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    <id>6392</id>
    <completedYear>2025</completedYear>
    <publishedYear>2025</publishedYear>
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    <thesisDateAccepted>2025-10-27</thesisDateAccepted>
    <title language="deu">Entwicklung, Modellierung und Bewertung intelligenter Ladeinfrastrukturen für Elektromobilität und deren netzorientierte Integration</title>
    <title language="eng">Development, modeling and evaluation of intelligent charging infrastructure for electromobility and their grid serving integration</title>
    <abstract language="deu">Mit den nationalen Klimazielen und der Energiewende verändert sich die Nutzungscharakteristik des historisch gewachsenen Stromversorgungssystems. Die Versorgungsstruktur wird immer mehr bestimmt durch dezentrale fluktuierende Einspeisungen aus erneuerbaren Energieanlagen und die zunehmende Elektrifizierung verschiedener Sektoren äußert sich in einem deutlich verändertem Verbrauchsverhalten. Die Elektrifizierung des Verkehrssektors stellt einen wichtigen Baustein zur Erreichung der Klimaziele dar, die damit einhergehenden hohen Lastanforderungen sind jedoch eine Herausforderung für die bestehenden Stromnetze. Um den zukünftigen hohen Bedarf an Ladeenergie über die bestehende Netzinfrastruktur decken zu können, bzw. diese nur im notwendigen Maße auszubauen, bedarf es intelligenter Lösungen zur Flexibilisierung der Netznutzung.&#13;
In dieser Arbeit wird eine netzorientierte Ladesteuerung für Elektrofahrzeuge beschrieben, in der sowohl die Bedürfnisse der Fahrzeugnutzer, des Ladeinfrastrukturbetreibers als auch des Netzbetreibers Berücksichtigung finden. Der Fokus liegt hierbei auf zentralen Großladesystemen. Ziel ist es, die Ladekapazitäten in den bestehenden Netzen zu erhöhen und den Netzausbau auf ein Minimum zu begrenzen. Hierfür werden clusterbasierte und anreizorientierte Bewertungsverfahren eingesetzt, die eine wirtschaftliche Interpretation der Netzauslastung ermöglichen.&#13;
Für die Umsetzung wird ein zweischichtiges Simulationsmodell entwickelt, mit dem auf der einen Seite das Stromnetz abgebildet, simuliert und die Netzauslastung wirtschaftlich bewertet werden kann und auf der anderen Seite intelligente Ladeinfrastrukturen, ihre Steuerung und ein realistisches Mobilitäts- und Ladeverhalten nachgebildet werden können. Die wirtschaftliche Bewertung der Netzauslastung basiert auf dem temperaturabhängigen Lebensdauerverzehr zentraler Netzbetriebsmittel, wie Transformatoren und Kabel, und der sich daraus ableitenden rechnerischen Wertminderung. Für das soziotechnische Ladeinfrastrukturmodell und die Abbildung eines realistischen Mobilitäts- und Ladeverhaltens werden die Daten der Studie „Mobilität in Deutschland 2017“ statistisch aufbereitet und die relevanten Informationen abgeleitet.&#13;
Die Bewertung der Steuerung hinsichtlich ihres Einflusses auf einen technoökonomischen Betrieb von Lade- und Netzinfrastruktur erfolgt anhand eines realen Netzmodells. Es werden drei Ladeinfrastrukturen für verschiedene Nutzungscharakteristiken im Netzmodell implementiert. Diese Anwendungsfälle stellen innerstädtisches Kurzzeitparken, Parken am Arbeitsplatz und wohnungsnahes Parken dar. Weiter werden drei Szenarien für unterschiedliche Durchdringungsgrade an Elektrofahrzeugen und eine abweichende Anzahl an Ladepunkten je Ladeinfrastruktur definiert. In der Ergebnisanalyse werden charakteristische Kenngrößen, wie Auslastung von Betriebsmitteln, rechnerische Lebensdauer und Wertminderung für die drei Anwendungsfälle und Szenarien dargelegt, miteinander verglichen und so der Einfluss der netzorientierten Steuerung auf den Betrieb von Lade- und Netzinfrastruktur aufgezeigt.</abstract>
    <abstract language="eng">The national climate targets and the energy transition are changing the usage characteristics of the historically evolved electricity supply system. The supply structure is increasingly determined by decentralized, fluctuating feed-ins from renewable energy plants and the increasing electrification of various sectors is reflected in a significant change in consumption patterns. The electrification of the transport sector is an important element for achieving climate targets, but the associated high load requirements are a challenge for the existing electricity grids. To be able to cover the future high demand for charging energy via the existing power grid infrastructure, or to expand it only to the extent necessary, intelligent solutions are required to make grid usage more flexible.&#13;
This thesis describes a grid-oriented charging control system for electric vehicles that considers the needs of the vehicle user, the charging infrastructure operator and the grid operator. The focus here is on centralized large-scale charging systems. The aim is to increase the charging capacities in the existing grids and to keep grid expansion to a minimum. Cluster-based and incentive-oriented evaluation procedures are used which enable an economic interpretation of the grid load.&#13;
A two-layer simulation model is being developed for the implementation, with which on the one hand the electricity grid can be mapped, simulated and the grid load can be economically evaluated and on the other hand intelligent charging infrastructures, their control and realistic mobility and charging behavior can be emulated. The economic evaluation of the grid load is based on temperature-dependent lifetime consumption of central grid assets, e.g. transformers and cables, and the resulting calculated impairment. For the socio-technical charging infrastructure model and the representation of realistic mobility and charging behavior, data from the Mobility in Germany 2017 ("Mobilität in Deutschland”) study is statistically processed and the relevant information is derived.&#13;
The evaluation of the control system regarding its influence on the techno-economic operation of charging and grid infrastructure is carried out using a real grid model. Three charging infrastructures for different usage characteristics are implemented in the grid model. These use cases are urban short-term parking, workplace parking and residential parking. Furthermore, three scenarios are defined for different penetration rates of electric vehicles and a different number of charging points per charging infrastructure. In the results analysis, characteristic parameters such as load of grid assets, calculated service life and impairment for the three use cases and scenarios are presented and compared with each other, thus demonstrating the influence of grid-oriented control on the operation of charging and grid infrastructure.</abstract>
    <identifier type="doi">10.57714/vc9m-g410</identifier>
    <identifier type="urn">urn:nbn:de:bvb:863-opus-63925</identifier>
    <licence>Creative Commons - CC BY-NC - Namensnennung - Nicht kommerziell 4.0 International</licence>
    <author>Timo Alexander Hertlein</author>
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      <title>Schriftenreihe Promotionszentrum Nachhaltige und Intelligente Systeme</title>
      <number>1, 1</number>
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      <value>Elektromobilität</value>
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      <value>intelligente Steuerung</value>
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      <value>netzorientierte Netzbetriebsführung</value>
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      <value>monetäres Anreizsystem</value>
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      <value>grid serving operation of power grid</value>
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      <value>cluster-based procedures</value>
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    <collection role="Regensburger_Klassifikation" number="ZG - ZS">Technik</collection>
    <collection role="ddc" number="621">Angewandte Physik</collection>
    <collection role="institutes" number="">Promotionszentrum Nachhaltige und Intelligente Systeme</collection>
    <thesisPublisher>Technische Hochschule Würzburg-Schweinfurt</thesisPublisher>
    <thesisGrantor>Technische Hochschule Würzburg-Schweinfurt</thesisGrantor>
    <file>https://opus4.kobv.de/opus4-fhws/files/6392/Dissertation_Hertlein.pdf</file>
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    <publishedYear>2020</publishedYear>
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    <issue>26</issue>
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    <type>doctoralthesis</type>
    <publisherName>Universitätsverlag Ilmenau</publisherName>
    <publisherPlace>Ilmenau</publisherPlace>
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    <contributingCorporation>Technische Universität Ilmenau, Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik</contributingCorporation>
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    <title language="deu">Berücksichtigung dielektrischer Materialeigenschaften in der Finiten-Elemente-Simulation von HGÜ-Isoliersystemen</title>
    <abstract language="deu">Verbrauchsfern erzeugter Strom aus regenerativen Energien kann über große Distanzen am wirtschaftlichsten mittels der Hochspannungsgleichstromübertragung (HGÜ) transportiert werden. Die HGÜ führt zu einer veränderten elektrischen Belastung der Hochspannungskomponenten. Transiente Übergangsvorgänge bestimmen die elektrischen Feldverteilungen. Bei der Berechnung elektrischer Feldverteilungen in Isoliersystemen für die Hochspannungsgleichstromübertragung (HGÜ) mit Hilfe der Finiten-Elemente-Methode (FEM) wurden die dielektrischen Eigenschaften bisher in Form von Permittivitäten und parameterabhängigen Leitfähigkeiten berücksichtigt. Langsame Polarisationsvorgänge werden dabei nicht berücksichtigt. Für die Berechnung komplexer Isoliersysteme durch die FEM ist deshalb die Beschreibung der langsamen Polarisationsvorgänge im Isolierstoff durch Differentialgleichungen wünschenswert, die direkt in die FEM einbezogen werden und mit denen je nach Bedarf sowohl einzelne Polarisationsmechanismen als auch ihre Überlagerungen berücksichtigt werden können. In dieser Arbeit werden hierfür auf Basis des bekannten Debye-Ansatzes, und in Analogie zum Netzwerkmodell, zusätzlich zu den Gleichungen, die Verschiebungs- und Leitungsströme beschreiben, weitere Differentialgleichungen direkt in die FEM einbezogen, welche die feld- und temperaturabhängigen Polarisationsströme individuell abbilden. Die Materialfunktionen und ihre Parameter werden durch Messung von Polarisations- und Depolarisationsströmen (PDC) ermittelt. Durch die Implementierung von beliebigen Polarisationsmechanismen in einem FEM-Programm wurde eine Lücke der Berechnungsmöglichkeiten von komplexen, auch dreidimensionalen Isoliersystemen geschlossen, in denen oftmals stationäre oder transiente Temperaturgradienten vorliegen und in denen sich transiente elektrische Feldverteilungen ausbilden. Zur Verifizierung des beschriebenen Berechnungsverfahrens werden transiente Potentialverläufe an den Steuerbelägen von entsprechend modifizierten Hochspannungsdurchführungen unter Gleich- und Umpolspannungen sowie unter thermischen Gradienten gemessen. Dabei kann eine bisher nicht erreichte Übereinstimmung der transienten und stationären Potentialverläufe zwischen FEM-Simulation und Messung erzielt werden. Auswirkungen auf Prüf- und Belastungsszenarien werden anhand von Simulationen diskutiert.</abstract>
    <abstract language="eng">Consumer-remotely generated electricity from renewable energies can be transported over long distances most economically by means of high-voltage direct current (HVDC) transmission. The HVDC leads to a change in the electrical stress on the high-voltage components. Transient processes determine the electric field distributions. Calculations of electrical field distributions in insulation systems for high-voltage direct current (HVDC) transmission using the finite element method (FEM) by default consider the dielectric properties in the form of permittivities and parameter-dependent conductivities. Thereby, slow polarisation processes are not considered. For FEM calculation of complex insulation systems, a description of slow polarisation processes in insulating materials is therefore desirable. Differential equations should be directly implemented into the FEM in order to consider individual polarisation processes as well as their superposition, according to demand. In this work, differential equations based on the well-known Debye approach, and in analogy with the equivalent-circuit model, are directly implemented into the FEM. Thereby, field-dependent and temperature-dependent polarisation currents are represented individually and additionally to the equations describing displacement currents and conduction currents. Material functions and their parameters are determined by measuring the polarisation and depolarisation currents (PDC). The implementation of any desired polarisation mechanisms in a FEM program has closed a gap in the computational possibilities of complex and even three-dimensional insulation systems, which often have stationary or transient temperature gradients and which show transient electrical field distributions. For the verification of the described calculation method, measurements of transient voltage profiles were made at the grading layers of modified high voltage bushings being stressed with DC voltage, polarity reversals and being subject to thermal gradients. It is shown that a previously unattainable agreement of the transient and stationary potential profiles between FEM simulation and measurement can be achieved. Effects on test and load scenarios are discussed based on simulation results.</abstract>
    <parentTitle language="deu">Ilmenauer Beiträge zur elektrischen Energiesystem‐, Geräte- und Anlagentechnik</parentTitle>
    <identifier type="isbn">978-3-86360-215-4</identifier>
    <identifier type="url">https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2019000601</identifier>
    <identifier type="doi">10.22032/dbt.41185</identifier>
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    <author>Isabell Wirth</author>
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      <value>Hochspannungsgleichstromübertragung</value>
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      <value>Isolierstoff</value>
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      <value>Dielektrische Eigenschaft</value>
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      <value>Finite-Elemente-Methode</value>
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    <collection role="institutes" number="fe">Fakultät Elektrotechnik</collection>
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    <collection role="ddc" number="621">Angewandte Physik</collection>
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