Studentische Arbeiten
Liebe Studierende, an unserem Lehrstuhl findet Ihr an vielfältiges Angebot an verschiedenen Arbeiten. Neue Themen werden regelmäßig ausgeschrieben und hier veröffentlicht. Solltet Ihr selber Ideen und Wünsche haben, zögert nicht unsere Mitarbeiter:innen selbst anzusprechen.
Folgende Arbeiten stehen derzeit zur Verfügung.
Masterarbeiten
M: Untersuchung der Stabilität von netzbildenden und netzfolgenden Regelungen in Multi-Terminal-HGÜ-Systemen
Allgemeine Informationen:
- Zeitraum: ab sofort
- Autor: offen
Betreuer:
Alexander Raab, M. Sc.
Department Elektrotechnik-Elektronik-Informationstechnik (EEI)
Lehrstuhl für Elektrische Energiesysteme
- Telefon: +49 9131 85-67545
- E-Mail: alexander.raab@fau.de
Keywords: Arbeitspunktanpassung, HGÜ, Stabilität im elektrischen Energieversorgungsnetz
Beschreibung:
- Grundsätzlich unterscheidet man bei den Regelungskonzepten von Umrichtern zwischen netzfolgenden und netzbildenden Ansätzen. Netzfolgende Regelungen erfordern eine Synchronisation mit dem Drehstromsystem, die beispielsweise mithilfe eines sogenannten Phasenregelkreises (Phase-Locked Loop, PLL) erreicht werden kann. Dies ermöglicht eine gezielte Steuerung von Wirk- und Blindleistung am Anschlusspunkt. Der Umrichter fungiert dabei aus Sicht des Netzes als Stromquelle. Im Gegensatz dazu benötigen netzbildende Regelungen keine Synchronisation mit dem Drehstromsystem über eine PLL. Stattdessen wird die Frequenz und Spannungsamplitude am Anschlusspunkt direkt eingestellt. Die Synchronisation kann beispielsweise mithilfe von Statiken erfolgen, die sich am Betriebsverhalten von Synchronmaschinen orientieren. In diesem Fall agiert der Umrichter aus Sicht des Netzes als Spannungsquelle.
- In einem Mult-Terminal HGÜ System werden mehrere Umrichter (n>2) über die Gleichstromseite (DC) miteinander verbunden. Dabei muss die Gleichspannung von mindestens einem netzfolgenden Umrichter geregelt werden. Die verbleibenden (n-1) Umrichter können dabei theoretisch beliebig im netzbildenden oder netzfolgenden Betrieb operieren. Da netzbildende Umrichter jedoch ihre Arbeitspunkte kontinuierlich in Abhängigkeit der Leistungsflüsse im AC-System anpassen, kann es zu unerwünschten Wechselwirkungen mit dem DC-System kommen. Diese können unter Umständen auch wieder ins AC-System rückgekoppelt werden und zu Instabiliäten führen.
- Das Ziel dieser Arbeit besteht darin, die möglichen Wechselwirkungen durch die Regelungskonzepte der Umrichter in Multi-Terminal-HGÜ-Systemen gezielt zu analysieren.
Inhalt:
- Einarbeitung in das zu verwendene Netzberechnungsprogramm
- Theoretische Grundlagen von netzfolgenden und netzbildenden Regelungen von MMC sowie der Regelung von MT-HGÜ Systemen (Voltage-Droop und Master Slave)
- Auswahl einer geeigneter Verfahren zur Analyse der Wechselwirkungen zwischen Umrichter, AC- und DC-System (z.B. Eigenwertanalyse, Impedanz-basierte Stabilitätsuntersuchungen, Untersuchungen zur Großsignalstabilität)
- Analyse der Auswirkungen von Arbeitspunktschwankungen in MT-HGÜ-Systemen auf die Stabilität des elektrischen Energieversorgungsnetzes
- Untersuchung der Stabilität von vermaschten AC/DC Systemen
Anforderungen:
- Selbstständige, sorgfältige und strukturierte Arbeitsweise
- Für den Einstieg in das Thema sind Kenntnisse über leistungselektronische Komponeneten in Drehstromsystemen (HGÜ, FACTS), Regelungstechnik und Systemtheorie hilfreich
- Vorteilhaft sind Kenntnisse mit Netzsimulationsprogrammen (PSS®SINCAL/NETOMAC, DIgSILENT®PowerFactory, MATLAB®/Simulink)
M: Einfluss kurativer Systemführungskonzepte auf Wechselwirkungen zwischen vermaschten AC- und DC Netzen
Allgemeine Informationen:
- Zeitraum: ab sofort
- Autor: offen
Betreuer:
Alexander Raab, M. Sc.
Department Elektrotechnik-Elektronik-Informationstechnik (EEI)
Lehrstuhl für Elektrische Energiesysteme
- Telefon: +49 9131 85-67545
- E-Mail: alexander.raab@fau.de
Keywords: Arbeitspunktanpassung, HGÜ, kurative Systemführung, Stabilität im elektrischen Energieversorgungsnetz
Beschreibung:
- Mit Hilfe von kurative Maßnahmen, die ohne Eingriffe in die Erzeugungsleistung von Kraftwerken gezielt Einfluss auf den Leistungsfluss nehmen, können Übertragunsnetze höher ausgelastet werden. Diese zukünftige Systemführungskonzepte erfordern den koordinierten Einsatz von inteligenten Aktoren (HGÜ und FACTS) um den sicheren Systembetrieb zu gewährleisten. Durch eine Arbeitspunktanpassung der Aktoren kann das System nach einem Fehler (z.B. Betriebsmittelausfall) wieder in den kurativ (n-1)-sicheren Zustand überführt werden.
- Eine Arbeitspunktanpassung in einem hochausgelasteten Netz nach einem Fehler kann allerdings zu unerwünschten Wechselwirkungen zwischen den Aktoren und dynamischen Komponenten im Netz führen. Im Kontext der umrichter-getriebenen Stabilität (engl. converter-driven stability) lassen sich diese in „langsame“ und „schnelle“ Interaktionen unterteilen. Zu den „langsamen“ Interaktionen zählen dabei die Wechselwirkungen von Umrichterregelungen mit elektromechanischen Komponenten und Synchronmaschinenreglern.
- Ziel dieser Arbeit ist die gezielte Analyse dieser „langsamen“ Wechselwirkungen nach einer kurativen Arbeitspunktanpassung von HGÜ-Systemen in einem bereitgestellten Netzmodell
Inhalt:
- Einarbeitung in das zu verwendene Netzberechnungsprogramm
- Theoretische Grundlagen zur kurativen Systemführung und Arbeitspunktanpassungen zur Behebung von Netzengpässen
- Auswahl einer geeigneter Verfahren zur Analyse der Wechselwirkungen zwischen Umrichter, AC- und DC-System (z.B. Eigenwertanalyse, Impedanz-basierte Stabilitätsuntersuchungen, Untersuchungen zur Großsignalstabilität)
- Sensitivitätsanalyse des Arbeitspunktes von HGÜ-Systemen auf die Stabilität des elektrischen Energieversorgungsnetzes
- Untersuchungen der Stabilität nach kurativer Arbeitspunktanpassungen
Anforderungen:
- Selbstständige, sorgfältige und strukturierte Arbeitsweise
- Für den Einstieg in das Thema sind Kenntnisse über leistungselektronische Komponeneten in Drehstromsystemen (HGÜ, FACTS), Regelungstechnik und Systemtheorie hilfreich
- Vorteilhaft sind Kenntnisse mit Netzsimulationsprogrammen (PSS®SINCAL/NETOMAC, DIgSILENT®PowerFactory, MATLAB®/Simulink)
M: Entwicklung und Anwendung einer Methodik zur harmonischen Analyse elektrischer Betriebsmittel
Allgemeine Informationen:
- Zeitraum: ab sofort
- Autor: offen
Betreuer:
Julian Richter, M.Sc.
Department Elektrotechnik-Elektronik-Informationstechnik (EEI)
Lehrstuhl für Elektrische Energiesysteme
- Telefon: +49 9131 85-67552
- E-Mail: julian.richter@fau.de
Andreas Bammes, M. Sc.
Department Elektrotechnik-Elektronik-Informationstechnik (EEI)
Lehrstuhl für Elektrische Energiesysteme
- Telefon: +49911530299258
- E-Mail: andreas.bammes@fau.de
Keywords: Stabilität, harmonische Analyse, Resonanzen, frequenzabhängige Netzimpedanz
Themenbeschreibung:
- Die Interaktionen zwischen elektrischen Betriebsmitteln finden nicht nur bei der Grundfrequenz von 50 Hz statt. Dies kann zu Stabilitätsproblemen in der Energieversorgung führen.
- Um diese Interaktionen zu identifizieren können verschiedene Methodiken (z.B. weißes Rauschen, Frequenzganganalyse) angewendet werden, um beispielsweise kritische Frequenzen oder Arbeitspunkte erkennen zu können.
- Ziel dieser Arbeit ist es eine ausgewählte Methodik zur harmonischen Analyse von Betriebsmitteln mithilfe einfacher, passiver Bauelemente zu erarbeiten und anschließend auf verschiedene Betriebsmittel anzuwenden. Anschließend sollen die Methodik bezüglich der Aussagekraft und Anwendbarkeit bewertet werden.
Ziele:
- Einarbeitung in die zu verwendenden Simulationsprogramme (vorwiegend Matlab/Simulink)
- Literaturrecherche zu Methoden der harmonischen Analyse von elektr. Betriebsmitteln
- Entwicklung einer Methodik in Matlab/Simulink anhand einfacher passiver Bauelemente
- Anwendung der Methodik auf verschiedene passive Betriebsmittel
- Bewertung der Methodik hinsichtlich Rechenaufwand und Übertragbarkeit
Voraussetzungen:
- Selbstständige, sorgfältige und strukturierte Arbeitsweise
- Grundkenntnisse von elektrischen Energiesystemen
- Wünschenswert sind umfassende Kenntnisse zum Verhalten elektr. Betriebsmittel (v.a. BKE)
- Vorteilhaft sind Erfahrungen mit Simulationsprogrammen (v.a. Matlab/Simulink)
M: Erstellen einer Nullsystemregelung eines VSC zur Fehlerstromkompensation in Kombination mit einer Petersenspule
Allgemeine Informationen:
- Zeitraum: ab sofort
- Autor: offen
Betreuer:
Jonathan Löbel, M. Sc.
Department Elektrotechnik-Elektronik-Informationstechnik (EEI)
Lehrstuhl für Elektrische Energiesysteme
- Telefon: +49 9131 85-29518
- E-Mail: jonathan.loebel@fau.de
Keywords: Stromrichter, VSC, Fehlerortung, MATLAB/SIMULINK
Beschreibung:
Im Zuge der Energiewende wandelt sich die Stromerzeugung. Die konventionellen, mit Kohle oder Gas betriebenen, Synchronmaschinen werden immer mehr durch Erneuerbare Energien ersetzt, die durch Stromrichter an das elektrische Netz angeschlossen sind. Dabei sind zukünftig vor allem VSC (Voltage Source Converter) von großer Bedeutung. Wird normalerweise durch VSC nur das Mit- und Gegensystem geregelt, bieten neue Konzepte auch die Möglichkeit das Nullsystem des elektrischen Netzes zu beeinflussen. Dies ist vor allem im Falle eines Erdschlusses von großer Bedeutung. Im klassischen Fall wird das Nullsystem häufig durch eine Kompensationsspule beeinflusst. Diese kompensiert den kapazitiven Erdschlussstrom. Durch ohmsche Verluste bleibt jedoch immer ein Wattreststrom. Dieser kann durch eine Nullsystemregelung eines VSC kompensiert werden. Im Zuge der Arbeit soll eine Nullsystemregelung eines VSC entworfen werden. Diese soll im Fehlerfall den Wattreststrom, der durch die ohmschen Verluste der Kompensationsspule auftritt, kompensieren. Die Regelung soll anschließend an Simulationen verifiziert werden.
Inhalt:
- Einarbeitung in MATLAB/Simulink
- Einarbeitung in Stromrichterregelungen
- Erstellen einer Nullsystemregelung zur Fehlerstromkompensation in Kombination mit einer Petersenspule
Anforderungen:
- Motivation und strukturierte Arbeitsweise
- Grundlagen elektrische Energieversorgung (z.B. GEEV, BKE, BVE)
- Grundlagen der Regelungstechnik von Vorteil
- Kenntnisse in MATLAB/Simulink von Vorteil
M: Erweiterung einer Nullsystemregelung eines VSC zur Erdschlussortung
Allgemeine Informationen:
- Zeitraum: ab sofort
- Autor: offen
Betreuer:
Jonathan Löbel, M. Sc.
Department Elektrotechnik-Elektronik-Informationstechnik (EEI)
Lehrstuhl für Elektrische Energiesysteme
- Telefon: +49 9131 85-29518
- E-Mail: jonathan.loebel@fau.de
Keywords: Stromrichter, VSC, Fehlerortung, MATLAB/SIMULINK
Beschreibung:
Im Zuge der Energiewende wandelt sich die Stromerzeugung. Die konventionellen, mit Kohle oder Gas betriebenen, Synchronmaschinen werden immer mehr durch Erneuerbare Energien ersetzt, die durch Stromrichter an das elektrische Netz angeschlossen sind. Dabei sind zukünftig vor allem VSC (Voltage Source Converter) von großer Bedeutung. Wird normalerweise durch VSC nur das Mit- und Gegensystem geregelt, bieten neue Konzepte auch die Möglichkeit das Nullsystem des elektrischen Netzes zu beeinflussen. Dies ist vor allem im Falle eines Erdschlusses von großer Bedeutung. Im klassischen Fall wird das Nullsystem durch die Sternpunktbehandlung am Transformator geregelt. Im Fehlerfall gibt es Möglichkeiten mit Hilfe der klassischen Regelung den Erdschluss zu orten und ihn damit möglichst schnell zu beheben. Durch die neuartige Nullsystemregelung eines VSC kann dieser die Aufgabe zukünftig übernehmen. Im Zuge der Arbeit soll eine Nullsystemregelung eines VSC entworfen werden. Diese soll bestehende Konzepte der Erdschlussortung durch die Sternpunktbehandlung an Transformatoren auf den Stromrichter übertragen.
Inhalt:
- Erarbeitung Fehlerortungs-Methoden
- Einarbeitung in MATLAB/Simulink
- Einarbeitung in Stromrichterregelungen
- Erstellen einer Nullsystemregelung für Fehlerortung
Anforderungen:
- Motivation und strukturierte Arbeitsweise
- Grundlagen elektrische Energieversorgung (z.B. GEEV, BKE, BVE)
- Grundlagen der Regelungstechnik von Vorteil
- Kenntnisse in MATLAB/Simulink von Vorteil
M: Untersuchung des Einflusses der Pulsweitenmodulation von VSC-Umrichtern auf harmonische Resonanzen
Allgemeine Informationen:
- Zeitraum: ab sofort
- Autor: offen
Betreuer:
Andreas Bammes, M. Sc.
Department Elektrotechnik-Elektronik-Informationstechnik (EEI)
Lehrstuhl für Elektrische Energiesysteme
- Telefon: +49911530299258
- E-Mail: andreas.bammes@fau.de
Keywords: VSC-Umrichter, 3-Level-Umrichter, supersynchrone Resonanzen, Modulationsverfahren, umrichterbasierte Energieversorgung
Beschreibung:
- Durch die zunehmende Einbindung von erneuerbaren Energiequellen mithilfe von mehrstufigen Umrichtern in das Stromnetz steigen die Herausforderungen im Bereich der Umrichterkoordination in Bezug auf deren Stabilitätsverhalten
- Neben stationären Oberschwingungen im Netz müssen deshalb die aus der Interaktion von Umrichtersteuerung und Netzresonanz resultierenden Harmonischen in Stabilitätsbetrachtungen mit einbezogen werden
- Hieraus ergibt sich die Fragestellung, wie sich die Modulation eines Umrichters auf die harmonischen Resonanzen auswirkt
- Ziel der Arbeit ist somit die Untersuchung von Einflussfaktoren verschiedener PWM-Verfahren auf supersynchrone Resonanzen
Inhalt:
- Aneignung Grundliegender Kenntnisse zu 3-Level-Umrichtern
- Vereinfachte Modellierung des Umrichters in PSS®NETOMAC als gesteuerte Spannungsquelle
- Umsetzung der PWM-Verfahren für den modellierten Umrichter mit dem Graphical Model Builder
- Aufbau eines einfachen AC-Netzes
- Bestimmung der Eigenwerte des Netzes und der harmonischen Impedanz
- Auswertung und Vergleich der Modulationsverfahren
- Gegebenenfalls Erweiterung der Verfahren auf Multilevel-Umrichter
Anforderungen:
- Selbstständige, sorgfältige und strukturierte Arbeitsweise
- Für den Einstieg in das Thema sind Kenntnisse über leistungselektronische Komponenten in Drehstromsystemen (HGÜ, FACTS), Regelungstechnik und Systemtheorie hilfreich
- Wünschenswert sind bereits vorhandene Kenntnisse im Bereich der Hochleistungsstromrichter
- Vorteilhaft sind Kenntnisse mit Netzsimulationsprogrammen (PSS®SINCAL/NETOMAC, DIgSILENT®PowerFactory, MATLAB®/Simulink)
M: Implementierung eines MMC HGÜ-Modelles unter Berücksichtigung der im Umrichter gespeicherten Gesamtenergie
Allgemeine Informationen:
- Zeitraum: ab sofort
- Autor: offen
Betreuer:
Alexander Raab, M. Sc.
Department Elektrotechnik-Elektronik-Informationstechnik (EEI)
Lehrstuhl für Elektrische Energiesysteme
- Telefon: +49 9131 85-67545
- E-Mail: alexander.raab@fau.de
Keywords: Energie, HGÜ, Umrichtermodellierung, Umrichterregelung
Beschreibung:
- Modulare Multilevel Umrichter (engl. MMC) verfügen, im Gegensatz zu 2- oder 3- Level Umrichtern, keinen zentralen Energiespeicher in Form eines Kondensators im Gleichstromzwischenkreis. Die Gesamtenergie, welche sich aus dem Leistungsfluss zwischen dem AC- und DC-Netz bestimmt, wird vielmehr in den Kondensatoren der sog. Submodulen zwischengespeichert.
- Mit Hilfe von hunderten Submodulen können dadurch nahzu ideale sinusförmige Wechselspannungen auf der AC-Seite der Umrichter angenommen werden. Durch diese Annahme lassen sich die detailierten Modelle der Umrichter in vereinfachtere Darstellungen überführen (sog. Average Models). Bei diesen werden die Umrichter mit gesteuerten AC- und DC-Spannungsquellen anstelle von hunderten Submodulen modelliert, was allerdings zu einem Verlust der Information über die im Umrichter gespeicherte Energie führt. Die Umrichterenergie stellt jedoch eine wichtige Regelgröße in einem HGÜ-System dar, die für den sicheren Betrieb unerlässlich ist. Mit Hilfe einer geeigneter Ansätze lässt sich diese Information wiederherstellen und ausregeln.
- Ziel dieser Arbeit ist implementierung eines vereinfachten HGÜ-Modelles unter Berücksichtigung der im Umrichter gespeicherten Gesamtenergie und der Vergleich verschiedener Ansätze.
Inhalt:
- Einarbeitung in das zu verwendene Netzberechnungsprogramm
- Theoretische Grundlagen zu MMC und HGÜ-Systemen sowie deren Regelung
- Auswahl geeigneter Ansätze zur Berücksichtigung der im Umrichter gespeicherten Gesamtenergie (z.B. regelungstechnisch, mathematisch oder elektrisch)
- Vergleich der Ansätze mit einem bereitgestelltem detailierten HGÜ-Modell
Anforderungen:
- Selbstständige, sorgfältige und strukturierte Arbeitsweise
- Für den Einstieg in das Thema sind Kenntnisse über leistungselektronische Komponeneten in Drehstromsystemen (HGÜ, FACTS), Regelungstechnik und Systemtheorie hilfreich
- Vorteilhaft sind Kenntnisse mit Netzsimulationsprogrammen (PSS®SINCAL/NETOMAC, DIgSILENT®PowerFactory, MATLAB®/Simulink)
M: Comparison of EMT and RMS Grid Forming Converter Models
Allgemeine Informationen:
- Zeitraum: ab sofort
- Autor: offen
Betreuer:
Ilya Burlakin, M. Sc.
Department Elektrotechnik-Elektronik-Informationstechnik (EEI)
Lehrstuhl für Elektrische Energiesysteme
- Telefon: +49 9131 85-67542
- E-Mail: ilya.burlakin@fau.de
Keywords: EMT/RMS Simulations, Grid Forming Controller, Curve Fitting, PSCAD™, DIgSILENT®PowerFactory, MATLAB®/Python™
Description:
- Different grid-forming models are first studied and created in the EMT domain. Then, these models serve as benchmark for modeling the same controllers in the RMS domain. With the help of curve-fitting tools, the RMS models will be parameterized adequately. Finally, a modeling recommendation for future stability investigations will be formulated.
Scope:
- Getting Started with PSCAD™/DIgSILENT®PowerFactory
- Introduction to MATLAB®Simulink
- Review of grid forming inverter models
- Application of curve fitting tools for parameterization
Requirements:
- Independent, careful and structured way of working
- Knowledge of electrical power systems
- Basic concepts of programming
- Motivation to be part of an ongoing industrial project
M: Small Signal Stability of Synchronous Machines and Inverter‐Based Resources
Allgemeine Informationen:
- Zeitraum: ab sofort
- Autor: offen
Betreuer:
Ilya Burlakin, M. Sc.
Department Elektrotechnik-Elektronik-Informationstechnik (EEI)
Lehrstuhl für Elektrische Energiesysteme
- Telefon: +49 9131 85-67542
- E-Mail: ilya.burlakin@fau.de
Keywords: Small Signal Stability, Synchronous Machines, Grid Following/Forming Controller, MATLAB® Simulink
Description:
- Due to the ongoing energy transition and expanding renewable energy sources, the interaction between existing synchronous machines and inverter‐based resources is also increasing. This work investigates the Small Signal Stability behavior of synchronous machine models in parallel operation with inverter‐based resources. Here a distinction is made between grid forming and grid following inverter models.
Scope:
- Introduction to MATLAB® Simulink
- Review of high‐order synchronous machine models
- Review of grid forming/following inverter models
- Linearization and Small Signal Stability Analysis
Requirements:
- Independent, careful and structured way of working
- Knowledge of electrical power systems
- Basic concepts of programming
- Motivation to be part of an ongoing industrial project
M: Solving the Optimal Power Flow Problem by Interior-Point Method
Allgemeine Informationen:
- Zeitraum: ab sofort
- Autor: offen
Betreuer:
Ilya Burlakin, M. Sc.
Department Elektrotechnik-Elektronik-Informationstechnik (EEI)
Lehrstuhl für Elektrische Energiesysteme
- Telefon: +49 9131 85-67542
- E-Mail: ilya.burlakin@fau.de
Keywords: Optimal Power Flow, Interior Point Method, Nonlinear Programming, Transmission Systems, Python™/MATLAB®
Description:
- Based on time-series active power data, which provides operating points of generating units, the reactive power input is to be adjusted. Overloads are to be avoided, and the voltage level at all nodes of transmission systems is to be respected. Due to the nonlinear Optimal Power Flow (OPF) problem, the Interior-Point Method (IPM) is developed and applied in this work.
Scope:
- Getting started with DIgSILENT®PowerFactory
- Introduction to Python™/MATLAB®
- Review of Interior-point Methods for nonlinear programming
- Developing a framework for solving Optimal Power Flow
- Applying the methodology within a transmission system
Requirements:
- Independent, careful and structured way of working
- Knowledge of electrical power systems
- Basic concepts of programming
- Motivation to be part of the Kopernikus-ENSURE research project
M: Static Security Assessment of Power Transmission Systems
Allgemeine Informationen:
- Zeitraum: ab sofort
- Autor: offen
Betreuer:
Ilya Burlakin, M. Sc.
Department Elektrotechnik-Elektronik-Informationstechnik (EEI)
Lehrstuhl für Elektrische Energiesysteme
- Telefon: +49 9131 85-67542
- E-Mail: ilya.burlakin@fau.de
Keywords: Static Security Assessment, Transmission Systems, Machine Learning, DIgSILENT®PowerFactory, Python™/MATLAB®
Description:
- In this work, numerical techniques and machine learning-based methods are reviewed and applied for Static Security Assessment (SSA). Time series-based input data are evaluated by applying stability indices to identify and classify critical network use cases. In addition, intelligent methods are investigated to identify critical scenarios based on the input data to reduce computational effort.
Scope:
- Getting started with DIgSILENT®PowerFactory
- Introduction to Python™/MATLAB®
- Review of numerical techniques and machine learning-based methods for SSA
- Developing a framework for Static Security Assessment
- Identification and classification of critical scenarios
Requirements:
- Independent, careful and structured way of working
- Knowledge of electrical power systems
- Basic concepts of programming
- Motivation to be part of the Kopernikus-ENSURE research project
M: Modellierung von DC-Fehlern in vermaschten Multi-Terminal HGÜ-Systemen
Autor: offen
Zeitraum: ab sofort
Betreuer:
Alexander Raab, M. Sc.
Department Elektrotechnik-Elektronik-Informationstechnik (EEI)
Lehrstuhl für Elektrische Energiesysteme
- Telefon: +49 9131 85-67545
- E-Mail: alexander.raab@fau.de
Themenbeschreibung nach Rücksprache
Bachelorarbeiten, Forschungspraktika und Projektarbeiten
B/FP/PA: Initialisierung eines dynamischen Randnetzgebietes für Echtzeitsimulationsanwendungen
Allgemeine Informationen:
- Zeitraum: ab sofort
- Autor: offen
Betreuer:
Julian Richter, M.Sc.
Department Elektrotechnik-Elektronik-Informationstechnik (EEI)
Lehrstuhl für Elektrische Energiesysteme
- Telefon: +49 9131 85-67552
- E-Mail: julian.richter@fau.de
Ilya Burlakin, M. Sc.
Department Elektrotechnik-Elektronik-Informationstechnik (EEI)
Lehrstuhl für Elektrische Energiesysteme
- Telefon: +49 9131 85-67542
- E-Mail: ilya.burlakin@fau.de
Keywords: Stabilität, Synchronmaschinen, Echtzeitsimulation, dynamisches Verhalten
Themenbeschreibung:
- EMT-basierte Simulationen wie die Echtzeitsimulation rampen zu Beginn der Simulation von null ausgehend auf die eingestellten Arbeitspunkte oder verwenden initiale Werte aus einer Lastflussberechnung. Dies erfordert entweder stabile Regler für den Einschwingvorgang oder eine exakt abgestimmte Lastflussberechnung aus beispielsweise einem RMS Modell des zu betrachteten Netzes.
- Da die maximale Netzgröße bei Echtzeitsimulationen begrenzt ist und meist nur Ausschnitte von Netzgebieten für EMT Simulationen relevant sind, werden sog. Study Areas definiert, die von einem Randnetz umgeben sind. Damit dieses Randnetz das dynamische Verhalten (Trägheit, Verhalten im Kurzschlussfall) des gesamten Netzes abbilden kann, wird an jedem Randnetzknoten eine Synchronmaschine mit Innenimpedanz modelliert.
- Ziel dieser Arbeit ist es das Randnetz eines vorgegebenen Netzmodells zu initialisieren. Hierzu sollen initiale Arbeitspunkte mittels Lastflussberechnung ermittelt werden und die Maschinenregler für die Einschwingphase ausgelegt werden. Anschließend die Initialisierung für verschiedene Szenarien (z.B. abnehmende Trägheit) getestet werden.
Ziele:
- Einarbeitung in die zu verwendenden Simulationsprogramme (PowerFactory und RSCAD)
- Literaturrecherche zur Initialisierung von elektr. Betriebsmitteln in EMT-Simulationen
- Entwicklung eines allgemeinen Startup-Prozesses für das modellierte Netzgebiet
- Anwendung der Methodik auf verschiedene Netzszenarien
Voraussetzungen:
- Selbstständige, sorgfältige und strukturierte Arbeitsweise
- Grundkenntnisse von elektrischen Energiesystemen
- Wünschenswert sind Kenntnisse zum Aufbau und Verhalten elektr. Betriebsmittel (v.a. BKE und BVE)
- Vorteilhaft sind Erfahrungen mit Simulationsprogrammen (v.a. PowerFactory und RSCAD)
B/FP/PA: Optimierung des Kurzschlussverhaltens von Umrichtermodellen in RMS Netzberechnungsprogrammen
Allgemeine Informationen:
- Zeitraum: ab sofort
- Autor: offen
Betreuer:
Alexander Raab, M. Sc.
Department Elektrotechnik-Elektronik-Informationstechnik (EEI)
Lehrstuhl für Elektrische Energiesysteme
- Telefon: +49 9131 85-67545
- E-Mail: alexander.raab@fau.de
Keywords: HGÜ, Kurzschluss, Umrichtermodellierung, Umrichterregelung, Numerik
Beschreibung:
- Grundsätzlich lassen sich dynamische Zeitbereichssimulationen von elektrischen Energieversorgungsnetzen in zeigerbasierte (RMS) und detailierte elektromagnetische (EMT) Simulationen unterteilen. Das Verhalten von Umrichtermodellen wird dabei durch die verwendetete Simulationsart und Modellierungstiefe bestimmt. Dies gilt vor allem für das Verhalten bei Eintritt- und Klärung von Kurzschlüssen, was auf die unterschiedlichen programminternen Abläufe der RMS und EMT Simulationen zurückzuführen ist. RMS Simulationen mit entsprechenden Umrichtermodellen zeigen hierbei im Vergleich zu EMT Modellen ein „numerisch“ fehlerhaftes Verhalten auf.
- Das Problem beschränkt sich auf definierte Zeitpunkte, wodurch eine gezielte Behebung im Modell ohne in die internen Strukturen des Netzberechnungsprogramms einzugreifen möglich ist.
- Ziel dieser Arbeit ist Optimierung von Umrichtermodellen hinsichtlich des Kurzschlussverhaltens bei Fehlereintritt und Fehlerklärung in RMS Netzberechnungssoftware.
Inhalt:
- Einarbeitung in das zu verwendene Netzberechnungsprogramm
- Theoretische Grundlagen zu Netzberechnugsprogrammen und deren programminternen Abläufen
- Theoretische Grundlagen zu MMC und HGÜ-Systemen sowie deren Regelung
- Auswahl geeigneter Ansätze zur Optimierung des „numerischen“ Verhaltens der Umrichter bei Fehlereintritt- und Klärung
- Vergleich der Ansätze mit einem bereitgestelltem detailierten HGÜ-Modell
Anforderungen:
- Selbstständige, sorgfältige und strukturierte Arbeitsweise
- Für den Einstieg in das Thema sind Kenntnisse über leistungselektronische Komponeneten in Drehstromsystemen (HGÜ, FACTS), Regelungstechnik und Systemtheorie hilfreich
- Vorteilhaft sind Kenntnisse mit Netzsimulationsprogrammen (PSS®SINCAL/NETOMAC, DIgSILENT®PowerFactory, MATLAB®/Simulink)
FP: Umsetzung einer Messautomatisierung zur Analyse von Second-Life-Batterien
Allgemeine Informationen:
- Zeitraum: ab sofort
- Autor: offen
Betreuer:
Andreas Bammes, M. Sc.
Department Elektrotechnik-Elektronik-Informationstechnik (EEI)
Lehrstuhl für Elektrische Energiesysteme
- Telefon: +49911530299258
- E-Mail: andreas.bammes@fau.de
Keywords: Second-Life-Batteriespeicher, Messautomatisierung, Einzelzellüberwachung, Relais-Programmierung
Beschreibung:
- Bei der zunehmenden Anzahl von Elektroautos auf den Straßen stehen wir vor der Herausforderung, uns vernünftige Weiterverwendungsmöglichkeiten für die Batteriespeicher ausgemusterter Fahrzeuge zu überlegen.
- Im Zuge dieser Entwicklung wird sich im Energiespeicherlabor des Lehrstuhls für Elektrische Energiesysteme mit der Vermessung und Charakterisierung von Second-Life-Batterien ausgemusterter Fahrzeuge befasst.
- Da die Charakterisierung an rohen Batteriezellen ohne Schutzbeschaltung vorgenommen wird, soll im Rahmen dieser studentischen Arbeit eine Schaltung mit automatisierter Messroutine zur kontinuierlichen Überwachung der Einzelzellspannungen entworfen werden
Inhalt:
- Einarbeitung in die Grundlagen zu Lithium-Ionen-Batterien und deren Charakterisierungsmöglichkeiten
- Integration einer Überwachungsschaltung in einen Teststand zur Batteriespeichervermessung, durch Programmierung eines Relais zur Messgeräteanbindung an die Einzel-Batteriezellen
- Testen der Überwachungsschaltung unter der Durchführung von Charakterisierungsmessungen, bei zeitgleicher Erfassung der Einzelzellspannungen und anderer relevanter Parameter
- Einbindung der Überwachungsschaltung in das automatisierte Python-Skript zur Charakterisierung der Batteriespeicher
Anforderungen:
- Selbstständige, sorgfältige und strukturierte Arbeitsweise
- Für den Einstieg in das Thema sind bereits erworbene Kenntnisse über Batteriespeicher hilfreich
- Wünschenswert sind bereits vorhandene Kenntnisse in der Programmierung mit Python oder MATLAB
- Ebenso sollte ein grundlegendes Verständnis im Bereich der Messtechnik vorliegen
FP: Automatisierte Implementierung von Schutzfunktionen in dynamisierten Netzen
Allgemeine Informationen:
- Zeitraum: ab sofort
- Autor: offen
Betreuer:
Bernd Schweinshaut, M. Sc.
Department Elektrotechnik-Elektronik-Informationstechnik (EEI)
Lehrstuhl für Elektrische Energiesysteme
- Telefon: +49 9131 85-67549
- E-Mail: bernd.bs.schweinshaut@fau.de
Keywords: PowerFactory, Übertragungsnetz, Schutz
Themenbeschreibung:
Mit dem Fortschreiten der Energiewende und dem Wegfall konventioneller Erzeugungseinheiten, ändert sich das Stabilitätsverhalten des elektrischen Netzes. Die Bedeutung von Stabilitätsuntersuchungen steigt daher auch für die Planung eines sicheren und wirtschaftlichen Netzbetriebs. Neben der Modellierung der einzelnen Betriebsmittel und der Berücksichtigung des dynamischen Verhalten mittels Regelungsmodellen, prägt auch der Schutz das elektrische Netz. Um das Netz umfassender untersuchen zu können, sollen verschiedene Schutzfunktionen, wie beispielsweise ein Überstromschutz, in ein bereits dynamisiertes Netz implementiert werden. Anschließend sollen die Funktionen getestet und analysiert werden. Die Betreuung der Arbeit erfolgt am LEES in Kooperation mit der TenneT TSO GmbH.
Ziele:
- Literaturrecherche und Einarbeitung in Thema und Software (DigSILENT®PowerFactory und Python)
- Entwicklung eines Skriptes zur Implementierung eines Überstromschutzes, einer automatischen Wiedereinschaltung und weiterer Funktionen in PowerFactory
- Test der Funktionen in einem dynamisierten Netz
- Analyse des Netzschutzes
Voraussetzungen:
- Selbstständige, sorgfältige und strukturierte Arbeitsweise
- Grundkenntnisse im Bereich der elektrischen Energietechnik (z.B. Vorlesung GEEV)
- Wünschenswert: Programmiererfahrung (z.B. Python, C++)
- Vorteilhaft sind Erfahrungen mit Simulationsprogrammen (v.a. PowerFactory)
B/FP: Analyse dezentraler Fehlerstromkompensation in vermaschten Netzen
Allgemeine Informationen:
- Zeitraum: ab sofort
- Autor: offen
Betreuer:
Jonathan Löbel, M. Sc.
Department Elektrotechnik-Elektronik-Informationstechnik (EEI)
Lehrstuhl für Elektrische Energiesysteme
- Telefon: +49 9131 85-29518
- E-Mail: jonathan.loebel@fau.de
Keywords: Sternpunktbehandlung, Petersenspule, Erdschlussfehler, MATLAB/SIMULINK, PowerFactory
Beschreibung:
Einphasige Erdschlüsse sind die häufigsten Fehler im elektrischen Netz. Der dabei auftretende Fehlerstrom, sowie die resultierenden Spannungen, hängen von der Sternpunktbehandlung des Netzes ab. Dabei ist die Auslegung mit einer Kompensationsspule eine der geläufigsten Arten in der Mittelspannung. Die Spule deckt jeweils ein definiertes, abgetrenntes, Netzgebiet ab. Neue Ansätze bieten die Möglichkeit den Fehlerstrom durch VSC (Voltage Source Converter) zu kompensieren. Durch die weite Verteilung von Stromrichtern wäre damit eine dezentrale Fehlerstromkompensation möglich. Im Zuge der Arbeit soll untersucht werden, wie sich das elektrische Netz im Fehlerfall bei dezentraler Kompensation verhält. Damit soll die Basis für zukünftige Untersuchungen mit dezentraler Sternpunktbehandlung durch Stromrichter gelegt werden.
Inhalt:
- Einarbeitung in Sternpunktbehandlung
- Erstellen eines Testnetzes in MATLAB/Simulink oder PowerFactory
- Simulation einer dezentralen Fehlerstromkompensation
- Analyse und vergleich von dezentraler und zentraler Sternpunktbehandlung
Anforderungen:
- Motivation und strukturierte Arbeitsweise
- Grundlagen elektrische Energieversorgung (z.B. GEEV, BKE, BVE)
- Grundlagen der Sternpunktbehandlung (z.B. PEEV, SLT) von Vorteil
- Kenntnisse in MATLAB/Simulink oder PowerFactory von Vorteil
B/FP: Critical Scenarios Identification of the German Transmission Grid 2030
Allgemeine Informationen:
- Zeitraum: ab sofort
- Autor: offen
Betreuer:
Ilya Burlakin, M. Sc.
Department Elektrotechnik-Elektronik-Informationstechnik (EEI)
Lehrstuhl für Elektrische Energiesysteme
- Telefon: +49 9131 85-67542
- E-Mail: ilya.burlakin@fau.de
Keywords: Load Flow Analysis, Contingency Analysis, Transmission System, Critical Scenario Identification, DIgSILENT®PowerFactory, Python™
Description:
- Within the ENSURE research project, a complex transmission network of Germany for the year 2030 is available. In addition, hour-based time series were created with the help of market analysis. This work will develop a framework for the automated import of time series and subsequent Load Flow and Contingency Analysis. After the visualization of the results, critical net use cases are identified and classified.
Scope:
- Getting started with DIgSILENT®PowerFactory
- Introduction to Python™
- Automated time-based Load Flow and Contingency Analysis
- Visualization of the results
- Identification and classification of critical scenarios
Requirements:
- Independent, careful and structured way of working
- Knowledge of electrical power systems
- Basic concepts of programming
- Motivation to be part of the Kopernikus-ENSURE research project
B/FP: Implementierung eines EMT-Multiterminal-HGÜ-Modells in PSS NETOMAC
Autor: offen
Zeitraum: ab sofort
Betreuer:
Alexander Raab, M. Sc.
Department Elektrotechnik-Elektronik-Informationstechnik (EEI)
Lehrstuhl für Elektrische Energiesysteme
- Telefon: +49 9131 85-67545
- E-Mail: alexander.raab@fau.de
Themenbeschreibung nach Rücksprache
B/FP: Modellierung von DC-Fehlern in HGÜ-Systemen
Autor: vergeben
Zeitraum: ab sofort
Betreuer:
Alexander Raab, M. Sc.
Department Elektrotechnik-Elektronik-Informationstechnik (EEI)
Lehrstuhl für Elektrische Energiesysteme
- Telefon: +49 9131 85-67545
- E-Mail: alexander.raab@fau.de
Themenbeschreibung nach Rücksprache
B/FP: Weiterentwicklung eines Tools zur Berechnung von Leistungsflüssen zukünftiger Netzstrukturen in pandapower/Python
Autor: vergeben
Zeitraum: ab sofort
Betreuer:
Alexander Raab, M. Sc.
Department Elektrotechnik-Elektronik-Informationstechnik (EEI)
Lehrstuhl für Elektrische Energiesysteme
- Telefon: +49 9131 85-67545
- E-Mail: alexander.raab@fau.de
Themenbeschreibung nach Rücksprache
Seminararbeiten
Bedeutung
B: Bachelorarbeit
M: Masterarbeit
PA: Projektarbeit
SA: Seminararbeit
FP: Forschungspraktikum