklärungsverfahren. Dabei wird der Fokus in dieser Arbeit auf DC-Leitungsfehler gelegt. Unter anderem wird gezeigt, dass die Fehlerströme in HGÜ-Netzen eine Wanderwellencharakteristik besitzen. Daran anknüpfend wird ein telekommunikationsloses Fehlerdetektionskonzept vorgestellt, das sich vor allem durch seine Schnelligkeit und hohe Selektivität auszeichnet. Dessen Funktionalität wird in verschiedenen numerischen Fallstudien nachgewiesen. Abschließend werden ansatzweise die Auswirkungen der DC-Fehlerklärung auf ein unterlagertes AC-Netz untersucht.
Grundsatzuntersuchungen zur Spannungsqualität im Netzersatzbetrieb von Offshore-Windparks. - 84 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2013
Bis Mitte der 2030er Jahre sollen in der Nord- und Ostsee Offshore-Windparks (OWP) mit einer installierten Gesamtleistung von 20 - 25 GW errichtet werden. Obwohl die Verfügbarkeit der modernen, selbstgeführten VSC-Technik der HGÜs sehr hoch ist, stehen die Netzanbindungen der Offshore-Windparks nicht zu jeder Zeit zur Verfügung. Zur Beherrschung bei Ausfall bzw. Nichtverfügbarkeit der vorgelagerten HGÜs ist jeder Offshore-Windpark mit einer Netzersatzanlage ausgerüstet, die eine sichere Versorgung des Eigenbedarfs der Offshore-Windenergieanlagen und des Offshore-UW gewährleisten soll. Der Umspannwerk (UW)- als auch der Windenergieanlage (WEA)-Eigenbedarf erzeugt auf Grund des Einsatzes von Frequenzumrichtern und Schaltnetzteilen Oberschwingungen, die in das Netz emittiert werden. Somit können unzulässige Spannungsverzerrungen entstehen, die zu Störungen im Offshore-UW-Eigenbedarf und an in WEA betriebenen Verbrauchern führen. Weitere signifikante, jedoch temporäre Oberschwingungs-Einträge entstehen durch das Einschalten der Transformatoren oder der Seekabel bzw. durch das Anlaufen der Azimutantriebe mittels Softstarter. Hinsichtlich eines sicheren Netzersatzbetriebes müssen, unabhängig vom angewendeten Netzersatzkonzept, Topologieänderungen oder Änderungen der Konfiguration des Netzersatzbetriebes, im Sinne der Anforderungen an die Spannungsqualität betrachtet und beherrscht werden.
Analyse des wirtschaftlichen Potentials von Smart Grid Funktionen für Planung und Betrieb von Verteilnetzen. - 111 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2013
Das Energieversorgungssystem ist im Innbegriff sich grundlegend zu verändern. Dazu führen Entwicklungen wie die Zunahme erneuerbarer Energien als auch die Möglichkeit neue Technologien wie Smart Grids einsetzen zu können. Aufgrund dessen stellt sich die Frage, wie vor allem die Netzbetreiber die neuen Möglichkeiten nutzen können, um den zusätzlichen Herausforderungen zu begegnen. Mit dieser Fragestellung befasst sich die Arbeit, indem eine Methode zur Bewertung für die Verteilnetzbetreiber entwickelt und validiert wird. Die Methode definiert zunächst die verschiedenen Ausbauvarianten. Darauf aufbauend betrachtet eine Lastflusssimulation, entsprechend der Netzgegebenheiten die Auswirkungen der Varianten auf das Netz. Mit der Hilfe der anfallenden Kosten für den Ausbau wird dann über Kennzahlen eine Bewertung der Varianten erzielt. Somit entsteht eine Empfehlung für den Verteilnetzbetreiber, wie dieser wenn nötig sein Netz entsprechend anpasst. Zur Validierung sind Szenarien entwickelt worden, die einen Anstieg von Elektrofahrzeugen (BEV) und einen Zubau von Photovoltaikanlagen berücksichtigen. In den Szenarien werden die Grundwellen eines Niederspannungsstrangs mit symmetrischer Belastung betrachtet. Für diese Konstellation ergibt sich, dass ein Netzausbau aufgrund von Spannungsproblemen mit dem regelbaren Ortsnetztransformator oder durch einen Niederspannungsspartransformator am wirtschaftlichsten gelöst werden kann. Bei der Fragestellung der Strom- und Verlustleistungsbeeinflussung zeigt sich nach den Fallstudien, dass der konventionelle Leitungsausbau diesen Herausforderungen am besten begegnet.
Entwurf eines Betriebsführungsverfahrens für Mittel- und Niederspannungsnetze unter Berücksichtigung von bidirektionalem vertikalem Leistungsfluss. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau. - Online-Ressource (PDF-Datei: XLIII, 90 S., 5,38 MB). - (Ilmenauer Beiträge zur elektrischen Energiesystem-, Geräte- und Anlagentechnik ; 4) : Zugl.: Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2012
Globale Trends zeigen eine weltweit wachsende Energienachfrage und immer knapper werdende fossile Ressourcen. Damit auch zukünftig eine sichere und zuverlässige elektrische Energieversorgung gewährleistet werden kann, gewinnt der Aspekt einer nachhaltigen elektrischen Energieerzeugung immer mehr an Bedeutung. Dieser Herausforderung wird mit einem stetig steigenden Anteil Erneuerbarer Energien begegnet. Infolgedessen verlagert sich speziell in Deutschland, durch der Abschaltung konventioneller Kraftwerke, ein zunehmender Teil der Stromerzeugung in die Mittel- und Niederspannungsebenen. Die daraus folgend zunehmende Bedeutung der Verteilnetze an der Energieversorgung bedarf einer Umstrukturierung der Netzbetriebsführung. Eine mögliche Lösung bildet das in dieser Arbeit entworfene Betriebsführungsverfahren, dessen Fokus, aufgrund zeitweise benötigter Rückspeisungen in die Hochspannungsebene, auf dem bidirektionalen, vertikalen Leistungsfluss zwischen der 20-kV- und 110-kV-Spannungsebene liegt. Dabei werden unter anderem Konzepte zur Regelung und Steuerung von Speichern und elektrischen Energieerzeugungsanagen vorgestellt. Anhand von numerischen Fallstudien konnte nachgewiesen werden, dass das entworfene Betriebsführungsverfahren vordefinierte Leistungsflüsse zwischen der 20-kV- und 110-kV-Spannungsebene realisieren kann, ohne dabei netzkritische Zustände zu erzeugen.
http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=21362
Untersuchung der Möglichkeit des gesteuerten Ladens von Elektrofahrzeugen unter Einbeziehung der fluktuierenden Einspeisung Erneuerbarer Energien. - 110 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2013
Im Rahmen des deutschen Nationalen Entwicklungsplans Elektromobilität werden sowohl der Ausbau der Erneuerbaren Energien (EE) als auch die Entwicklung der Elektromobilität fokussiert. Bis zum Jahr 2020 sollen mindestens 35 Prozent des Stromverbrauchs aus regenerativen Energien gedeckt werden. Des Weiteren sollen bis dahin mindestens eine Million Elektrofahrzeuge in Deutschland fahren. Der steigende Anteil der fluktuierenden Einspeisung und der benötigten Ladeenergie des Elektrofahrzeugs stellt die Verteilernetzbetreiber vor eine große Herausforderung. Die vorliegende Arbeit hat die Untersuchung der Möglichkeiten des EE-orientierten gesteuerten Ladens zum Ziel. Ausgehend vom Stand der Technik wird das thüringische Verteilernetz in den 110kV-, 20kV- und 0,4kV-Ebene abgebildet. Anhand einer Zeitreihsimulation und einer statischen Simulation werden das Verhalten der Ladeleistungsverläufe und die Belastung des Netzes unter verschiedenen Ladesteuerungsprinzipien des Elektrofahrzeugs analysiert.
Smart Metering - Anforderungen und Möglichkeiten digitaler Zählwerterfassung in Privathaushalten. - 83 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2012
Im Zuge der Energiewende ist in Zukunft mit weiteren Kostensteigerungen für die privaten Endabnehmer zu rechnen. Die öffentliche Diskussion über dieses Thema regt die Verbraucher dazu an, sich mit dem eigenen Energieverbrauch bzw. -kosten auseinanderzusetzen. Darüber hinaus wurden vom Gesetzgeber sowohl die technischen als auch die politischen Bedingungen für eine aktivere Kundenbeteiligung am Energiemarkt geschaffen. So können Verbraucher von der freien Wahlmöglichkeit Gebrauch machen und ihren Energieversorger selbst bestimmen. Gleichzeitig wird ihnen durch neue Mess- und Kommunikationstechnik die Möglichkeit gegeben, ihren Energieverbrauch zu analysieren um ihre Energiekosten zu senken. Durch einen Wechsel des Lieferanten- oder Versorgungsvertrages besteht für den Verbraucher die Chance, von der Angebotsvielfalt am Markt zu profitieren und die Stromkosten zu senken. Viele Verbraucher nutzen jedoch aufgrund des Aufwandes und der Komplexität des Wechselprozesses diese Möglichkeit nicht. Vor diesem Hintergrund, wird im Rahmen der Arbeit ein Konzept zum automatisierten Stromanbieterwechsel entwickelt. Das automatisierte Wechselkonzept stellt einen neuartigen Lösungsansatz dar, der den Versorgerwechsel für den Endverbraucher mit Hilfe von Smart Metering vereinfacht. Basierend auf diesem Konzept, werden Anforderungen hinsichtlich der Systemkomponenten abgeleitet und entsprechende Lösungen am Markt zur digitalen Verbrauchsdatenerfassung beim Endkunden ermittelt. Abschließend werden zur Realisierung des Konzepts, Empfehlungen für die Umsetzung gegeben.
Smart Market - Untersuchung der Geschäftsprozesse im liberalisierten Energiemarkt aus Sicht privater Verbraucher. - 76 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2012
Die Energiewende in Deutschland bringt große technische, wirtschaftliche, politische und gesellschaftliche Veränderung mit sich. Damit ergeben sich auch große Chancen für neue Geschäftsmöglichkeiten im Energiemarkt. In dieser Arbeit werden Geschäftsmodelle entwickelt, die privaten Verbrauchern die Möglichkeit bieten, bestehende Chancen im Markt effektiver zu nutzen. Dazu werden die Treiber für die Entwicklungen neuartiger Geschäftsmodelle analysiert: die Kunden, die Wertangebote und die bestehenden Wettbewerber mit deren Produkten. Zusätzlich können auch neue Technologien diese Innovationen auslösen. Aus den gewonnen Erkenntnissen werden Prototypen für neuartige und verbesserte Geschäftsmodelle entwickelt und dargestellt, die als Ausgangspunkt zur Umsetzung dienen. Diese Geschäftsmodelle werden am Ende bewertet und verglichen, sowie ein Ausblick für die weitere Entwicklung und Durchführung gegeben.