Fachgebiet Elektrische EnergieversorgungLehre
Studien- & Abschlussarbeiten

Studien- und Abschlussarbeiten

Die Mitarbeitenden im Fachgebiet Elektrische Energieversorgung suchen fortlaufend Studierende für die Bearbeitung von Labor-, Studien- und Abschlussarbeiten zu aktuellen Forschungsthemen der Elektrischen Energieversorgung. Für die Bearbeitung der studentischen Arbeiten stehen im Fachgebiet eine ausreichende Anzahl mit studentischen Arbeitsplätzen zur Verfügung.

Durch die fortschreitende Forschung entwickeln sich mögliche Aufgabenstellungen ständig weiter. Bei Interesse an einer Arbeit zu einem speziellen Forschungsbereich füllen Sie bitte die "Anfrage zu studentischen Arbeiten" aus.

Die nachfolgende Liste stellt lediglich eine Auswahl der möglichen Themen dar.

AUSWAHL AKTUELLER THEMEN

  • Dezentrale Bereitstellung von Systemdienstleistungspotentialen aus der Verteilnetzebene unter Neugestaltung vertikaler Netzbetreiberinteraktionen

    In Folge der steigenden Integration dezentraler Erzeugungsanlagen in das Elektroenergiesystem kommt es in kritischen Netzsituationen bereits heutzutage zu einer Ausreizung der für die Gewährleistung einer sicheren Energieversorgung benötigten konventionellen Systemdienstleistungskapazitäten.

    Wirkleistung P→ Frequenzhaltung, Blindleistung Q→ Spannungshaltung

    Mögliche Quellen für die fehlenden betrieblichen Freiheitsgrade stellen flexibilitätsbereitstellende Einheiten aus der Verteilnetzebene dar. Eine dezentrale Bereitstellung von Systemdienstleistungspotentialen erfordert jedoch eine Intensivierung der Übertragungs- und Verteilnetzbetreiberkooperationen (ÜNB, VNB) an den vertikalen Systemschnittstellen zwischen den Netzebenen. Im Rahmen hierarchischer Netzregelungsstrategien wird dazu das Wirk- und Blindleistungsflexibilitätspotential der unteren Spannungsebenen an den vertikalen Systemschnittstellen aggregiert und auf Basis dessen der individuelle Flexibilitätsbedarf vom überlagerten Netzbetreiber spezifiziert (Index: sp).

    Kontakt: Marcel Sarstedt

  • Analyse von Regelungskonzepten für den Netzwiederaufbau

    Aufgrund der hohen Leistungseinspeisungen aus unterlagerten Spannungsebenen durch dezentrale erneuerbare Erzeuger kann es zu Kapazitätsengpässen und bei zu hohen Überlastungen zu Ausfällen von Betriebsmitteln kommen. Durch den Ausfall von Übertragungsmitteln können weitere kaskadierte Überlastungen der Übertragungsmittel und im ungünstigsten Fall ein flächendeckender Ausfall des elektrischen Energieversorgungssystems resultieren. Darüber hinaus können stark volatile Energiequellen, wie beispielsweise Windparks, zu rapiden Leistungsänderungen innerhalb des Netzes führen und somit zu hohen Leistungseinbrüchen oder Leistungsüberschüssen. Der Zubau von weiteren erneuerbaren Erzeugern und der gleichzeitige Rückgang der Großkraftwerke führen zu immer kleiner werdenden Schwungmassen im Netz.  Die fehlenden Schwungmassen führen im Netz bei einer rapiden Leistungsänderung zu hohen Frequenzeinbrüchen. Diese Leistungsänderungen können im Extremszenario zu Instabilitäten führen und zur Abschaltung von Lasten und Generatoren, wodurch ein Blackout verursacht werden kann. Um das elektrische Energieversorgungssystem nach einem Blackout wiederhochfahren zu können, existieren unterschiedliche Ansätze. Innerhalb des aktuellen Forschungsprojektes wird ein Ansatz bevorzugt, der den Netzwiederaufbau aus der Niederspannung vorsieht. Mehrere dezentrale Erzeugungseinheiten sollen dabei zunächst ein lokales Netzgebiet, bestehend aus einer Vielzahl von Haushalten, autark hochfahren. Die Herausforderung besteht in dem Entwurf von neuen als auch der Untersuchung von bestehenden Konzepten. Für die Untersuchungen müssen das örtliche Niederspannungsnetz sowie die Konzepte in PowerFactory implementiert werden. Auf der Basis von Simulationen soll die Tauglichkeit solcher Konzepte analysiert werden.

    Kontakt: Iwo Bekker

  • Berücksichtigung von Schaltzustandsoptimierungen im Security-Constrained-Optimal-Power-Flow

    Für den optimalen Betrieb des Elektroenergiesystems werden verschiedene Security-Constrained-Optimal-Power-Flow-Methoden (SCOPF-Methoden) angewendet. Hierbei werden über eine Zielfunktion bspw. Kraftwerkseinsatzkosten und Netzverluste minimiert, wobei Sicherheitsnebenbedingungen wie bspw. Spannungsbänder und Stromgrenzwerte einzuhalten sind. Als Optimierungsparameter stehen üblicherweise die Wirk- und Blindleistungen der Kraftwerke und weitere Parameter wie bspw. Transformatorstufen zur Verfügung. Im Rahmen dieser Masterarbeit sollen Ansätze zur Berücksichtigung von Schaltzuständen von Leitungen und Transformatoren recherchiert und verglichen werden. In diesem Zusammenhang sind ebenso die Schaltzustände von Sammelschienen (-trennung/-kupplung) zu berücksichtigen.

    Kontakt: Dr. Thomas Leveringhaus

  • Berechnung der Leitungsbeläge von Erd- und Seekabeln

    In der Hoch- und Höchstspannung von Drehstromnetzen sowie in Hochspannungsgleichstromübertragungssystemen, die inzwischen mit bis zu 525 kV in Europa vorgesehen sind, werden zunehmend Erd- und Seekabel mit hochreinen Isolationsmaterialien eingesetzt. Für die stationäre und transiente Auslegung solcher Kabel sind (unter anderem) die elektrischen und thermischen Kabelparameter erforderlich. Nach einer ausführlichen Literaturrecherche nach Berechnungsmethoden und Kabelparametern sollen im Rahmen der Arbeit eigene Berechnungen mit Hilfe von Ansys Maxwell und/oder COMSOL Multiphysics durchgeführt werden.

    Der Umfang der Arbeit kann auf das Niveau einer Bachelor- oder Masterarbeit angepasst werden.

    Kontakt: Dr. Thomas Leveringhaus

  • Aufbau eines Simulationswerkzeugs für Energiesysteme mit Sektorkopplung

    Im Rahmen dieser Master-/Bachelorarbeit sollen zunächst auf Basis einer Literaturrecherche eine Übersicht über derzeit eingesetzte Werkzeuge für die Simulation von Energiesystemen mit einer Kopplung von zwei oder mehreren Sektoren (z.B. Strom- und Wärmesektor) erstellt werden und die jeweiligen Vor- und Nachteile, zeitliche Auflösung, Modellierungstiefe, etc. herausgearbeitet werden. In einem zweiten Arbeitsschritt soll ein modulares Konzept für die Struktur eines Werkzeugs für die zeitschrittbasierte (min oder ¼ h) Simulation von Energiesystemen mit Sektorkopplung erarbeitet werden. Dabei sind die unterschiedlichen Energieerzeugungsanlagen (Wind, Sonne, BHKW, Wasserstoff, Biogas, etc.), -speicher (Batterie, Wärme, Wasserstoff) und –senken (aus Produktion, Lagerung, Kühlung, Landwirtschaft, etc.) und die Energiewandler zwischen den Sektoren sowie die unterschiedlichen Verlustmechanismen und Kostenfunktionen für spätere Systemoptimierung zu berücksichtigen. Für ausgewählte Anlagen (siehe Simulationsbeispiel unten) sind Modelle aus der Literatur in geeigneter Auflösung zu beschreiben und in Matlab zu programmieren. In einem abschließenden dritten Arbeitsschritt sollen auf Basis des modularen Konzepts eine erste rudimentäre Programmstruktur in Matlab für ein solches Simulationswerkzeug unter Beachtung eines Leistungsgleichgewichts und der Energieerhaltung (inkl. Verlusten) erstellt, erste Zeitreihen für Energieerzeugungsanlagen und –verbraucher implementiert und ein einfaches Energiesystem mit Sektorkopplung über einen definierten Zeitraum (z.B. 1 Jahr) simuliert werden. Hierfür wird ein Partner aus der Privatwirtschaft reelle Anwendungsbeispiele und Lastund Einspeisezeitreihen zur Verfügung stellen.

    Kontakt: Prof. Dr.-Ing habil. Lutz Hofmann

  • Entwicklung von Regelungskonzepten für den Betrieb von HGÜ-Umrichterstationen in drehstromseitig vermaschten Offshore-Netzen

    Im Zuge der Energiewende besteht Bedarf an effizienten Möglichkeiten der kurz- und mittelfristigen Anbindung von Offshore-System (z.B. Windpark-Netzen) per Hochspannungs-Gleichstromübertragung (HGÜ) in der Deutschen Bucht. Im Rahmen von Pilotprojekten wie dem North Sea Wind Power Hub zeigt sich, dass künftig (neben der klassischen Einzelanbindung von Windpark-Netzen) ebenso vermaschte Windpark-Netzstrukturen mit gleichzeitiger Anbindung an verschiedene Onshore-Netzpunkte sinnvoll sein können. Von Interesse sind hierbei insbesondere Anbindungen unter Einsatz selbstgeführter Umrichter (Voltage Source Converter, VSC), auch die Ausführung ausgewählter Verbindungen mit (wirtschaftlich vorteilhafteren) Diodengleichrichtern ist denkbar.

    Der Aufbau derartiger Netze setzt jedoch die Entwicklung von Regelungskonzepten in Abhängigkeit der beteiligten Umrichter voraus, welche eine gezielte Steuerung der (naturgemäß fluktuierenden) Wirkleistungsflüsse im Normalbetrieb ermöglichen. Zusätzlich ist das Verhalten derartiger Konzepte in Fehlerfällen (z.B. bei Kurzschluss, Ausfall einer HGÜ) zu ergründen.

    Kontakt: Michael Herrmann

  • Iterative Berücksichtigung der Schenkeligkeit von Schenkelpol-Synchronmaschinen in quasistationären Simulationen

    Quasistationäre Simulationen werden verwendet um Ausgleichsvorgänge in Elektroenergiesystemen zu simulieren, die gegenüber der Grundschwingung des Drehtromsystems deutlich langsamer ablaufen. Schenkelpol-Synchronmaschinen müssen dabei aufgrund der ungleichen Feldverteilung (aufgrund der ausgeprägten Polschuhe) iterativ in quasistationären Simulationen berücksichtigt werden.

    Im Rahmen einer großen Seminararbeit/Laborarbeit soll sich in eine bestehende quasistationäre Simulationsumgebung eingearbeitet werden. In dieser werden Vollpol-Synchronmaschinen bereits berücksichtig. Diese Simulationsumgebung soll dann, aufbauen auf einer Literaturrecherche, um die iterative Berücksichtigung der Schenkelpol-Synchronmaschinen ergänzt werden. Die Simulation erfolgt in MATLAB.

    Kontakt: Lucas Reus

  • Regelungskonzept von netzbildenden Umrichtern in Niederspannungsnetzen

    Im Rahmen einer Studienarbeit (8LP) soll die weitverbreitete Droop-Regelung von netzbildenden Umrichtern genauer untersucht werden. Zur Verwendung dieser Regelung müssen bestimmte Bedingungen erfüllt sein. Die Aufgabe besteht darin herauszufinden, ob die geforderten Bedingungen in Niederspannungsnetzen gegeben sind. Dazu sind eine intensive Literaturrecherche und zudem eine Einarbeitung in das Regelungskonzept erforderlich. Bei Nicht-Einhaltung dieser Bedingungen und der Verwendung einer Droop-Regelung sollen die Auswirkungen mithilfe von Simulationen in PowerFactory ausgearbeitet werden. Bei ausreichender Zeitdauer sollen zudem bestehende Lösungen zur Verwendung einer Droop-Regelung in PowerFactory implementiert und simuliert werden.

    Kontakt: Iwo Bekker

Anfrage zu studentischen Arbeiten

Ihre Informationen
Was suchen Sie?*

KONTAKT

Manuel Wingenfelder, M. Sc.
Wissenschaftliche Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter
Adresse
Appelstraße 9a
30167 Hannover
Gebäude
Raum
930
Manuel Wingenfelder, M. Sc.
Wissenschaftliche Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter
Adresse
Appelstraße 9a
30167 Hannover
Gebäude
Raum
930