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Der Netzentwicklungsplan des deutschen Transportnetzes sieht den Bau langer Übertragungsstrecken mittels HGÜ-Technik vor. Eine schnelle und möglichst exakte Fehlerortung ist für die Versorgungssicherheit entscheidend. Ziel dieser Arbeit ist es, bekannte Methoden zur Fehlerortung mittels Wanderwellen-Detektion zu simulieren und Aussagen über deren Genauigkeit und Anwendbarkeit zu treffen. Übertragungsstrecken, die aus einer Kombination aus Freileitungen und Erdkabeln bestehen, stellen dabei die höchsten Anforderungen an Fehlerortungssysteme.
Masterand: Marwin Lenz (EITM)
Firma: FICHTNER GmbH & Co. KG, Sarweystr. 3, 70191 Stuttgart, Germany
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Der Energiesektor in Deutschland - und im Besonderen in Baden-Württemberg - wird in den kommenden Jahren eine Transformation durchlaufen. Im Zuge der Energiewende sieht sich die Strom- und Gasversorgung grundlegenden Veränderungen gegenüber. Die Vorstellungen und Annahmen wie sich die Kraftwerks- und Netzinfrastruktur entwickeln sollte, gehen dabei stark auseinander. Für die Übertragungsnetzbetreiber wird die Kopplung der Sektoren zukünftig eine wesentliche Rolle spielen. Um eine treibhausgasneutrale Energiewelt zu ermöglichen, sind insbesondere Power-to-Gas-Technoligen (PtG) für die Produktion flüssiger und gasförmiger Brenn‑ und Kraftstoffe in der Diskussion. Überschüssiger Strom aus erneuerbaren Energien kann durch PtG-Prozesse genutzt werden. So bietet die Technologie die Möglichkeit elektrische Energie über lange Zeiträume speicherbar zu machen. Auch können die aus regenerativ erzeugtem Strom erzeugten Brennstoffe in die vorhandene Erdgasinfrastruktur eingebunden werden und somit über bestehende Transportwege übertragen werden. Gaskraftwerke können dann treibhausgasneutral nahe von verbrauchsintensiven Regionen Strom erzeugen und somit den Transportbedarf von Strom im Übertragungsnetz reduzieren. Im Rahmen der Masterarbeit wird untersucht, ob in einem Energiesystem im Jahr 2050 die verstärkte Anwendung von PtG-Technologien wirtschaftlich ist und ab welchen Kosten PtG im Vergleich zum Netzausbau vorteilhaft ist. Dabei wird die Frage beantwortet, wieviel installierte Leistung an PtG-Anlagen und Gaskraftwerken eine Alternative zu bestimmten Netzausbauprojekten darstellen kann. Zur Bewertung der Thematik wird eine Markt- und Netzanalyse durchgeführt und eine Methodik zur Gegenüberstellung von Netzausbau und Kraftwerkszubau entwickelt.
Studierender: Simeon Ackermann
Firma: TransnetBW, Osloer Str. 15-17, 70173 Stuttgart
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Im Zuge einer weltweiten Energiewende werden insbesondere die Solar- und Windenergie derzeit stark ausgebaut. Bei Offshore-Windparks, deren Vorteile hohe Volllaststundenzahlen und verfügbare Flächen sind, ist eine Herausforderung der Netzanschluss der Parks.
Im Rahmen dieser Arbeit soll ein technisches Konzept für ein landbasiertes Umspannwerk für die AC-Anbindung groß technischer Offshore-Windparks an internationalen Standorten entwickelt werden. Als Grundlage wird zunächst ein Konzept für ein solches Umspannwerk in Deutschland unter Berücksichtigung der geltenden Netzanschlussregeln entwickelt. Anhand dieses Konzepts werden dann die Unterschiede an internationalen Standorten herausgearbeitet und so angepasste Konzepte entwickelt.
Die technische Betrachtung beschränkt sich auf die luftisolierten Systeme des eigentlichen Einspeiseumspannwerks und die Verbindungskomponenten des Netzanschlusssystems. Hierbei sind die Kompensationseinrichtungen und die Positionierung des Umspannwerkes entlang der landseitigen Verbindungsstrecke zu beachten.
Studierender: Stefan Reschwamm
Firma: Netze BW GmbH
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Durch die steigende Anzahl dezentraler Einspeisungen ins Niederspannungsnetz gewinnen Echtzeitdaten über den Netzzustand auch in dieser Spannungsebene immer mehr an Bedeutung. Denn nicht nur die dezentrale Einspeisung stellt eine Herausforderung für die Netzbetreiber dar, sondern auch der verstärkte Ausbau der Elektromobilität in Deutschland. Um das Stromnetz für diese Entwicklung zu rüsten und Stromausfälle zu verhindern, ist der Ausbau des Verteilnetzes nötig. Damit dieser gezielt priorisiert werden kann, müssen zuvor die derzeitigen Belastungszustände analysiert werden. Hierzu bietet SMIGHT ein GridSensor-System an, welches die aktuellen Stromeffektivwerte erfasst, übermittelt und verwaltet. Die nächste Version dieses Stromsensors soll zusätzlich eine Messung der Leistungsrichtung beinhalten. Hierzu ist im Rahmen dieser Masterarbeit eine Betrachtung von Verfahren zur Leistungsrichtungsbestimmung durchzuführen. Neben der Auswertung über die phasengleiche Messung von Strom und Spannung sollen auch alternative Methoden, beispielsweise indirekt über das elektrische Feld, betrachtet werden. Die unterschiedlichen Verfahren sind nach Aufbau, Messgüte und Robustheit zu beurteilen. Des Weiteren sind die Rahmenbedingungen für ein solches Messsystem zu definieren.
Studierender: Dominik Müller
Firma: SMIGHT EnBW Energie Baden-Württemberg AG
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Zunächst soll ein Lastflussmodell mit Abbildung aller Übergabepunkte und Spannungsebenen einer generischen mittelgroßen Stadt in einem Netzberechnungsprogramm modelliert werden. Nach anschließender Validierung des Netzmodells soll dieses um dynamisches Lastverhalten erweitert werden. Hierzu sollen verschiedene Modellansätze verglichen werden.
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Nach einem Blackout hat ein Übertragungsnetzbetreiber die Verantwortung, das Stromnetz schnellstmöglich kontrolliert wieder stabil aufzubauen. Dazu existieren in der Schweiz momentan vier Aufbauzellen, welche schwarzstartfähige Kraftwerke beinhalten und somit ohne Spannung von außen in der Lage sind, anzufahren. Swissgrid als Schweizer ÜNB verlangt alle 3 Jahre einen Schwarzstart- und Inselnetzversuch dieser Aufbauzellen, um die Funktionsfähigkeit derselben zu überprüfen.
Um Schutzauslösungen und Instabilitäten während der Aufbauversuche zu vermeiden, werden vorgängig dynamische Netzsimulationsmodelle erstellt. Denn gerade beim Starten und Zusammenschalten schwacher Netze kann es zu außergewöhnlichen Betriebssituationen kommen. Die dabei auftretenden Einschwingvorgänge können Grenzwerte überschreiten und infolgedessen zu ungewollten Netzschutzauslösungen führen, welche den Netzwiederaufbau wiederum verzögern oder gar verhindern. Mit diesen dynamische Netzmodellen kann das Verhalten und Zusammenspiel der Maschinen genau dargestellt und Bedingungen für ein erfolgreiches Anfahren definiert werden.
In der betrachteten Aufbauzelle wurde im November 2018 eine neue Wasserkraftwerksgruppe erstmalig für einen Schwarzstartversuch erfolgreich getestet und das Verhalten durch Messungen festgehalten. Aufbauend auf diesen Messungen ist der Inhalt der Masterarbeit die Erweiterung des dynamischen Simulationsmodells mit dem neuen Kraftwerk durchzuführen und anschließend zu verifizieren.
Studierende: Frau Thuy Trang Bach
Firma: Swissgrid AG, System Operations
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Es soll untersucht werden, ob es sinnvoll ist Mittelspannungsnetze mittels DC-Kurzkupplungen vom Verbundnetz abzutrennen und somit einen Inselbetrieb zu erzeugen. Dazu wird ein Netzmodell in Power- Factory verwendet, mit dessen Hilfe die Spannungs- und Frequenzhaltung sowie die Primärregelung überprüft werden sollen.
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Im Rahmen des sogenannten Engpasswarnungsprozesses prüft Swissgrid in verschiedenen Zeithorizonten präventiv, ob mit den verfügbaren Netzelementen genügend Kapazität zum Abtransport der Schweizer Kraftwerksproduktion im Übertragungsnetz vorhanden ist. Aufgrund veränderter Anforderungen und Rahmenbedingungen wurde dieser Prozess zuletzt neu skizziert. Ziel der Masterarbeit ist es, für den neuen Prozess sinnvolle Berechnungsparameter sowie Szenarien zu ermitteln, diese zu implementieren und abschliessend den Prozess als Ganzes in einer Fallstudie zu validieren. Die gefundenen Szenarien sind im Netzberechnungsprogramm PSS-E zu modellieren sowie zu simulieren. Abschliessend sollen die gewonnenen Daten in einem Auswertungstool verarbeitet und die Eintrittswahrscheinlichkeiten der Szenarien mit Hilfe von Prognosedaten automatisiert bestimmt werden. Daraus resultieren schliesslich knotenscharfe Einspeiselimits für die Kraftwerke, mit welchen Swissgrid die potenzielle Schweizer Wasserkraftproduktion maximieren und gleichzeitig Netzengpässe vermeiden kann.
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Im Rahmen der Masterarbeit soll eine Software konzipiert werden, die einen von Netzfehlern wie Kurz- oder Erdschlüssen ausgehenden Spannungseinbruch unterschiedlicher Dauer und Tiefe in möglichst kurzer Zeit detektiert.
Studierender: Alexander Mengelkamp
Firma: Siemens - Energy Management Division, Medium Voltage & Systems, Erlangen
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Im Rahmen dieser Masterarbeit wurden das Verhalten und die Betriebsmöglichkeiten von bipolaren HGÜ-Anlagen mit einem metallischen Rückleiter bei Stromunsymmetrie untersucht. Betrachtet wurden Punkt-zu-Punkt-Anlagen sowie Multiterminal-Anlagen.
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