@phdthesis{Schmoger2019, author = {Schmoger, Christin}, title = {Sicherheitsbetrachtungen im Fall von stromstarken Erdfehlern in NOSPE-Netzen und bei Netzkopplung}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-51131}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2019}, abstract = {Der von der Energiewende-bedingte Verteilnetzausbau mit Kabelstrecken beeinflusst den Umgang mit der Sternpunktbehandlung. Neben klassischen Umstellungsmaßnahmen sind neue L{\"o}sungen zur Kopplung von Netzen mit unterschiedlicher Sternpunktpunkterdung zu diskutieren. Schwerpunkt stellt jeweils die Auslegung von Erdungsanlagen in Kombination mit einem geeigneten Schutzkonzept zur Einhaltung der Personensicherheit dar. Auf Basis der DIN EN 50522 ist ein m{\"o}gliches personengef{\"a}hrdendes Potential zu bewerten, welches aus der Stromverteilung an der Fehlerstelle resultiert. In der Praxis wird dabei rechnerisch die zul{\"a}ssige Erdungsimpedanz {\"u}ber den relevanten Teilstrom (dargestellt {\"u}ber den Reduktionsfaktor) und dem, aus dem Schutzkonzept resultierenden, Grenzwert f{\"u}r die Ber{\"u}hrungsspannung vorgegeben und messtechnisch gepr{\"u}ft. Vorrangig in Mittelspannungsnetzen mit niederohmiger Sternpunkterdung bestehen Unsicherheiten in der korrekten Interpretation der Norm respektive der Wahl und Beurteilung geeigneter Parameter. Die Dissertation konzentriert sich auf die Schwerpunkte Bestimmung des Reduktionsfaktors in einer inhomogenen, offen betriebenen Ringstruktur von Mittelspannungsnetzen, sowie Diskussion m{\"o}glicher Modelle und der Wirkungsweise heutiger Messverfahren von Erdungsimpedanzen. Aufbauend auf theoretischen Modell-Analysen wurde eine Methodik zur Auswertung beider Parameter u. a. durch Aufnahme einer Stromverteilung in einem Erdkurzschlussversuch entwickelt und erstmals in einer Netzgruppe durchgef{\"u}hrt. Die Herausforderung bestand darin, L{\"o}sungen zum eindeutigen messtechnischen Nachweis beider Parameter infolge von {\"U}berlagerungseffekten zu entwickeln. Mithilfe der Versuchsergebnisse konnten bestehende Berechnungs- und Messverfahren sowie unterschiedlichen Modelle zur Interpretation der Erdungsimpedanz bewertet und Handlungsempfehlungen abgeleitet werden. Reduktionsfaktor und Erdungsimpedanz erfahren verschiedene Interpretationen in der Praxis. Daher widmete sich die Dissertation der Analyse des Modells der DIN EN 50522 und schl{\"a}gt aufgrund der Herausforderungen in der Praxis eine Erweiterung zur eindeutigen Definition vor. Erstmalig konnten anhand des Versuchs die Modellans{\"a}tze von Berechnungsverfahren f{\"u}r den Reduktionsfaktor gepr{\"u}ft und best{\"a}tigt werden. Am Beispiel des VPE-Kabels konnte mit einem Sicherheitsaufschlag ein Planungswert vorgeschlagen werden. Auf Basis des Versuchs und der heutigen Messverfahren wurde diskutiert, dass die Erdungsimpedanz infolge der unterschiedlichen Einbeziehung von Kettenleitern verschiedene Werte annehmen kann. Aufgrund des Zusammenhangs mit dem Reduktionsfaktor resultieren f{\"u}r die Bewertung der Ber{\"u}hrungsspannung Kombinationspaare, die nach dem Modell der DIN EN 50522 oder Modifizierungen in der Berechnung ausgelegt und mittels klassischer Messung bewertet werden k{\"o}nnen. Die Dissertation liefert damit einen Diskussionsbeitrag, wie sich die Auslegung von Erdungsanlagen durch geeignete Verfahren weiterentwickeln kann.}, subject = {Erdungsanlagen; Reduktionsfaktor; Erdungsimpedanz; Sternpunkterdung; DIN EN 50522; Grounding system; Reduction factor; Earthing impedance; Neutral point treatment; EN 50522; Mittelspannungsnetz; Erdschluss; Sternpunkterdung; Wechselstromwiderstand; Impedanzmessung}, language = {de} } @phdthesis{Bendig2022, author = {Bendig, Martin}, title = {Ein modellbasierter Beitrag zur r{\"a}umlichen und zeitlichen Analyse von Sektorenkopplungspotenzialen im transformierten Energieversorgungssystem}, doi = {10.26127/BTUOpen-5974}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-59749}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2022}, abstract = {Das deutsche Energieversorgungssystem soll bis zum Jahr 2050 umfassend transformiert werden. Auch wenn es auf dem Pfad zur vollst{\"a}ndigen Dekarbonisierung der Energieversorgung noch eine Vielzahl technischer Herausforderungen gibt, ist davon auszugehen, dass an der politischen Ambition einer treibhausgasneutralen Energieversorgung bis sp{\"a}testens zum Jahr 2045 festgehalten wird. Klimaschutz ist jedoch nur eine Dimension im Spannungsfeld Energiewende. Es gilt, {\"O}kologie, Wirtschaftlichkeit, technische Realisierbarkeit und Versorgungssicherheit sowie gesellschaftliche Aspekte in Einklang zu bringen. Das Ziel dieser Arbeit ist es, einen wissenschaftlichen Beitrag zur Untersuchung eines durch erneuerbare Energieanlagen dominierten Energieversorgungssystems im Jahr 2050 zu leisten. Die Einspeisung elektrischer Energie aus Wind- und Photovoltaikanlagen unterliegt jedoch hohen Fluktuationen. Aus diesem Grund sind im zuk{\"u}nftigen Energieversorgungssystem hohe tempor{\"a}re Energie{\"u}bersch{\"u}sse und -defizite zu erwarten. Eine m{\"o}gliche L{\"o}sung k{\"o}nnte hierf{\"u}r die Sektorenkopplung darstellen. Die vollst{\"a}ndige Kopplung dieser Sektoren w{\"u}rde es erm{\"o}glichen, hohe Energie{\"u}bersch{\"u}sse sinnvoll zu verwenden oder auftretende Energiedefizite auszugleichen. Bedingt durch die fluktuierende EE-Einspeisung sind die Potenziale zur Nutzung von {\"u}bersch{\"u}ssiger elektrischer Energie in anderen Energie- und Wirtschaftssektoren im Zeitverlauf jedoch nicht konstant. Aus diesem Grund erscheint es sinnvoll, die Diskussion {\"u}ber Sektorenkopplungspotenziale auf zeitlich und r{\"a}umlich aufgel{\"o}ste Untersuchungen zu st{\"u}tzen. Ohne die Prognose und Modellierung von zeitlich und r{\"a}umlich hoch aufgel{\"o}sten Einspeise- und Lastzeitreihen ist es nicht m{\"o}glich, zielf{\"u}hrende Aussagen {\"u}ber Sektorenkopplungspotenziale und eine bedarfsgerechte Energiebereitstellung im zuk{\"u}nftigen Energieversorgungssystem zu treffen. Zur Quantifizierung und Prognose zuk{\"u}nftiger Sektorenkopplungspotenziale wurde im Rahmen dieser Dissertation ein vielseitig einsetzbares Energiemodell entwickelt und detailliert vorgestellt. Hierbei handelt es sich um eine modular aufgebaute, Microsoft Excel-basierte L{\"o}sung in Verbindung mit Visual Basic for Applications. So ist es m{\"o}glich, das Modell auf jedem modernen Windowssystem ohne weitere Software zu verwenden. Das Energiemodell wurde anschließend auf eine geeignete Modellregion f{\"u}r das Jahr 2050 angewendet. Im Energiemodell werden elektrische Erzeugungs- und Lastzeitreihen in st{\"u}ndlicher Aufl{\"o}sung f{\"u}r bis zu 200 Modellknoten (r{\"a}umliche Aufl{\"o}sung) ermittelt, miteinander verrechnet und auf mehreren Modellebenen aggregiert. Am Beispiel der gew{\"a}hlten Modellregion konnten so die Sektorenkopplungspotenziale im Rahmen einer Sensitivit{\"a}tsanalyse umfangreich diskutiert werden. Damit war es m{\"o}glich, die Forschungsfragen dieser Dissertation detailliert zu beantworten.}, subject = {Sektorenkopplung; Energieversorgungssystem; Energiesystemmodellierung; Sector coupling; Energy supply system; Energy system modelling; Energieversorgung; Sektorkopplung}, language = {de} } @phdthesis{Dhara2021, author = {Dhara, Madhavi}, title = {Wirkung von Kabelschirmungskonzepten auf abgestrahlte Magnetfelder von elektrischen Antriebsstr{\"a}ngen in Elektro- und Hybridfahrzeugen}, doi = {10.26127/BTUOpen-5500}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-55008}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2021}, abstract = {Jede elektrische, elektronische Komponente f{\"u}r Kraftfahrzeugsanwendungen muss auf Komponentenebene und nach der Montage im Fahrzeug die elektrischen, magnetischen und elektromagnetischen Emissionsanforderungen gem{\"a}ß Normen erf{\"u}llen. Die Entwicklung von Konzepten der elektromagnetischen Vertr{\"a}glichkeit f{\"u}r ein elektrisches Kraftfahrzeug erfordert ein gr{\"u}ndliches Verst{\"a}ndnis der elektromagnetischen Kopplungsmechanismen des Hochvoltsystems. An einen Elektroantrieb werden vielf{\"a}ltige Anforderungen gestellt. Daraus ergibt sich eine eingeschr{\"a}nkte Handlungsfreiheit zum Erreichen der elektromagnetischen Vertr{\"a}glichkeit. Daher ist es im Entwicklungszyklus n{\"o}tig, Ressourcen mit Kenntnis der elektromagnetischen Vertr{\"a}glichkeit fr{\"u}hzeitig zielgereicht einsetzen zu k{\"o}nnen. Hierbei gilt es Designparameter fr{\"u}hzeitig festzulegen und bereits dabei eine Ergebnisbewertung vornehmen zu k{\"o}nnen. Die Wellenl{\"a}ngen der dominanten Spektren elektromagnetischer St{\"o}rungen von Spannungsquellenpulswechselrichtern im Vergleich zu den geometrischen Abmaßen eines normal großen Fahrzeugs fallen in den Nahfeldbereich. Dies erm{\"o}glicht einen quasistation{\"a}ren Ansatz, bei dem das elektrische Feld und das Magnetfeld getrennt untersucht und analysiert werden k{\"o}nnen. Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt auf der gestrahlten Magnetfeldkopplung in einem Kraftfahrzeug mit einem Elektroantrieb. {\"U}blicherweise erfordert ein Elektroantrieb f{\"u}r seinen Betrieb funktionale Str{\"o}me h{\"o}herer Gr{\"o}ßenordnung. Das pulsweitenmodulierte Spannungsschalten der leistungselektronischen Wandler, z.B. bei Pulswechselrichter und Gleichstrom (DC)/DC Wandler, verursacht zus{\"a}tzlich zu den funktionalen Str{\"o}men auch parasit{\"a}re Str{\"o}me. Diese werden durch Spannungs{\"a}nderungen am Ausgang der Leistungselektronik erzeugt, die die verteilten Kapazit{\"a}ten z.B. Statorwicklung zu Rahmenkapazit{\"a}t der elektrische Maschine, anregen. Diese Str{\"o}me f{\"u}hren zu Magnetfeldemissionen, an die strenge Anforderungen auf Fahrzeugebene gestellt werden. Abschirmungen werden systematisch zur Verringerung der abgestrahlten Emissionen bei elektrischen Antriebsanwendungen in Kraftfahrzeugen eingesetzt, so auch f{\"u}r die Hochvoltkabel. Die relativ geringen Mengen einer nicht idealen Kabelschirmung sind aufgrund des hohen Grades an abgestrahlten Emissionen von Bedeutung. Folglich sind die Schirm- und Masseschleifenstr{\"o}me, d.h. die Schirmwirkung, entscheidend f{\"u}r die Magnetfelder. Neben diesen Stromverteilungen sind die Magnetfelder wesentlich von der Geometrie der Hochvoltkabelf{\"u}hrung und dem Frequenzbereich abh{\"a}ngig. In dieser Arbeit werden drei Arten von Schirmungskonzepten f{\"u}r Hochvoltkabel mittels analytischer Modellierung betrachtet. Die drei Schirmungskonzepte sind einzeln geschirmte Kabel in koaxialer Ausf{\"u}hrung, mehradrige geschirmte Kabel in Summenschirmausf{\"u}hrung und ungeschirmte Kabel mit parallelem Massedraht als Schirm. Die erstellten analytischen Modelle werden genutzt, um die gestrahlten Magnetfeldemissionen vorherzusagen. Ein Vergleich zur Best{\"a}tigung der Anwendbarkeit der analytischen Modelle f{\"u}r ein Elektroantriebssytem wird vorgestellt. Die Wirkung der verschiedenen Schirmungskonzepte f{\"u}r das Kraftfahrzeug wird dargelegt.}, subject = {Magnetfeld; HV Kabelschirmungskonzepte; Gleichtaktstr{\"o}me; Gegentaktstr{\"o}me; {\"U}bertragungsfunktionen; Magnetic field; HV cable shielding concepts; Common mode currents; Differential mode currents; Transfer functions; Elektrofahrzeug; Hybridfahrzeug; Triebstrang; Kabel; Elektromagnetische Vertr{\"a}glichkeit; Magnetische Abschirmung}, language = {de} } @phdthesis{Jende2020, author = {Jende, Enrico}, title = {Ein Beitrag zur modellgest{\"u}tzten Planung und zum Betrieb sektoren{\"u}bergreifender Energiespeicher mit Fokus auf die Strom- und W{\"a}rmeversorgung in Microgrids}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-52906}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2020}, abstract = {Zur Einhaltung der Dekarbonisierungsziele und Bew{\"a}ltigung der Herausforderungen bei der ganzheitlichen Transformation des Energiesystems im Kontext der politisch geforderten Energiewende, ist zunehmend der Begriff Sektorenkopplung zu verzeichnen. Eine wesentliche Rolle nimmt dabei die auf den Begriff Power-to-X (P2X) zusammengefasste Elektrifizierung der Sektoren Gas, W{\"a}rme, K{\"a}lte und Mobilit{\"a}t ein. P2X-Energiewandler und die damit einhergehende Nutzung Erneuerbarer Energien (EE), z.B. aus Photovoltaik (PV) und Wind, sind aufgrund der volatilen Stromerzeugung der EE-Anlagen als dargebotsabh{\"a}ngige Energiewandlung zu verstehen. Aus diesem Grund werden P2X-Energiewandler mit sektoralen Energiespeichern und flexiblen bedarfsgerechten Energiewandlern hin zu sektoren{\"u}bergreifenden Energiespeichern aggregiert. Diese sind nicht nur in der Lage den Herausforderungen eines zunehmend aus EE bestehenden Energieversorgungssystems (EVS) entgegenzuwirken, sondern einen Beitrag zur sektoren{\"u}bergreifenden Energiebedarfsdeckung und Dekarbonisierung zu leisten. In diesem Zusammenhang ist in den vergangenen Jahren auf dem Campus der Brandenburgischen Technischen Universit{\"a}t Cottbus-Senftenberg (BTU) eine Forschungs- und Demonstrationsanlage entstanden, welche sektorale und sektoren{\"u}bergreifende Energiespeicher topologisch lokal aggregiert und hinsichtlich der Netzbetriebsf{\"u}hrung verkn{\"u}pft. Dieser dezentrale Anlagenverbund bietet eine herausragende M{\"o}glichkeit, einen sektoren{\"u}bergreifenden Betrieb der dezentralen EVS auf lokaler Ebene zu untersuchen. Als Forschungsgegenstand und Teilsystem der Forschungs- und Demonstrationsanlage gilt im Folgenden der sektoren{\"u}bergreifende Energiespeicher bestehend aus den Technologien der Kraft-W{\"a}rme-Kopplung, Power-to-Heat und einem thermischen Energiespeicher. Dieser Anlagenverbund wird innerhalb der Systemgrenzen eines Microgrid unter gr{\"o}ßtm{\"o}glicher Nutzung erneuerbarer Energien am Beispiel der PV untersucht. Ein Simulationsmodell erweitert diesen Forschungsgegenstand und zielt auf modellgest{\"u}tzte Untersuchungen zur Planung und zum Betrieb des sektoren{\"u}bergreifenden Energiespeichers, insbesondere zur stromnetzdienlichen Systemintegration. Die Ergebnisse der Untersuchungen werden im Folgenden dargestellt und gelten als Beitrag zur Systemintegration von sektoren{\"u}bergreifenden Energiespeichern in die lokale dezentrale Energieversorgung.}, subject = {Microgrid; Sektorenkopplung; Dezentrale Energieversorgung; Sektoren{\"u}bergreifender Energiespeicher; Sector coupling; Decentralized energy supply; Cross-sectoral energy storage; Microgrid; Microgrid ; Elektrizit{\"a}tsversorgungsnetz; Dezentrale Energieversorgung; Dezentrale W{\"a}rmeversorgung}, language = {de} } @phdthesis{Engelbrecht2017, author = {Engelbrecht, Daniel}, title = {Untersuchung der Potentiale und Anforderungen an ein Wirkleistungsmanagement im Verteilnetz mit hohem Anteil von dezentralen Erzeugungsanlagen}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-43479}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2017}, abstract = {In der Dissertation werden neue Potentiale und Anforderungen sowie neue Verfahren und Methoden zur Bereitstellung von Systemdienstleistungen erarbeitet. Der Fokus wird dabei auf das Wirkleistungsmanagement im Verteilnetz gelegt. Bei einer zunehmenden Durchdringung von Erneuerbaren Energien steigt der gegenseitige Einfluss mit den technischen Systemen im Netzbetrieb und bestehenden sowie zuk{\"u}nftigen M{\"a}rkten. In der Arbeit werden organisatorische und technische L{\"o}sungen entwickelt, welche eine sichere Bereitstellung von Regelleistung sowie eine Unterst{\"u}tzung durch den Verteilnetzbetreiber f{\"u}r ein systemdienliches Engpassmanagement des {\"U}bertragungsnetzbetreibers erm{\"o}glichen. Anhand eines 110-kV-Modellnetzes werden die technischen L{\"o}sungen aufgezeigt und bewertet. Dabei zeigt sich, dass eine erweiterte Betriebsplanung im Verteilnetz notwendig wird. M{\"o}gliche Konflikte k{\"o}nnen im Vorfeld durch eine Netzzustandsbewertung und Informations{\"u}bermittlung gel{\"o}st werden. Weiterhin k{\"o}nnen Anforderungen des {\"U}NB zur Unterst{\"u}tzung zum Redispatch im Rahmen einer Vortagesplanung integriert werden. Zur Realisierung der Prozesse und somit Erf{\"u}llung der neuen Anforderungen sind zum Teil technische {\"A}nde-rungen in den Systemen der Netzf{\"u}hrung sowie organisatorische und rechtliche Anpassungen in der Handhabung des Engpassmanagements notwendig. Hierzu werden in der vorliegenden Arbeit konkrete Empfehlungen ausgesprochen.}, subject = {Wirkleistungsmanagement; Verteilnetz; Erneuerbare Energien; Regelleistung; Redispatch; Active power management; Distribution system; Control power; Redispatch; Renewable energy; Lastverteilung ; Erneuerbare Energien; Wirkleistung; Verteilungsnetz}, language = {de} }