TY - THES A1 - Napierala, Artur T1 - Kontaktieren von stromtragfähigen Silikon-Bauelementen T1 - Contacting of current carrying silicon rubber components N2 - Die Vielfalt der Materialien, die in der Lage sind Strom zu führen, hat sich um elektrisch leitfähige Kunststoffe erweitert. Diese Materialien haben vergleichsweise günstige Eigenschaften, wie z.B. eine geringe Dichte und hohe Wetterbeständigkeit. Trotzdem beschränkt sich zurzeit der Einsatz dieser Materialien wegen Stromübergangsproblemen auf geringe elektrische Leistungen. Um solche Materialien auch für hohe Betriebsströme einsetzen zu können, ist eine zuverlässige Kontaktierung erforderlich. Dieser Beitrag behandelt die Kontaktierung zwischen stromtragfähigem Kunststoff und Metall. Ein wesentlicher Teil der Arbeit beschäftigt sich mit potenziellen Ursachen von Kontaktierungsproblemen, die weiterhin am Beispiel von elektrisch leitfähigem Silikonkautschuk analysiert werden. Bei der Suche nach Ursachen für diese Probleme werden mechanische, thermische und elektrische Aspekte sowie deren Zusammenhänge in Betracht gezogen. Da die Technologie in wesentlichem Maß die physikalischen Eigenschaften bestimmt, wird deren Einfluss ebenfalls analysiert. Neben der theoretischen Betrachtung wurden vielfältige Untersuchungen zu diesen Aspekten durchgeführt, und deren Relevanz für die Stromübergangsprobleme ermittelt. Daraus ließ sich am Ende die Ursache der Stromübergangsprobleme ableiten. Ausgehend von den gewonnen Ergebnissen und unter Berücksichtigung der spezifischen Eigenschaften von leitfähigem Silikonkautschuk wird eine Verbesserungsmöglichkeit zur Kontaktierung vorgestellt. Sie basiert auf einer Modifikation der Oberflächen, speziell deren Metallisierung. Hierbei hat sich das Magnetronsputtern, Metallisierung von Werkstoffen im elektromagnetischen Feld unter Vakuum, als am besten geeignetes Verfahren erwiesen. Nach der Beschichtung der Oberfläche des leitfähigen Silikonkautschuks mit Aluminium bzw. Titan hat sich der Stromübergang und damit auch die Stromtragfähigkeit wesentlich verbessert. Anschließend werden die Ursachen für diese Verbesserung erklärt und die elektrische Belastbarkeit vor und nach der Oberflächenmodifikation ausgewertet. Die Arbeit gibt Hinweise auf weitere Möglichkeiten zur Verbesserung der Stromtragfähigkeit, zeigt somit weiteren Untersuchungsbedarf auf. N2 - The diversity of materials, which are able to carry electricity, has been expanded to electrical conductive plastics. These materials have comparatively favourable properties, such as low density and high weather resistance. Nevertheless, application of these materials is confined to low electric power due to the problems in current passage areas. In order to apply such materials to high operating currents a reliable contacting is necessary. This contribution examines contacting between electrical conductive plastic and metal. An essential part of this work deals with possible problem causes in contacting, which furthermore are analysed on the example of electrical conducting silicone rubber. Mechanical, thermal and electrical aspects as well as their relationships are taken into account in search of causes for these problems. Because technology essentially determines physical properties, its influence is also analysed. Alongside theoretical considerations varied tests have been carried out and their relevance to the problems in current passage area has been determined. The reasons for problems in current passage areas have been finally deducted from the tests. Supported by the gained results as well as in consideration of the specific properties of silicone rubber, a possibility of improvement in contacting is shown. It is based on the surface modification and particularly on its metallization. Here, magnetron sputtering, metallization of materials in electromagnetic field, has proved to be the best suitable process. After coating the surface of silicone rubber with aluminium or titan the current-carrying capacity has improved significantly. Subsequently the causes of this improvement were explained and the electrical load-carrying capacity before and after the modification of the surface was evaluated. This thesis gives indications of further possible improvements of the current-carrying capacity and thus points out the necessity for further research. KW - Silicone KW - Elektrisches Bauelement KW - Elektrischer Kontakt KW - Kontaktieren KW - Leitfähiger Silikonkautschuk KW - Magnetronsputtern KW - Contacting KW - Electrically conductive silicon rubber KW - Magnetron sputtering Y1 - 2010 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-19174 ER - TY - THES A1 - Zent, Natalia T1 - Spannungsregelung und Stabilitätsverhalten dezentraler Erzeugungsanlagen in stromrichterdominierten Verteilernetzen T1 - Voltage regulation and stability behavior of decentralized generation systems in converter-dominated distribution networks N2 - In der Arbeit wird die Neue Direkte Spannungsregelung von dezentralen Erzeugungsanlagen in der PowerFactory Simulationsumgebung von der DIgSILENT GmbH implementiert und das Stabilitätsverhalten dieser Anlagen in Verteilernetzen untersucht. Die Herleitung der mathematischen Modelle erfolgt im Laplace-Bereich und gibt die Möglichkeit her, neben ihrem Einsatz in Netzberechnungssoftware, die Auslegung und Optimierung der Regelung des gesamten Netzmodells zu berechnen. Die Ableitung der Regelungsmodelle der Wind-, Solar und statischen Generator-Anlagen erfolgt dabei in der Raumzeigerdarstellung im dq-Koordinatensystem. Mit Hilfe der Raumzeigerrechnung können elektrische Größen in Drehstromverbrauchern schnell berechnet und anschaulich im stationären Zustand als Gleichgrößen dargestellt werden. Der erste Teil der Arbeit behandelt die Auswahl der Netztopologie und Netzmodelle in der Power Factory Simulationsumgebung. Die ausgewählten Benchmark-Modelle sind synthetische 110-kV-Verteilernetze, die vorgelagerte Höchst- und nachgelagerte Mittelspannungsnetzmodelle beinhalten. Im zweiten Teil wird die Neue Direkte Spannungsregelung der dezentralen Erzeugungsanlagen implementiert. Die Regler werden unter Verwendung geeigneter Auslegungsverfahren, wie dem Betragsoptimum, hinsichtlich des dynamischen Führungsverhaltens eingestellt. Im dritten Teil wird ein worstcase betrachtet. Hier geht es um ein simuliertes Splitting-System Szenario. Ein großer Teil des Verteilernetzes trennt sich und bildet ein Inselnetzwerk. Das dabei entstehende Leistungsungleichgewicht, ein Sprung von ungefähr 5 bis 10 GW, soll durch die Spannungsregelung ausgeglichen werden. N2 - In this paper, the New Direct Voltage Control model of a decentralized generation plant is implemented in the simulation environment PowerFactory from DIgSILENT GmbH. This model will be used to analyze the stability and behavior of these plants in electrical power distribution networks. The derivation of the mathematical models is done through the Laplace transformation and gives the possibility to design and optimize the control of the network and integrate the system into a network calculation software. The derivation of the control models for wind, solar and static generator systems is done in space vector representation in the dq-coordinate system. Using the space vector calculation, electrical quantities of three-phase circuits can be calculated quickly, and vividly displayed since the dq-transformation provides Direct Current quantities in a steady state. The first part of the paper deals with the selection of network topology and network models in the Power Factory simulation environment. The selected Benchmark Models are synthetic 110-kV-distribution networks, including preceding high voltage and succeeding medium voltage network models. In the second part, the newly developed New Direct Voltage Control of DER is implemented. The controllers are designed regarding dynamic control behavior using suitable design methods, such as the absolute value optimum. In the third part, the worst-case scenario is considered. In this case, it is the simulation of a system splitting scenario, whereby a large part of the distribution network separates and becomes isolated. The resulting power imbalance, a jump of approximately 5 to 10 GW in the system, must be controlled by the voltage regulator. KW - Spannungsregelung KW - Stabilitätsverhalten KW - Erzeugungsanlagen KW - PowerFactory KW - Laplace-Bereich KW - Voltage control KW - Stability behavior KW - Generation-plant KW - Laplace-transformation KW - Elektrizitätserzeugung KW - Verteilungsnetz KW - Spannungsregelung KW - Laplace-Transformation Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-64445 ER - TY - THES A1 - Ying, Shaoqing T1 - Auswirkungen auf die Niederspannungsnetze bei hoher Penetration von innerstädtischen Photovoltaikanlagen und Elektrofahrzeugen T1 - Impact of a high penetration of urban photovoltaic systems and electric cars on the low voltage networks N2 - Durch die schnell steigende Durchdringung von innerstädtischen Photovoltaikanlagen und Elektrofahrzeugen in den Niederspannungsnetzen wird die zukünftige Versorgungsinfrastruktur herausgefordert. Die Schwerpunkte der Netzauswirkungen werden auf das Spannungsband und die tolerierte Netzbelastung der untersuchten Netze fokussiert. Das Ziel dieser Dissertation ist es, die zulässig installierbare Photovoltaikleistung in den Wohnsiedlungen zu ermitteln und die möglichen Lösungen zur Vermeidung des notwendigen Netzausbaues zu entwickeln. Zunächst wurde eine Untersuchung zur Ermittlung des Photovoltaikpotenzials in der Stadt Cottbus mit ca. 100.000 Einwohnern durchgeführt. Insgesamt ist ca. 250 MWp Photovoltaikleistung theoretisch installierbar. Dies kann zu einer maximalen Summeneinspeiseleistung von 200 MW führen, welche die derzeitige Lastspitze in Cottbus weit überschreiten würde. Zur Ermittlung der Netzauswirkungen auf die Niederspannungsnetze bei hoher Penetration von Photovoltaikanlagen und Elektrofahrzeugen wurden die folgenden drei Modelle erstellt: Das Photovoltaikeinspeisemodell basiert auf der gemessenen Globalstrahlung mit realen Zeitreihen in Cottbus. Zur Modellierung der Lastgänge von Haushalten wird das Standardlastprofil zur Verfügung gestellt. Die zusätzlichen Ladelastgänge von Elektrofahrzeugen werden den derartigen Lastgängen von Haushalten überlagert. Die Netzstruktur wurde für Ein- und Zweifamilienhaussiedlungen und Mehrfamilienhaussiedlungen modelliert. Die Simulationen wurden in der Netzberechnungssoftware ELEKTRA durchgeführt. Es ist festzuhalten, dass die installierbare Photovoltaikleistung in den Ein- und Zweifamilienhaussiedlungen beschränkt werden muss. Durch eine induktive Blindleistungsbereitstellung kann die zulässige Leistung erhöht werden. In den Mehrfamilienhaussiedlungen ist eine komplette Ausnutzung der Dachfläche mit Photovoltaikanlagen möglich. Zum Schluss wurden zwei Varianten durch Einsatz der Speichersysteme zur besseren Integration der Photovoltaikanlagen entwickelt und dann anhand eines Beispielnetzes demonstriert. N2 - With the fast growing penetration of photovoltaic systems and future electric cars in the low voltage networks, the energy supply will be challenged. Main concerns of the impact on the networks are focused on the voltage band and tolerable utilisation ratio. The aim of this dissertation is to evaluate the acceptable penetration limit of photovoltaic systems in the urban residential settlements and to find out solutions to avoid the necessary network extensions. In the first part a study of the photovoltaic potentials was carried out in the city of Cottbus that inhabits approximately 100.000 people. About 250 MWp photovoltaic capacities could be installed. This could result in a maximum photovoltaic power infeed of 200 MW, which would clearly exceed the current peak load and highly stress the grids. To analyse the impact of high penetration of photovoltaic systems and electric cars more specifically, the following three models must be created: The photovoltaic system model is based on the real solar radiation data in Cottbus. The standard load profile was used for the consumer model, where the electric cars were considered as additional loads. Different network models were investigated for detached house settlements and apartment settlements. The simulations were carried out in the software ELEKTRA. The results showed that, the permissible installable photovoltaic capacity per accommodation unit in the detached house settlement is supposed to be limited. By generating reactive power from the inverters of the photovoltaic generators, the permissible photovoltaic capacity can be increased. In the apartment settlements, the available roofs can be used for installation of photovoltaic systems without limitation. In the end, two solutions by using batteries for a better integration of the photovoltaic systems were developed and demonstrated in an example network. KW - Niederspannungsnetz KW - Elektrofahrzeug KW - Photovoltaikanlage KW - Photovoltaikanlagen KW - Elektrofahrzeuge KW - Netzauswirkungen KW - Spannungsband KW - Netzbelastung KW - Photovoltaic systems KW - Electric cars KW - Network impact KW - Voltage band KW - Network utilisation ratio Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-24421 ER - TY - THES A1 - Alcalde Melo, Henrique T1 - Integration of available regenerative energy sources in community networks for both electricity and heating T1 - Integration von regenerativen Energiequellen in ein kommunales Energienetz für Elektroenergie und Wärme N2 - In the last years, energy prices for German households have been increasing constantly. Some reasons for that include: the dependency of Germany on external fossil fuels to supply its energy demand, the decision to invest in renewable energy generation and to shut down all its nuclear power plants. Nowadays households are already able to generate energy on-site, however the generation potential depends on climatic conditions as well as the specific location and the type of the building. The aim of this work is to evaluate whether a community of new efficient single-family houses can generate enough energy on-site to supply its electricity and heating demand over the year based on renewable energy sources and with the support of energy storage systems, including electric vehicles. The theoretical community is situated in the city of Cottbus, Germany. For this community, an electricity load profile was designed based on the use of common devices and separated in controllable and uncontrollable loads. Electricity is generated on-site through photovoltaic panels and small wind turbines, and the electricity generation potential is evaluated based on the community’s available space, which is rather limited, and the actual regulations in the State of Brandenburg. A comparison of the available technologies to supply the heating demand as well as to store energy in the household sector is presented and discussed. It is assumed that each household has an electric vehicle that can be charged and also discharged in the community as an extra energy storage system. A software simulation system was designed with which an energy balance analysis is carried out based on hourly values of supply and demand. Under the assumptions taken for this study, the results of the simulation show that the community is able to generate more energy than consumed throughout a year, however in a few occasions there is not enough energy available to supply the community’s energy demand. Water can be heated up to 70°C at least once a week preventing the bacterium Legionella to grow. The community is able to supply 99% of the uncontrollable load group demand and 97% of the controllable load group demand. There is enough energy available to heat space during the cold months, if heat pumps with a coefficient of performance greater than two are used. The electric vehicles can be charged using the energy generated in the community via grid or extra battery banks. If energy prices continue to increase, German households will try to find solutions to reduce their energy bills. The integration of several households forming a community network is a solution that optimizes the energy use and space (especially taking wind turbines in consideration), and reduces investments. However, the implementation of such a community still depends on the availability of space, improvement and price reduction of energy storage systems, regulations for energy exchange as well as willingness of the people living in such a community to adapt their daily routine according to the availability of energy. N2 - In den letzten Jahren sind die Energiepreise für Haushalte in Deutschland stetig gestiegen. Einige Gründe dafür sind: die Abhängigkeit Deutschlands von externen fossilen Brennstoffen zur Deckung des eigenen Energiebedarf, die Förderungen von Energieerzeugung aus erneuerbaren Energien sowie die sukzessive Abschaltung aller Kernkraftwerke. Heutzutage sind Haushalte bereits in der Lage, dezentral Energie zu erzeugen. Das Potential zur Energieerzeugung hängt jedoch von den klimatischen Bedingungen sowie der konkreten Lage und Art des Gebäudes ab. Das Ziel dieser Arbeit ist es zu analysieren, ob eine Gemeinschaft bestehend aus energieeffizienten Passiv-Einfamilienhäusern genügend Energie auf Basis von erneuerbaren Energien dezentral erzeugen kann, um ihren gesamten Strom-und Wärmebedarf mit der Unterstützung von Energiespeichern im Laufe eines Jahres zu decken (einschließlich von Elektrofahrzeugen). Die theoretische Gebäudegemeinschaft befindet sich in der Stadt Cottbus, Deutschland. Für diese Gemeinschaft wurde ein Stromlastprofil, bestehend aus kontrollierbaren und unkontrollierbaren Belastungen, erstellt. Das Potential zur dezentralen Energieerzeugung basierend auf Photovoltaik- und kleinen Windkraftanlagen wird anhand der zur Verfügung stehenden Flächen sowie den gegenwärtigen gesetzlichen Vorschriften untersucht. Verfügbare Technologien zur Bereitstellung des Wärmebedarfs sowie aktuelle Speichertechnologien für Haushalte werden vergleichend vorgestellt und diskutiert. Es wird angenommen, dass jeder Haushalt ein elektrisches Fahrzeug besitzt, welches im Gemeinschaftsnetz auf- und entladen werden kann und somit auch als zusätzlicher Energiespeicher dienen kann. Um zu untersuchen, ob sich Energiebedarf und -erzeugung im stündlichen Zeitschritt decken, wurde eine Simulationssoftware entwickelt. Basierend auf den getroffenen Annahmen zeigen die Simulationsergebnisse, dass die dezentrale Energieerzeugung aus erneuerbaren Energien den Bedarf über den Zeitraum eines Jahres übersteigt. Es gibt jedoch einige wenige Zeitschritte, an denen der Bedarf größer als die Erzeugung ist. Es ist außerdem genug Energie vorhanden, um den Wassertank der Gemeinschaft einmal wöchentlich auf 70 °C zu erhitzen, um das Wachstum der Legionellen Bakterien zu verhindern. Die statistische Auswertung ergab, dass die Gemeinschaft 99 % der kontrollierbaren sowie 97 % der unkontrollierbaren Energiebedarfe decken kann. Außerdem steht genug Energie zu Verfügung um den Wärmebedarf während der kalten Wintermonate, unter Verwendung von Wärmepumpen mit einer Leistungszahl größer als zwei, zu decken. Die elektrischen Autos können sowohl mit der zur Verfügung stehenden Energie über das Gemeinschaftsnetz als auch über die Speichersysteme aufgeladen werden. Sollten die Energiepreise in Deutschland weiter ansteigen, werden Haushalte nach Möglichkeiten suchen ihre Stromrechnungen zu reduzieren. Die Integration von mehreren Haushalten zu einem Gemeinschaftsnetz könnte eine Lösung darstellen, welche sowohl die Energienutzung als auch den verfügbaren Platz (insbesondere unter Berücksichtigung von Windkraftanlagen) optimiert und Investitionen reduziert. Die Umsetzung einer solchen Gemeinschaft hängt jedoch vom verfügbaren Platz, der Weiterentwicklung und Kostenverringerung von Energiespeichersystemen, der Regulierung von Energieaustausch sowie der Bereitschaft der Gemeinschaft ab, ihre täglichen Abläufe an die Verfügbarkeit von Energie anzupassen. KW - Kommunale Energieversorgung KW - Erneuerbare Energien KW - Photovoltaik KW - Windkraftanlage KW - Elektroauto KW - Wärmepumpe KW - Passivhaus KW - Photovoltaic KW - Wind Turbine KW - Electric Vehicle KW - Heat Pump KW - Passive House Y1 - 2013 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-27742 ER - TY - THES A1 - Venna, Karthik Reddy T1 - A Simulation analysis to improve the dielectric strength inside High Voltage Vacuum Interrupters T1 - Simulationsanalyse zur Verbesserung der dielektrischen Festigkeit im Inneren von Hochspannungs-Vakuumschaltröhren N2 - Vacuum circuit breakers are expected to be one of the possible alternatives for SF6 circuit breakers in transmission voltages up to 230kV because of the excellent insulation as well as environmental friendly characteristics of vacuum. But for higher voltages, maintaining the electrical insulation inside and outside the interrupter tube is very important and becoming a challenge for the design engineers. Normally a vacuum interrupter consists of metal shields sandwiched between the ceramic insulator blocks inside the tube. The primary purpose of these metal shields is to protect the insulator walls by avoiding metal vapor deposition during the arcing process. On the other hand, these metal shields also influence the electric field distribution inside the interrupter tube. The presence of the metal shields may reduce the dielectric strength of the interrupter tube if proper measures are not taken. This research is devoted to provide the information about the possible areas inside and outside the interrupter tube that are considered as critical in terms of dielectric strength because of the presence of metal shields. Possible solutions are also given in this thesis to overcome the high field stress in these critical areas with the help of 2D simulations that are simulated in ANSYS Maxwell. The critical areas and their respective solutions presented in this work are (1) unidentified edges outside the interrupter tube which are formed by the metal shields that are inserted between the ceramic blocks. These edges, at high field stress, may act as a source of discharges between the interrupter tube and the outer insulator. This problem can be reduced by the combination of using a pressurized insulating gas (which is in this case N2) between interrupter tube and outer insulator and by extending the unidentified edges and covering them with field grading rings which are conductive in nature. (2) Triple junctions (Vacuum-Ceramic-Metal shield) are the sources of high field stress inside the interrupter tube and are considered as a primary source of Secondary Electron Emission Avalanche that takes place on the (3) ceramic surface. The triple junction emissions can be avoided by properly designing the insulator geometry at point of contact with the metal shield. In addition, inserting metal parts of certain depth at the both ends of the ceramic insulators can also reduce the field stress at the triple junctions and avoid surface flashovers on the ceramic surface. (4) The gap between the metal shield and the contact rod is also considered to be a critical area which can be highly stressed (field) if the geometry of metal shield curvature is not properly designed. Various metal shield curvatures are proposed and simulated and an optimum geometry is suggested that reduces the electric field stress between the metal shield and contact rod. Using this optimized metal shield curvature, the diameter of the interrupter tube can be reduced considerably which in turn reduces the size of the interrupter tube. N2 - Vakuum-Leistungsschalter sind eine der möglichen Alternativen zum SF6-Leistungsschalter in den Übertragungsspannungen bis 230kV auf Grund der ausgezeichneten Isolierung sowie umweltfreundlichen Eigenschaften des Vakuums sein. Aber für höhere Spannungen ist das Aufrechterhalten der elektrischen Festigkeit innerhalb und außerhalb der Schaltröhre sehr wichtig und immer eine Herausforderung für die Entwicklungsingenieure. Normalerweise enthält eine Vakuumschaltröhre Metallabschirmungen, die zwischen den Keramikisolatoren im Inneren der Röhre angeordnet sind. Der Hauptzweck dieser Metallabschirmungen ist, die inneren Wände des Isolators vor Metalldampf-Ablagerungen zu schützen, die während des Löschprozess auftreten. Diese Metallabschirmungen beeinflussen die elektrische Feldverteilung im Inneren der Schaltröhre und können daher die dielektrische Festigkeit der Schaltröhre reduzieren, wenn keine entsprechenden Maßnahmen getroffen werden. Ziel der vorliegenden Untersuchung ist es, Informationen über die möglichen Bereiche innerhalb und außerhalb der Schaltröhre zu sammeln, die aufgrund der Anwesenheit von Metallabschirmungen als kritisch hinsichtlich der dielektrischen Festigkeit angesehen werden. Mögliche Lösungen werden in dieser Arbeit genannt, um die hohe Feldstärke in diesen kritischen Bereichen mit Hilfe von 2D-Simulationen in ANSYS Maxwell zu reduzieren. Die kritischen Bereiche und ihre jeweiligen Lösungen in dieser Arbeit sind (1) undefinierte Kanten der Metallabschirmung außerhalb der Schaltröhre, die zwischen den Keramikteilen auftreten. Diese Kanten können bei hoher Feldstärke als Quelle von Entladungen zwischen der Schaltröhre und dem äußeren Isolator wirken. Dieses Problem kann durch die Kombination eines unter Druck stehenden Isoliergases (in diesem Fall N2) zwischen der Schaltröhre und dem äußeren Isolator und durch die Verlängerung der undefinierten Kanten in leitfähige Feldsteuerringe hinein vermieden werden, die als Abdeckung wirken. (2) Triple-Punkte (Vakuum-Keramik-Metall Abschirmung) sind die Ursache einer hohen Feldstärke in der Schaltröhre und werden als primäre Quellen der Sekundärelektronenemission gesehen, die als Stoßentladung auf der Keramikoberfläche (3) auftreten. Die Triple-Punkte-Emissionen können durch die richtige Gestaltung der Isolatoren am Kontaktpunkt mit dem Metallschirm vermieden werden. Zusätzlich werden durch Einsetzen von Metallteilen bestimmter Tiefe an den beiden Enden der Keramikisolatoren auch die Feldstärke im Triple-Punkte Bereich reduziert und Überschläge auf der Keramikoberfläche vermieden. (4) Der Abstand zwischen der Metallabschirmung und dem Kontaktbolzen wird ebenfalls als kritischer Bereich durch das hoch belastete Feld betrachtet, wenn die Krümmung der Metallabschirmung nicht richtig ausgebildet ist. Verschiedene Krümmungen für die Metallabschirmung werden durch Simulation untersucht. Eine optimale Geometrie der Krümmungen wird vorgeschlagen, die die elektrische Feldstärke zwischen der Metallabschirmung und dem Kontaktbolzen reduziert. Mit dieser optimierten Krümmung der Metallabschirmung kann der Durchmesser der Schaltröhre und damit das Volumen der Schaltröhre erheblich reduziert werden. KW - High voltage vacuum interrupter KW - Triple junctions KW - Field grading rings KW - Metal shields KW - ANSYS maxwell KW - Triple-Punkte KW - Feldsteuerringe KW - Elektrische Feldstärke KW - Hochspannungs-Vakuumschaltröhre KW - Metallabdeckungen KW - Vakuumschalter KW - Hochspannungsschalter KW - Durchschlagsfestigkeit Y1 - 2015 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-33551 ER - TY - THES A1 - Bao, Han T1 - Optimal design of 245kV SF₆ bushing by using genetic algorithm T1 - Optimale Gestaltung der 245kV SF₆ gasisolierte Durchführung durch genetischen Algorithmus N2 - Currently more and more researches of high voltage bushings are focused on the requirements for a simple structure, compactness and light-weight. The general operation of SF6 gas-filled bushings (SF6 bushings) is satisfying the requirements, but in the operation and design of SF6 bushings still many improvements may be possible. The minimizing of dimension might enhance the electric field strength (E) on the crucial points of bushings, which may lead to partial discharge, flashover and even break down. Electric field distribution along the surface mainly depends on contour design, besides the effect of contamination. This dissertation mainly describes the optimization of the bushings design by genetic algorithm. First, a model of SF6 bushing was developed and simulated for the theory purpose. Then, the potential breakdown problems were defined and the mechanisms of the potential breakdown were explained. Afterwards, the dissertation proposes an approach, i.e. genetic algorithm to optimize the contour design of SF6 bushings. The approach improved the execution efficiency by accessing the fitness values of searched solutions during the optimization process. To verify the effectiveness of the genetic algorithm, it has been applied to minimize the electric field strength at the critical positions. Furthermore, the critical points of SF6 bushings were optimized. Several new structures of the ground electrode were proposed and optimized separately by genetic algorithm. A new curve, i.e. cubic spline was applied to the contour of the top flange to avoid the influence of the triple points. By optimization E on the surface of top flange was minimized. The potential distribution on the surface of insulator was optimized by a new structure. By the genetic algorithm the contour of composite weather sheds (WS) was optimized as water-drop form. In summary, a more uniform potential distribution along the surface of weather sheds and minimal values of electric field strength at critical points can be derived effectively by genetic algorithm. In addition, a smaller dimension of SF6 bushing was obtained in comparison with presently available ones. N2 - In Schaltanlagen bis zur Spannungsebene 245 kV werden grob gesteuerte Durchführungen verwendet. Derzeit konzentrieren sich immer mehr Entwicklungen solcher Durchführungen auf eine einfache Gestaltung, kompakten Aufbau und geringes Gewicht. Obwohl im Allgemeinen SF6-gefüllte Durchführungen die gestellten Anforderungen erfüllen, gibt es weitere Möglichkeiten, die SF6-gefüllte Durchführung im Betrieb und Design zu verbessern. Geringere Dimensionen könnten die elektrische Feldstärke an Schwachstellen der Durchführung verstärken und dadurch Teilentladungen und Überschläge verursachen, die zur Zerstörung der Durchführung führen. Darüber hinaus hängt die elektrische Feldstärke von der Gestaltung der Oberfläche und vom Grad der Verschmutzung ab. Diese Dissertation stellt vor Allem die Optimierung der Strukturen einer SF6-gefüllten Durchführung mittels genetischem Algorithmus vor. Zunächst wurde ein Modell der SF6-gefüllten Durchführung entwickelt und für den Theorie-Zweck simuliert. Danach werden potentielle Probleme identifiziert und näher erläutert. Anschließend folgt eine Einführung in die Methode des genetischen Algorithmus zur Optimierung des Kontourdesigns. Die Ausführungseffizienz wird durch den Zugriff auf die Fitnesswerte während des Optimierungs-verfahrens verbessert. Die Validierung des genetischen Algorithmus wird durch Minimieren der elektrischen Feldstärke an den Schwachstellen verifiziert. Damit ist die Gestaltung der Schwachpunkte optimiert worden. Verschiedene neue Strukturen der Erdelektrode wurden vorgeschlagen und durch Anwenden des genetischen Algorithmus optimiert. Durch Verwenden einer neuen Kurve aus kubischen Splines wurde die Kontur der Kopfelektrode so gestaltet, dass der Einfluss von Tripelpunkten vermieden wurde. Die elektrische Feldstärke an der Oberfläche der Kopfelektrode ist durch Anwenden des genetischen Algorithmus minimiert worden. Die Potentialverteilung entlang der Oberfläche des Isolierkörpers wurde durch eine neue Struktur optimiert. Die Enden der Rippen des Silikon-Verbundisolators sind ebenfalls mit Hilfe des genetischen Algorithmus für das Verhalten bei Befeuchtung gestaltet worden. Unter Verwendung des genetischen Algorithmus sind eine gleichmäßigere Potentialverteilung entlang der Gehäuseoberfläche und minimale Werte der elektrischen Feldstärke an Schwachstellen erreicht worden. Die Dimensionen der so optimierten SF6-Durchführung sind geringer als die der ursprünglichen Durchführung. KW - Optimized contour design KW - SF6 bushing KW - Streamer theory KW - Ansoft Maxwell KW - Bézier curve KW - Optimale Gestaltung KW - SF6 Durchführung KW - Streamer Theorie KW - Ansoft Maxwell KW - Bézier Kurve KW - Hochspannungsanlage KW - Schwefelhexafluorid KW - Genetischer Algorithmus KW - Optimierung Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-31751 ER - TY - THES A1 - Stürmer, Henryk T1 - Ein Beitrag zur Spannungsaufteilung über den Unterbrechereinheiten von Hochspannungsleistungsschaltern ohne Steuerkondensatoren T1 - A contribution to the voltage division across the interrupter units of high voltage circuit breakers without grading capacitors N2 - Hochspannungs-Leistungsschalter mit mehreren Unterbrechereinheiten werden gängigerweise mit parallel geschalteten Steuerkondensatoren größerer Kapazität betrieben. Dadurch erfolgt eine weitgehend gleichmäßige Aufteilung der Spannung über die einzelnen Schaltstrecken. Der Einsatz von Steuerkondensatoren verursacht zusätzliche Kosten für die Leistungsschalter. Obendrein sind sie potentielle Fehlerquellen. Daher besteht ein Interesse, die Notwendigkeit der Steuerkondensatoren zu untersuchen. Hierzu sind die kleinen Kapazitäten der Unterbrechereinheiten des Hochspannungs-Leistungsschalters zu bestimmen, um die genaue Spannungsaufteilung ohne Steuerkondensatoren zu erhalten. Nach der Betrachtung verschiedener Verfahren zur relativ schwierigen Messung der kleinen Kapazitäten der Unterbrechereinheiten folgen Messungen sowie Feldsimulationen, um den Einfluss der Umgebung der Leistungsschalter im praktischen Betrieb auf die Spannungsverteilung über den unbeschalteten Unterbrechereinheiten zu ermitteln. N2 - High-voltage circuit-breakers are generally equipped with parallel grading capacitors of high capacitance. Thus, the voltage is distributed almost equal across the individual interrupting units. The use of grading capacitors means additional costs for the circuit-breakers. Moreover, they are potential sources of failures. Therefore, it is of interest to investigate the necessity of grading capacitors. As a precondition the small capacitances of the interrupter units of the circuit-breaker have to be measured to find the exact voltage distribution without grading capacitors. After considering various methods for the relatively difficult measurement of the small capacitances of the interrupter units measurements have been carried out. They have been complimented by field simulations to determine the influence of the environment on the voltage distribution across the interrupter units without grading capacitors in practical service. KW - Hochspannungsleistungsschalter KW - Spannungsaufteilung KW - High voltage circuit breaker KW - Voltage distribution KW - Hochspannungsleistungsschalter KW - Spannungswandler Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-31802 ER - TY - THES A1 - Challagondla, Naresh Kumar T1 - Behaviour of water drop on the insulator surface and study of electric field distribution on parallel insulators under DC T1 - Verhalten von Wassertropfen auf der Isolator-Oberfläche und Untersuchung der elektrischen Feldverteilung auf parallelen Isolatoren unter DC N2 - With the recent developments in electrical transmission system, HVDC transmission for long distances has become feasible. With this development, many insulators are being used in HVDC system. Different kinds of insulators are situated at different places (example: desert, near to sea, agriculture area, etc.) so they will get expose to different types of pollution. Pollution affects the behavior of insulation in terms of breakdown and withstand capability. The application experience of insulators under HVDC conditions is limited. There is a necessity to understand the flashover performance and to recognize key parameters in the design and dimensioning of insulators used under HVDC conditions. This dissertation presents the difference between the analysis of partial breakdowns at AC and DC. The dissertation explains the behavior of a water drop on insulator shed surface energized with DC. It deals with the moving water drop and hanging drop at the edge of the shed. There are many situations where insulator structure should be in parallel. For example, the structure of insulators in vertical disconnector equipment often is parallel. If insulators are arranged in parallel, then the behavior of the electric field is totally different. It is important to know the behavior of these insulators used in HVDC system. This report also explains the pollution and non-pollution behavior of parallel insulators energized with DC. The results can be a source of information to optimize the design and dimensioning of HVDC insulators, especially in pollution conditions. N2 - Mit den neuen Entwicklungen im Bereich der elektrischen Übertragungsnetze wurde die HGÜ für große Entfernungen ermöglicht. Durch diese Entwicklungen werden viele Isolatoren im HGÜ-System verwendet. Unterschiedliche Arten von Isolatoren werden an verschiedenen Orten eingesetzt (z.B.: in der Wüste, in der Nähe vom Meer, im landwirtschaftlichen Bereich, etc.), wodurch sie auch unterschiedlicher Verschmutzung ausgesetzt werden. Die Verschmutzung beeinflusst das Verhalten der Isolation in Bezug auf ihre Belastbarkeit und ihr Versagen. Die praktischen Erfahrungen mit Isolatoren unter HGÜ-Bedingungen sind begrenzt. Es ist erforderlich das Überschlagverhalten zu verstehen und die wichtigen Parameter für die Auslegung und Dimensionierung von Isolatoren unter HGÜ Bedingungen zu erkennen. Diese Dissertation stellt den Unterschied zwischen Teilentladungen bei AC und DC dar. Die Dissertation erklärt das Verhalten eines Wassertropfens auf der Schirm Oberfläche des Isolators bei angelegter DC Spannung. Sie befasst sich mit bewegten Wassertropfen und hängenden Tropfen am Rand des Schirms. Es gibt viele Situationen, in denen eine parallele Isolator-Struktur erforderlich ist. Zum Beispiel kommt in vertikalen Trennschaltern eine parallele Struktur der Isolatoren vor. Wenn Isolatoren parallel angeordnet sind, ist das Verhalten des elektrischen Feldes völlig unterschiedlich. Es ist wichtig, das Verhalten der Isolatoren in der HGÜ-Anlage zu kennen. Dieser Bericht erklärt auch das Verhalten bei der Verschmutzung und im verschmutzungsfreien Zustand von parallelen Isolatoren unter DC Spannung. Die Ergebnisse können als Informationsquelle verwendet werden, um die Auslegung und Dimensionierung von HGÜ-Isolatoren, insbesondere bei Verschmutzung, zu optimieren. KW - HVDC KW - High-Voltage insulators KW - Pollution performance KW - Water drop behavior KW - Parallel insulators KW - Ansys Maxwell KW - HGÜ KW - Hochspannungsisolatoren KW - Verhalten bei Verschmutzung KW - Verhalten von Wassertropfen KW - Parallele Isolatoren KW - Hochspannungsisolator KW - Wassertropfen Y1 - 2015 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-33718 ER - TY - THES A1 - Federau, Erik T1 - Ein Beitrag zur Konzeptionierung eines Leitsystems für ein steuerbares Microgrid T1 - A contribution to the conceptual design of a control system for a controllable microgrid N2 - Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung eines Leitsystems für ein Microgrid. Der Begriff Leitsystem beschreibt die Gesamtheit aller Komponenten und Einrichtungen für eine zentrale Steuerungs- und Überwachungszentrale, in der eine Datensammlung aus hierarchisch niederen Ebenen erfolgt. Das Ziel: Prozesse und Abläufe sollen erfasst und für den Anwender sichtbar gemacht werden. Als Microgrid wird in diesem Kontext ein inselnetzfähiges, lokal begrenztes Smart Grid bezeichnet. Grundlage für die Entwicklung eines Leitsystems für ein Microgrid bildet die klassische Verteilung der Ebenen zur Anpassung standardisierter und anwendungserprobter Strukturen. Diese werden im Rahmen alternativer Ansätze abgestimmt. So wird das „Smart Grid Architecture Modell“ (SGAM) auf die Ebenen des Microgrids angewendet. Hier wird innerhalb der Ebenen nach spezifischen Aufgaben und den damit verbundenen Eigenschaften unterschieden. Das hat eine Komplexitätsreduzierung der fünf Ebenen zur Folge. Vor dem Hintergrund spezifischer Normungsaktivitäten kann so die Erarbeitung bzgl. Interoperabilitätsbedingungen innerhalb der Bereiche problemloser und übersichtlicher gehandhabt werden. In der vorliegenden Arbeit werden verschiedene Leitsystemansätze für ein Microgrid vorgestellt. Diese können dezentrale Anlagenteile in ihren separaten Steuer- und Regelprozessen anleiten oder zum Teil beeinflussen. Ein Energiemanagementsystem mit Microgrid-relevanten Applikationen und Fahrplantools wird als Hilfsmittel zur bedarfsgerechten Führung eines intelligenten Kleinstnetzes ebenfalls abgebildet. Abschließend erfolgt die Implementierung eines Leitsystems in ein universitäres Microgrid. N2 - This thesis deals with the development of a control system for a microgrid. The term control system herewith is used to describe all components and devices of a centralized control and monitoring center in which a collection of data from hierarchically lower levels takes place. Its aim is to track processes and procedures and to make them visible for the user. In this context, a microgrid describes a separate (stand-alone) and locally limited Smart Grid. Developing a control system for a microgrid is based on the conventional allocation of the levels to adapt standardized and field-proven structures. As part of alternative approaches the latter are adjusted accordingly. Thus the “Smart Grid Architecture Model” (SGAM) is applied to the levels of a microgrid. Within these levels a distinction is made concerning specific tasks and their according characteristics. This leads to a reduction of complexity within the five levels. Against the backdrop of specific standardization activities, the development according to interoperability requirements within these levels can be handled clearly and without problems. In this thesis different control system approaches for a microgrid are presented which can guide or partially influence decentralized plant components within their separate control and regulating processes. Furthermore, an energy management system with microgrid-relevant applications and timetable tools is also presented as a supportive mean for a needs-orientated management of an intelligent microgrid. A control system such as this has been implemented into a microgrid on campus. KW - Micro Grid KW - Smart Grid KW - Leitsystem KW - Kleinstnetz KW - Control system KW - Microgrid architecture model KW - Elektrizitätserzeugung KW - Algorithmus Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-37687 ER - TY - THES A1 - Taheruzzaman, Muhammad T1 - Design, modelling, and planning of renewable energy integrated microgrid for rural electrification in Bangladesh N2 - The Electric power crisis is one of the major problems in Bangladesh, the gap between demand and generation is increasing day by day. Moreover, most of the power plants are gas based which will be phased out in future. An alternate electric supply is an essential part for electrifying the developing countries, in this context an innovative approach of rural electrification including DC microgrid, mini-grid and nanogrid would be technically and economically feasible. The thesis draws also attention on the development of technology which enables community owned power system to emerge in the rural areas based on distributed SHS and demand of that community. Firstly, the electric status and renewable potential in Bangladesh are studied and considered those data into the software based simulation to analysis the technical feasibility to implement DC microgrid by Homer pro tools. The distributed RES (Renewable Energy sources) considered solar PV and biomass. The booming of a large number of individual SHS (Solar Home System) in Bangladesh, bottom-up energy sharing concept would have studied to configure the optimal design of microgrid system and different configuration including grid connected and DC and AC system studied. Secondly, The PV module is highly dependent on cell temperature and solar irradiance, the ambient temperature, and solar irradiance mathematical equation have been considered to model and simulate in MATLAB/SIMULINK based environment. Similarly charge controller, battery operation, and performance analysis with respect to the PV model. In the distributed energy sources are mainly SHS including large size and regular also model and simulate in MATLAB/SIMULINK software. For instance, the thesis mainly focuses on an optimal design, planning, sizing of DC hybrid microgrid, the SHS, and biomass-based power system with the goal of maximizing the efficiency and reliability. Homer Pro tool used in the work for design an optimal configuration and sizing for technical feasibility. Finally, a model of DC microgrid compresses with micro sources like SHS systems, µ-CHP, the household loads model in MATLAB/SIMULINK. Decentralized SHS control strategies (droop control) and operation also design and model in MATLAB/SIMULINK environment, where DC – DC converter needs to couple SHS and DC microgrid. KW - Biomass KW - Microgrid KW - Solar home system KW - Rural electrification KW - SIMULINK KW - Biomasse KW - Energiemanagement KW - Fotovoltaikanlage KW - Elektrifizierung KW - Ländlicher Raum Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-39884 ER - TY - THES A1 - Bonkarev, Maxim T1 - Concept analysis for High-Voltage Direct-Current circuit breakers for application in a network of HVDC transmission T1 - Konzeptanalyse für Hochspannungsgleichstrom-Übertragungsschalter für die Anwendung in einem HGÜ Übertragungsnetz N2 - For several decades HVDC technology was used primarily for point-to-point bulk power transmission. Although multiterminal HVDC systems are very few in number, it is expected that multiple HVDC links may be interconnected into HVDC transmission grid. Since every meshed grid requires reliable protection solution, an HVDC circuit breaker must be developed and introduced. This thesis focuses on the performance evaluation of different HVDC circuit breaker concepts. The performance evaluation study is carried out by means of numerical simulations. The obtained quantitative results describe capabilities and limitations of different HVDC circuit breaker concepts as well as the reaction of HVDC network on switching operations. Different converter protection measures and in particular application of fault current limiter were considered, too. Based on the research findings, a number of recommendations for HVDC circuit breaker development are given and suggestions for further research activities are presented. N2 - Seit mehreren Jahrzehnten wurde die HGÜ-Technologie hauptsächlich für die Punkt-zu-Punkt Übertragung der großen Strommengen verwendet. Obwohl multiterminale HGÜ-Systeme nicht zahlreich vertreten sind, wird erwartet, dass mehrere HGÜ-Leitungen in HGÜ-Netz verbunden werden können. Da jedes vermaschte Stromnetz zuverlässige Schutzlösung erfordert, muss ein HGÜ-Leistungsschalter entwickelt und eingesetzt werden. Diese Doktorarbeit konzentriert sich auf die Leistungsbewertung der verschiedenen HGÜ-Leistungsschalterkonzepte. Die Leistungsbewertungsstudie wird durch numerische Simulationen durchgeführt. Die erhaltenen quantitativen Ergebnisse beschreiben Möglichkeiten und Grenzen der verschiedenen HGÜ-Leistungsschalterkonzepte sowie die Gegenwirkung des HGÜ-Netzwerkes auf Schaltvorgänge. Verschiedene Umrichter-Schutzmaßnahmen und insbesondere Anwendung der Strombegrenzer wurden auch untersucht. Auf Grundlage der Forschungsergebnisse werden eine Reihe von Empfehlungen für die Entwicklung des HGÜ-Leistungsschalters gegeben und Anregungen für weitere Forschungsaktivitäten vorgestellt. KW - Multi-terminal HVDC KW - HVDC circuit breaker KW - Fault protection methods KW - Network response KW - Simulation-based performance evaluation KW - Multiterminale HGÜ KW - HGÜ-Leistungsschalter KW - Fehlerschutzmethoden KW - Netzwerkreaktion KW - Simulationsbasierte Leistungsbewertung KW - Hochspannungsgleichstromübertragung KW - Vermaschtes Netz KW - Netzschutz KW - Leistungsschalter KW - Fehlererkennung Y1 - 2015 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-35459 ER - TY - THES A1 - Dewi, Sari T1 - Repowering public utility grid by integrating hydro, PV and wind into the grid to supply electricity in Palu (Indonesia) T1 - Erneuerung des öffentlichen Stromversorgungsnetzes durch Integration von Wasserkraft, PV und Wind in das Netz zur Stromversorgung in Palu (Indonesien) N2 - The use of renewable energy sources, either off-grid or on-grid to supply electricity, has been done by developed countries since many years ago. Developing countries, for example Indonesia especially east part of Indonesia have recently started this way whereas renewable energy potential for example hydro, PV and wind are abundantly available. The lack of research and data is one of the obstacles to precede the use of renewable energy in this area, meanwhile this area has electricity shortages problem that occurred quite often. Combined hydro, PV, wind, coal and diesel generators will solve electricity shortages problem in Palu (Indonesia). Integration of Hydro, PV and wind into PALAPAS utility grid will decrease levelized cost of energy from US$ 0.145 per kWh to US$ 0.133 per kWh. Sensitivity analysis against fluctuating fuel cost (from US$ 0.4 per litre to US$ 1.6 per litre) will increase levelized cost of energy before integrating renewable energy into the grid from US$ 0.145 per kWh to US$ 0.455 per kWh and will increase levelized cost of energy after integrating RE into the grid from US$ 0.133 per kWh to US$ 0.403 per kWh. Repowering grid with integrating hydro, PV and wind will increase power quality especially by using configuration based on homer results. Buses voltage and buses frequency showed better result before, during and after some faults based on Homer simulation results. Voltage spectrum and sinusoidal waveform voltage are showing less distortion after integrating hydro, PV and wind into the grid even with no distortion based on Homer results. N2 - Die Nutzung erneuerbarer Energiequellen, die entweder netzunabhängig oder netzfern Strom liefern, ist seit vielen Jahren Aufgabe der Industrieländer. Entwicklungsländer wie Indonesien, insbesondere der östliche Teil, haben kürzlich damit begonnen. Mangelnde Forschung und Datenmangel sind eines der Hindernisse, die der Nutzung erneuerbarer Energien in diesem Bereich entgegenstehen. In diesem Gebiet treten häufig Probleme mit Stromengpässen auf. Die Kombination von Wasserkraft-, PV-, Wind-, Kohle- und Dieselgeneratoren wird das Problem der Stromknappheit in Palu (Indonesien) lösen. Durch die Integration von Wasserkraft, PV und Wind in das Versorgungsnetz von PALAPAS werden die gestaffelten Energiekosten von 0,145 US-Dollar pro kWh auf 0,133 US-Dollar pro kWh gesenkt. Sensitivitätsanalysen bei schwankenden Brennstoffkosten (von 0,4 US-Dollar pro Liter auf 1,6 US-Dollar pro Liter) erhöhen die Energiekosten vor der Integration erneuerbarer Energien von 0,145 US-Dollar pro kWh auf 0,455 US-Dollar pro kWh und erhöhen die Energiekosten nach der Integration von RE in das Stromnetz von 0,133 US-Dollar pro kWh auf 0,403 US-Dollar pro kWh. Das Repowering-Grid mit integrierter Wasserkraft-, PV- und Windenergie wird die Stromqualität erhöhen, insbesondere durch die Konfiguration auf Grund von Homer-Ergebnissen. Die Busspannung und die Busfrequenz zeigten ein besseres Ergebnis vor, während und nachdem einige Fehler auf der Grundlage von Homer-Ergebnissen passierten. Das Spannungsspektrum und die sinusförmige Wellenformspannung zeigen weniger Verzerrung, nachdem Wasserkraft, PV und Wind in das Netz integriert wurden, selbst wenn keine Verzerrungen aufgrund von Homer-Ergebnissen auftraten. KW - Shortage KW - Repowering KW - Grid KW - Integration KW - Energy KW - Engpass KW - Erneuerung KW - Netz KW - Integration KW - Energie KW - Palu, Indonesien KW - Erneuerbare Energien KW - Energieversorgungsnetz KW - Elektrizitätseinspeisung Y1 - 2018 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-45472 ER - TY - THES A1 - Schmoger, Christin T1 - Sicherheitsbetrachtungen im Fall von stromstarken Erdfehlern in NOSPE-Netzen und bei Netzkopplung T1 - Safety assessments in the case of high-current earth faults in networks with low-impedance neutral point treatment and with network coupling N2 - Der von der Energiewende-bedingte Verteilnetzausbau mit Kabelstrecken beeinflusst den Umgang mit der Sternpunktbehandlung. Neben klassischen Umstellungsmaßnahmen sind neue Lösungen 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 mögliches personengefährdendes Potential zu bewerten, welches aus der Stromverteilung an der Fehlerstelle resultiert. In der Praxis wird dabei rechnerisch die zulässige Erdungsimpedanz über den relevanten Teilstrom (dargestellt über den Reduktionsfaktor) und dem, aus dem Schutzkonzept resultierenden, Grenzwert für die Berührungsspannung vorgegeben und messtechnisch geprüft. 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 möglicher 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 durchgeführt. Die Herausforderung bestand darin, Lösungen zum eindeutigen messtechnischen Nachweis beider Parameter infolge von Überlagerungseffekten 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 schlägt aufgrund der Herausforderungen in der Praxis eine Erweiterung zur eindeutigen Definition vor. Erstmalig konnten anhand des Versuchs die Modellansätze von Berechnungsverfahren für den Reduktionsfaktor geprüft und bestätigt 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 für die Bewertung der Berührungsspannung Kombinationspaare, die nach dem Modell der DIN EN 50522 oder Modifizierungen in der Berechnung ausgelegt und mittels klassischer Messung bewertet werden können. Die Dissertation liefert damit einen Diskussionsbeitrag, wie sich die Auslegung von Erdungsanlagen durch geeignete Verfahren weiterentwickeln kann. N2 - The grid expansions caused by the German Renewable Energies Act (EEG) have an impact on the neutral point treatment of grids due to the addition of power cables instead of overhead lines. Besides conversion measures new solutions for the coupling of networks with different neutral earthing have to be discussed. The focus of the dimensioning of grids with high fault currents is on the rating of the grounding systems in combination with an appropriate selective protection concept to meet personal safety requirements. The concept of calculation and measurement of the grounding impedance is based on the DIN EN 50522. Especially in medium-voltage networks, uncertainties occur within the planning process regarding the appropriate choice of parameters according to the right interpretation of the German standard DIN EN 50522. Hence, this thesis focusses on the following core areas Development of computational procedures for the determination of reduction factors in inhomogeneous and open ring systems of a medium-voltage network; Discussion of models and present measurement standard methods for earthing impedances. To answer the questions, a methodology for the evaluation of data gathered in a short-circuit to earth trial was developed and actually tested in a real existing network for the first time in the German-speaking countries. Especially in the trial an explicit separation of both parameters is essential for a proper interpretation of the results. The Thesis concentrates on the overlapping effect and elaborates possible solution concepts for the parameters metrological evidence. The results of the trial have been compared with calculation methods, measurement methods and existing models of the earthing impedances. The scientific discoveries of this Thesis have been compared with the requirements of the German standard DIN EN 50522 to derive recommendations for the practical application. Reduction factor and earthing impedance are interpreted differently. For this reason, the dissertation analysis the overhead line model of the DIN EN 50522 and proposes to an enhanced model to define discussed practical challenges explicit. Theoretical and practical analyses of the reduction factor further qualify already developed calculation methods and suggest corresponding safety margins for VPE-cables. The comparison of the trial and standard methods indicates that different earthing impedances, caused by the chain conductor, are possible. The interpretation of the earthing impedance has an immediate impact on the reduction factor determination. Within the trial, different combinations of reduction factors with earthing impedances were investigated for the valuation of safety requirements. By means of the evaluation of the short-circuit to earth trials within this Thesis an approach is shown, how the dimensioning of grounding systems with consideration of appropriate measuring and calculation procedures can be developed further. KW - Erdungsanlagen KW - Reduktionsfaktor KW - Erdungsimpedanz KW - Sternpunkterdung KW - DIN EN 50522 KW - Grounding system KW - Reduction factor KW - Earthing impedance KW - Neutral point treatment KW - EN 50522 KW - Mittelspannungsnetz KW - Erdschluss KW - Sternpunkterdung KW - Wechselstromwiderstand KW - Impedanzmessung Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-51131 ER - TY - THES A1 - Dhara, Madhavi T1 - Wirkung von Kabelschirmungskonzepten auf abgestrahlte Magnetfelder von elektrischen Antriebssträngen in Elektro- und Hybridfahrzeugen T1 - Influence of cable shielding concepts on radiated magnetic fields from electric drive trains in pure electric and hybrid vehicles N2 - Jede elektrische, elektronische Komponente für Kraftfahrzeugsanwendungen muss auf Komponentenebene und nach der Montage im Fahrzeug die elektrischen, magnetischen und elektromagnetischen Emissionsanforderungen gemäß Normen erfüllen. Die Entwicklung von Konzepten der elektromagnetischen Verträglichkeit für ein elektrisches Kraftfahrzeug erfordert ein gründliches Verständnis der elektromagnetischen Kopplungsmechanismen des Hochvoltsystems. An einen Elektroantrieb werden vielfältige Anforderungen gestellt. Daraus ergibt sich eine eingeschränkte Handlungsfreiheit zum Erreichen der elektromagnetischen Verträglichkeit. Daher ist es im Entwicklungszyklus nötig, Ressourcen mit Kenntnis der elektromagnetischen Verträglichkeit frühzeitig zielgereicht einsetzen zu können. Hierbei gilt es Designparameter frühzeitig festzulegen und bereits dabei eine Ergebnisbewertung vornehmen zu können. Die Wellenlängen der dominanten Spektren elektromagnetischer Störungen von Spannungsquellenpulswechselrichtern im Vergleich zu den geometrischen Abmaßen eines normal großen Fahrzeugs fallen in den Nahfeldbereich. Dies ermöglicht einen quasistationären Ansatz, bei dem das elektrische Feld und das Magnetfeld getrennt untersucht und analysiert werden können. Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt auf der gestrahlten Magnetfeldkopplung in einem Kraftfahrzeug mit einem Elektroantrieb. Üblicherweise erfordert ein Elektroantrieb für seinen Betrieb funktionale Ströme höherer Größenordnung. Das pulsweitenmodulierte Spannungsschalten der leistungselektronischen Wandler, z.B. bei Pulswechselrichter und Gleichstrom (DC)/DC Wandler, verursacht zusätzlich zu den funktionalen Strömen auch parasitäre Ströme. Diese werden durch Spannungsänderungen am Ausgang der Leistungselektronik erzeugt, die die verteilten Kapazitäten z.B. Statorwicklung zu Rahmenkapazität der elektrische Maschine, anregen. Diese Ströme führen 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 für 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 Masseschleifenströme, d.h. die Schirmwirkung, entscheidend für die Magnetfelder. Neben diesen Stromverteilungen sind die Magnetfelder wesentlich von der Geometrie der Hochvoltkabelführung und dem Frequenzbereich abhängig. In dieser Arbeit werden drei Arten von Schirmungskonzepten für Hochvoltkabel mittels analytischer Modellierung betrachtet. Die drei Schirmungskonzepte sind einzeln geschirmte Kabel in koaxialer Ausführung, mehradrige geschirmte Kabel in Summenschirmausführung und ungeschirmte Kabel mit parallelem Massedraht als Schirm. Die erstellten analytischen Modelle werden genutzt, um die gestrahlten Magnetfeldemissionen vorherzusagen. Ein Vergleich zur Bestätigung der Anwendbarkeit der analytischen Modelle für ein Elektroantriebssytem wird vorgestellt. Die Wirkung der verschiedenen Schirmungskonzepte für das Kraftfahrzeug wird dargelegt. N2 - Every electronic, electrical component for automotive applications has to comply with the electric, magnetic and electromagnetic emission requirements according to the norms and standards during component test and after its assembly in the vehicle. The development of electromagnetic compatibility concepts for electric vehicles require a thorough understanding of electromagnetic coupling mechanisms of the high volatage system. Limited freedom of modifications in vehicle electric drive necessitates the optimal utilization of available resources which further requires adequate recognition and assessment of electromagnetic compatibility related design parameters. The wavelengths of dominant electromagnetic interferences from voltage source inverter compared to geometrical dimension of a regularly sized vehicle will fall into near field region. It enables a quasi-steady approach in which the electric and magnetic fields can be investigated and analysed seperately. The focus of this work is laid on the radiated magnetic field coupling in an automotive electric drive. Usually automotive electric drive involves higher order functional currents for its operation. Pulse width modulated voltage switching of the power electronic converters like inverter and DC/DC converter causes parasitic currents additional to the functional ones. Parasitic currents are generated due to unbalanced voltages at the output of the power electronics which excite the distributed capacitances for e.g. stator winding to frame capacitance of the motor. These currents result in magnetic field emissions which face stringent requirements on vehicle level. Magnetic fields depend on the current strength, geometry, coupling on antennas and wires or other electronic devices. Shields are systematically used to reduce radiated emissions in automotive electric drive applications, so for the high voltage cables. The relatively small quantities of a non ideal cable shield are of importance due to the high level of radiated emissions. As a consequence, the shield and ground loop currents i.e. shielding effectiveness are decisive for magnetic fields. Along with these current distributions, the magnetic fields are significantly dependent on the geometry of high voltage cable routes and the characteristics in frequency domain. In this work, three types of shielding strategies for high voltage cables i.e. individually shielded cables, multiconductor shielded cables and unshielded cables with parallel ground wire which functions as shield are considered for analytical modelling to predict radiated magnetic field emissions. A comaparitive study on their applicabilty in the automotive electrical drive system is presented. KW - Magnetfeld KW - HV Kabelschirmungskonzepte KW - Gleichtaktströme KW - Gegentaktströme KW - Übertragungsfunktionen KW - Magnetic field KW - HV cable shielding concepts KW - Common mode currents KW - Differential mode currents KW - Transfer functions KW - Elektrofahrzeug KW - Hybridfahrzeug KW - Triebstrang KW - Kabel KW - Elektromagnetische Verträglichkeit KW - Magnetische Abschirmung Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-55008 ER - TY - THES A1 - Jende, Enrico T1 - Ein Beitrag zur modellgestützten Planung und zum Betrieb sektorenübergreifender Energiespeicher mit Fokus auf die Strom- und Wärmeversorgung in Microgrids T1 - A contribution to model-based planning and operation of cross-sectoral energy storage systems with focus on power and heat supply in Microgrids N2 - Zur Einhaltung der Dekarbonisierungsziele und Bewältigung 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, Wärme, Kälte und Mobilität 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 dargebotsabhängige Energiewandlung zu verstehen. Aus diesem Grund werden P2X-Energiewandler mit sektoralen Energiespeichern und flexiblen bedarfsgerechten Energiewandlern hin zu sektorenübergreifenden Energiespeichern aggregiert. Diese sind nicht nur in der Lage den Herausforderungen eines zunehmend aus EE bestehenden Energieversorgungssystems (EVS) entgegenzuwirken, sondern einen Beitrag zur sektorenübergreifenden Energiebedarfsdeckung und Dekarbonisierung zu leisten. In diesem Zusammenhang ist in den vergangenen Jahren auf dem Campus der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus-Senftenberg (BTU) eine Forschungs- und Demonstrationsanlage entstanden, welche sektorale und sektorenübergreifende Energiespeicher topologisch lokal aggregiert und hinsichtlich der Netzbetriebsführung verknüpft. Dieser dezentrale Anlagenverbund bietet eine herausragende Möglichkeit, einen sektorenübergreifenden Betrieb der dezentralen EVS auf lokaler Ebene zu untersuchen. Als Forschungsgegenstand und Teilsystem der Forschungs- und Demonstrationsanlage gilt im Folgenden der sektorenübergreifende Energiespeicher bestehend aus den Technologien der Kraft-Wärme-Kopplung, Power-to-Heat und einem thermischen Energiespeicher. Dieser Anlagenverbund wird innerhalb der Systemgrenzen eines Microgrid unter größtmöglicher Nutzung erneuerbarer Energien am Beispiel der PV untersucht. Ein Simulationsmodell erweitert diesen Forschungsgegenstand und zielt auf modellgestützte Untersuchungen zur Planung und zum Betrieb des sektorenübergreifenden Energiespeichers, insbesondere zur stromnetzdienlichen Systemintegration. Die Ergebnisse der Untersuchungen werden im Folgenden dargestellt und gelten als Beitrag zur Systemintegration von sektorenübergreifenden Energiespeichern in die lokale dezentrale Energieversorgung. N2 - To comply with the decarbonisation objectives and to tackle the challenges of the holistic transformation of the energy system in the context of the politically demanded energy transition, is increasingly being used the term sector coupling. The electrification of the gas, heat, cooling and mobility sectors, which is based on the term Power-to-X (P2X), plays a key role here. P2X energy converters and the associated use of renewable energies (EE), e.g. from photovoltaic (PV) and wind, are as a supply-dependent energy conversion to understand in to the volatile power generation of renewable energy plants. For this reason P2X energy converters with sectoral energy storage systems and flexible demand-oriented energy converters are aggregated into cross-sectoral energy storage systems. These are not only able to contract the challenges of an increasing renewable energy supply system (EVS), but also to make a contribute to cross-sectoral energy coverage and decarbonisation. In this context, a research and demonstration facility was built in recent years on the campus of the Brandenburg Technical University Cottbus-Senftenberg (BTU), which aggregates sectoral and cross-sectoral energy storage topologically local and links it regard in to grid operation management. This decentralized network of facilities provides an excellent opportunity to investigate cross-sectoral operation of decentralized EVS in a local level. In the following the research subject and subsystem of the research and demonstration plant is named the cross-sector energy storage consisting of the technologies of combined heat and power, power-to-heat and a thermal energy storage. This system composite is investigated within the system limits of a microgrid with the greatest possibility use of renewable energies using e.g. PV. A simulation model extends this research thesis and aims at a model-based investigations for the planning and operation of the cross-sector energy storage, in particular for grid-compliened system integration. The results of the investigations are presented below and are considered to contribute to the system integration of cross-sectoral energy storage into the local distributed energy supply system. KW - Microgrid KW - Sektorenkopplung KW - Dezentrale Energieversorgung KW - Sektorenübergreifender Energiespeicher KW - Sector coupling KW - Decentralized energy supply KW - Cross-sectoral energy storage KW - Microgrid KW - Microgrid KW - Elektrizitätsversorgungsnetz KW - Dezentrale Energieversorgung KW - Dezentrale Wärmeversorgung Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-52906 ER - TY - THES A1 - Engelbrecht, Daniel T1 - Untersuchung der Potentiale und Anforderungen an ein Wirkleistungsmanagement im Verteilnetz mit hohem Anteil von dezentralen Erzeugungsanlagen T1 - Study of the potentials and requirements for an Active Power Management in the distribution system with high propotion of regenerative generation units N2 - 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 zukünftigen Märkten. In der Arbeit werden organisatorische und technische Lösungen entwickelt, welche eine sichere Bereitstellung von Regelleistung sowie eine Unterstützung durch den Verteilnetzbetreiber für ein systemdienliches Engpassmanagement des Übertragungsnetzbetreibers ermöglichen. Anhand eines 110-kV-Modellnetzes werden die technischen Lösungen aufgezeigt und bewertet. Dabei zeigt sich, dass eine erweiterte Betriebsplanung im Verteilnetz notwendig wird. Mögliche Konflikte können im Vorfeld durch eine Netzzustandsbewertung und Informationsübermittlung gelöst werden. Weiterhin können Anforderungen des ÜNB zur Unterstützung zum Redispatch im Rahmen einer Vortagesplanung integriert werden. Zur Realisierung der Prozesse und somit Erfüllung der neuen Anforderungen sind zum Teil technische Ände-rungen in den Systemen der Netzführung sowie organisatorische und rechtliche Anpassungen in der Handhabung des Engpassmanagements notwendig. Hierzu werden in der vorliegenden Arbeit konkrete Empfehlungen ausgesprochen. N2 - This thesis presents new potentials and requirements as well as procedures and methods for provision of ancillary services in an electrical system. The focus of the thesis is the Active Power Management in the distribution system. With increasing penetration of renewable energies, the mutual influence of technical systems in the system operation and existing and future markets increases. In this thesis, organizational and technical solutions are developed which enable a secure supply of control power and support from the distribution system operator for a congestion management of the transmission system. Elaborated technical solutions are presented and evaluated using the 110-kV network model. The results of the network simulation show that an extended operational planning is necessary in the operation of the distribution system. Possible can be solved in a forecast process with a network status evaluation and provision of information. Furthermore, requirements of the TSO regarding a support of the Redispatch can be integrated into a forecast process of the system operation of the distribution system. For the realization of the process and to fulfill the new requirements, some technical changes are required in the network operation systems as well as organizational and legal adaptations for the application of the congestions management. In this regard, concrete recommendations are made in this thesis. KW - Wirkleistungsmanagement KW - Verteilnetz KW - Erneuerbare Energien KW - Regelleistung KW - Redispatch KW - Active power management KW - Distribution system KW - Control power KW - Redispatch KW - Renewable energy KW - Lastverteilung KW - Erneuerbare Energien KW - Wirkleistung KW - Verteilungsnetz Y1 - 2017 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-43479 ER -