Studentische Arbeiten

Allgemeine Informationen:

• Zeitraum: ab sofort
• Autor: offen
• Aushang PDF

Betreuer:

Keywords: Power-Hardware-in-the-Loop (PHiL), Umrichtermodellierung, Spitzenberger & Spies, Echtzeitsimulation

Themenbeschreibung:

Durch die zunehmende Einbindung von erneuerbaren Energiequellen mithilfe von mehrstufigen Umrichtern in das Stromnetz steigen die Herausforderungen im Bereich der Umrichterkoordination in Bezug auf deren Stabilitätsverhalten. Neben stationären Oberschwingungen im Netz müssen deshalb die aus der Interaktion von Umrichtersteuerung und Netzresonanz resultierenden Harmonischen in Stabilitätsbetrachtungen mit einbezogen werden. Um hierbei erzielte Ergebnisse aus Offline-Simulationen zu validieren, ist es notwendig, funktionierende Modelle in echtzeitfähige Simulationsprogramme zu überführen. Bleibt man auf der standardmäßigen Modellebene, unterliegt man programmabhängigen Zeitschrittlimitationen. Durch die Einführung von Subzyklen für einzelne Modellbestandteile können diese Zeitschritte verkleinert werden, wodurch die Simulation in Frequenzbereichen von mehreren kHz detaillierter wird. RTDS bietet die Möglichkeit, GTFPGA-Einheiten einzubinden, auf denen Schalter oder Submodule nachgebildet werden können. Diese Möglichkeit der Umrichtermodellierung in Echtzeit soll im Rahmen der Masterarbeit genutzt werden.

Inhalt:

Nachdem grundlegende Kenntnisse zur Echtzeitsimulation und Umrichtermodellierung erworben wurden, soll ein detailliertes Umrichtermodell bis auf Schalterebene unter Einbeziehung parasitärer Elemente in RSCAD aufgebaut werden. Dabei sollen die Grenzen des möglichen Modelldetailgrads ausgelotet werden. Das Modell wird abschließend so aufbereitet und skaliert, dass es mittels Lichtwellenleiter als PHiL-Modell über die vorhandenen Linearverstärker eingesetzt werden kann.

Anforderungen:

• Selbstständige, sorgfältige und strukturierte Arbeitsweise
• Vorteilhaft sind bereits vorhandene Kenntnisse zu Linerverstärkern
• Außerdem nützlich sind Kenntnisse mit Netzsimulationsprogrammen (PSS®SINCAL/NETOMAC, DIgSILENT®PowerFactory, MATLAB®/Simulink, RSCAD)

Allgemeine Informationen:

• Zeitraum: ab sofort
• Autor: offen
• Aushang PDF

Betreuer:

Keywords: Umrichtermodellierung, Echtzeitsimulation, Simulink, RSCAD

Themenbeschreibung:

Durch die zunehmende Einbindung von erneuerbaren Energiequellen mithilfe von mehrstufigen Umrichtern in das Stromnetz steigen die Herausforderungen im Bereich der Umrichterkoordination in Bezug auf deren Stabilitätsverhalten. Neben stationären Oberschwingungen im Netz müssen deshalb die aus der Interaktion von Umrichtersteuerung und Netzresonanz resultierenden Harmonischen in Stabilitätsbetrachtungen mit einbezogen werden. Die Modelltiefe ist dabei entscheidend für die Aussagekraft der damit erzielten Ergebnisse. So unterscheidet sich ein Modell auf Schalterebene Grundlegend von einem einfacheren Modell aus gesteuerten Spannungsquellen. Um erzielte Ergebnisse aus Offline-Simulationen zu validieren, ist es notwendig, funktionierende Modelle im weiteren Verlauf in echtzeitfähige Simulationsprogramme zu überführen, um sie für den Einsatz in PHiL- oder CHiL- Simulationen verfügbar zu machen.

Inhalt:

Nachdem grundlegende Kenntnisse zur Echtzeitsimulation und Umrichtermodellierung erworben wurden, soll ein detailliertes Niederspannungs- und Mittelspannungs- Umrichtermodell bis auf Schalterebene in Simulink aufgebaut werden. Um die Ergebnisse der hierbei durchgeführten Simulationen auch für HiL-Versuche zugänglich zu machen. Wird das Modell im weiteren Verlauf der Arbeit in RSCAD überführt. Abschließend sollen die Ergebnisse der identischen Modelle in den beiden unterschiedlichen Simulationsprogrammen miteinander verglichen werden.

Anforderungen:

• Selbstständige, sorgfältige und strukturierte Arbeitsweise
• Vorteilhaft sind bereits vorhandene Kenntnisse zu Linerverstärkern
• Außerdem nützlich sind Kenntnisse mit Netzsimulationsprogrammen (PSS®SINCAL/NETOMAC, DIgSILENT®PowerFactory, MATLAB®/Simulink, RSCAD)

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Keywords: Signalanalyse, Stabilitätsbewertung, Umrichterdominierte Netze

Themenbeschreibung:

Die Netzstabilität umfasst die Eigenschaft eines elektrischen Systems nach auftretenden Fehlern in einen stabilen Zustand zurückzukehren. Da mit der zunehmenden Integration von umrichterbasierten Betriebselementen das dynamische Verhalten des Netzes zunehmend von den schnellen Umrichterregelungen und deren Interaktionen mit dem Netz abhängt, werden neue Methoden benötigt um sowohl schnelle als auch langsame Oszillationen im Netz identifizieren und bewertet zu können. Auf Basis einer dynamischen Simulation (RMS und EMT) sollen Simulationsergebnisse anhand mathematischer Berechnungsmethoden, wie FFT (fast fourier transform), Prony Analyse und Matrix-Pencil Verfahren, auf das Dämpfungsverhalten von auftretenden Oszillationen automatisiert untersucht werden. Anhand der Ergebnisse soll eine automatisierte Bewertung für Schwingungen im elektrischen Netz möglich sein. Die Berechnungsmethoden sollen sowohl für  synchronmaschinen- als auch umrichterdominierte Netze angewendet werden. Außerdem soll ein Vergleich zwischen den verwendeten Methoden in Hinsicht auf Performance, Robustheit und Einfachheit aufgestellt werden.

Inhalt:

• Einarbeiten in Methoden zur Signalanalyse
• Implementierung der ausgewählten Methoden und Anwendung auf unterschiedliche Netzkonfigurationen
• Vergleich der verwendeten Methoden hinsichtlich Performance, Robustheit und Einfachheit

Anforderungen:

• Selbstständige, sorgfältige und strukturierte Arbeitsweise
• Vorteilhaft sind bereits vorhandene Kenntnisse im Bereich der Umrichterregelung und -modellierung
• Vorteilhaft sind bereits vorhandende Kenntnisse in der Simulation elektrischer Netze
• Außerdem nützlich sind Kenntnisse mit Netzsimulationsprogrammen (PSS®SINCAL/NETOMAC, DIgSILENT®PowerFactory, MATLAB®/Simulink, RSCAD)

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Keywords:  Mittel‐, Hochspannung, Kabelprüfung

Themenbeschreibung:

• Nach Norm DIN EN IEC 60230 (VDE 0481‐230) müssen Mittel‐ und Hochspannungskabel sowie deren Garnituren auch mit Stoßspannung bei Betriebstemperatur geprüft werden. Zum instellen der Betriebstemperatur wird das Kabel während der gesamten Hochspannungsprüfung parallel mit Betriebsstrom aus einem Hochstromtransformator gespeist. Dazu müssen die beiden Kreise Hochspannung/Hochstrom galvanisch getrennt und induktiv gekoppelt werden.
• Es ist ein Koppeltransformator zu dimensionieren, welcher die Impedanz und vor allem die hohe Schleifeninduktivität des Kabels als Prüfobjekt mit einem Strom bis 2 kA speisen kann. Der Prüfaufbau wird im Hochspannungs‐ /Hochstromlabor des Lehrstuhls in Betrieb genommen.

Voraussetzungen::

• Vorlesung Hochspannungstechnik, Elektromagnetische Felder
• Vorteilhaft sind Erfahrungen in der Programmierung (v.a. Matlab)
• Handwerkliche Tätigkeit
• Selbstständige, sorgfältige und strukturierte Arbeitsweise

Allgemeine Informationen:

Keywords:  Bifurcation Analysis, Voltage Stability, Nonlinear Dynamics, Eigenvalues, Stability Margins

Description:

• In the evolving landscape of power system dynamics, ensuring voltage stability is paramount. This research explores the profound application of bifurcation analysis in determining the voltage stability of power systems.
• By dissecting nonlinear system behaviors, bifurcation analysis helps pinpoint critical operating scenarios where system behaviors change, thereby providing valuable insights into voltage stability margins.
• This deep dive into the power system’s nonlinear dynamics offers a comprehensive perspective on how varying parameters impact voltage stability, paving the way for enhanced grid reliability and resilience.

Scope:

• Getting started with MATLAB/Simulink or Python
• Introduction to voltage stability challenges
• Simulation-based validation of bifurcation analysis

Requirements:

• Independent, careful and structured way of working
• Knowledge of electrical power systems

Allgemeine Informationen:

Keywords: PV-Umrichter, Grundschwingungsmodell, Modulationsverfahren, Umrichterbasierte Energieversorgung

Themenbeschreibung:

• Durch die zunehmende Einbindung von erneuerbaren Energiequellen mithilfe von mehrstufigen Umrichtern in das Stromnetz steigen die Herausforderungen im Bereich der Umrichterkoordination in Bezug auf deren Stabilitätsverhalten
• Neben stationären Oberschwingungen im Netz müssen deshalb die aus der Interaktion von Umrichtersteuerung und Netzresonanz resultierenden Harmonischen in Stabilitätsbetrachtungen mit einbezogen werden
• Ziel der Arbeit ist deshalb einen PV-Umrichter in einem Mittelspannungs-Testnetz, um ein PWM-basiertes Modulationsverfahren zu ergänzen und die durch dieses hervorgerufenen Interaktionen zwischen Umrichterinteraktionen zu untersuchen und zu bewerten

Inhalt:

• Aneignung Grundliegender Kenntnisse zu Modulationsverfahren
• Programmierung einer flexibel parametrierbaren Sinus-Dreieck-PWM und einpflegen des Modulators in den PV-Umrichter eines Grundschwingungsmodells
• Umsetzung einer bewussten Resonanzregelung mithilfe des Modulators
• Durchführung eines Impedanzscans am resultierenden Modell

Anforderungen:

• Selbstständige, sorgfältige und strukturierte Arbeitsweise
• Für den Einstieg in das Thema sind Kenntnisse über leistungselektronische Komponenten in Drehstromsystemen (HGÜ, FACTS), Regelungstechnik und Systemtheorie hilfreich
• Wünschenswert sind bereits vorhandene Kenntnisse im Bereich der Hochleistungsstromrichter
• Vorteilhaft sind Kenntnisse mit Netzsimulationsprogrammen (MATLAB®/Simulink, PSS®NETOMAC)

Allgemeine Informationen:

Keywords:  Wind Energy Systems, Fully-Rated Converter Wind Turbines (FRC-WT), Transient Stability, Power System Dynamics and Control

Description:

• This research focuses on creating a model for Fully Rated Converter Wind Turbines, emphasizing their transient stability in wind energy systems.
• With the integration of this model, an in-depth simulation will be designed. This model’s practical application will be affirmed by incorporating it into a stability simulation program.
• Test scenarios will involve a fundamental electrical grid, a representative turbine, and diverse operational setups to highlight the dynamic behavior, providing valuable insights into the model’s effects on real-world wind energy systems.

Scope:

• Getting started with MATLAB/Simulink, PowerFactory or PSCAD
• Introduction to FRC-WT
• Establishment of an algebraic framework and solution methods
• Integration of the DFIG model into a test system

Requirements:

• Independent, careful and structured way of working
• Knowledge of electrical power systems

Allgemeine Informationen:

Keywords:  Wind Energy Systems, DFIG, Transient Stability, Power System Dynamics and Control

Description:

• This research delves into developing a model for the Doubly Fed Induction Generator (DFIG), specifically for transient stability studies in wind energy systems.
• Integrating this model, a detailed wind turbine simulation will be established. Embedding this model into a stability simulation program will validate its practical application.
• Test scenarios will encompass an essential electrical grid, a representative windmill, and varied operations to demonstrate the dynamic behavior, offering insights into the model’s implications for real-world wind energy systems.

Scope:

• Getting started with MATLAB/Simulink, PowerFactory or PSCAD
• Introduction to the Doubly Fed Induction Generator (DFIG)
• Establishment of an algebraic framework and solution methods for the DFIG model
• Integration of the DFIG model into a test system

Requirements:

• Independent, careful and structured way of working
• Knowledge of electrical power systems

Allgemeine Informationen:

Keywords:  Asynchronous Machines, Voltage Stability, Reactive Power

Description:

• Asynchronous machines (ASM), commonly known as induction machines, are pivotal components in many power system setups, providing versatility and efficiency.
• This thesis focuses on the detailed modeling of an asynchronous machine, capturing its inherent characteristics and behavior under various operating conditions.
• The primary aim is to comprehend deeply how this machine interacts with power systems, especially in the context of voltage stability.
• Through rigorous simulations and analysis, the study addresses voltage stability issues.

Scope:

• Getting started with MATLAB/Simulink and PowerFactory
• Introduction to ASM modelling
• Analysis and simulation to demonstrate the impact of ASM on voltage stability

Requirements:

• Independent, careful and structured way of working
• Knowledge of electrical power systems

Allgemeine Informationen:

Keywords: Stromrichter, VSC, Fehlerortung, MATLAB/SIMULINK

Beschreibung:

Im Zuge der Energiewende wandelt sich die Stromerzeugung. Die konventionellen, mit Kohle oder Gas betriebenen, Synchronmaschinen werden immer mehr durch Erneuerbare Energien ersetzt, die durch Stromrichter an das elektrische Netz angeschlossen sind. Dabei sind zukünftig vor allem VSC (Voltage Source Converter) von großer Bedeutung. Wird normalerweise durch VSC nur das Mit- und Gegensystem geregelt, bieten neue Konzepte auch die Möglichkeit das Nullsystem des elektrischen Netzes zu beeinflussen. Dies ist vor allem im Falle eines Erdschlusses von großer Bedeutung. Im klassischen Fall wird das Nullsystem häufig durch eine Kompensationsspule beeinflusst. Diese kompensiert den kapazitiven Erdschlussstrom. Durch ohmsche Verluste bleibt jedoch immer ein Wattreststrom. Dieser kann durch eine Nullsystemregelung eines VSC kompensiert werden. Im Zuge der Arbeit soll eine Nullsystemregelung eines VSC entworfen werden. Diese soll im Fehlerfall den Wattreststrom, der durch die ohmschen Verluste der Kompensationsspule auftritt, kompensieren. Die Regelung soll anschließend an Simulationen verifiziert werden.

Inhalt:

• Einarbeitung in MATLAB/Simulink
• Einarbeitung in Stromrichterregelungen
• Erstellen einer Nullsystemregelung zur Fehlerstromkompensation in Kombination mit einer Petersenspule

Anforderungen:

• Motivation und strukturierte Arbeitsweise
• Grundlagen elektrische Energieversorgung (z.B. GEEV, BKE, BVE)
• Grundlagen der Regelungstechnik von Vorteil
• Kenntnisse in MATLAB/Simulink von Vorteil

Allgemeine Informationen:

Keywords: Stromrichter, VSC, Fehlerortung, MATLAB/SIMULINK

Beschreibung:

Im Zuge der Energiewende wandelt sich die Stromerzeugung. Die konventionellen, mit Kohle oder Gas betriebenen, Synchronmaschinen werden immer mehr durch Erneuerbare Energien ersetzt, die durch Stromrichter an das elektrische Netz angeschlossen sind. Dabei sind zukünftig vor allem VSC (Voltage Source Converter) von großer Bedeutung. Wird normalerweise durch VSC nur das Mit- und Gegensystem geregelt, bieten neue Konzepte auch die Möglichkeit das Nullsystem des elektrischen Netzes zu beeinflussen. Dies ist vor allem im Falle eines Erdschlusses von großer Bedeutung. Im klassischen Fall wird das Nullsystem durch die Sternpunktbehandlung am Transformator geregelt. Im Fehlerfall gibt es Möglichkeiten mit Hilfe der klassischen Regelung den Erdschluss zu orten und ihn damit möglichst schnell zu beheben. Durch die neuartige Nullsystemregelung eines VSC kann dieser die Aufgabe zukünftig übernehmen. Im Zuge der Arbeit soll eine Nullsystemregelung eines VSC entworfen werden. Diese soll bestehende Konzepte der Erdschlussortung durch die Sternpunktbehandlung an Transformatoren auf den Stromrichter übertragen.

Inhalt:

• Erarbeitung Fehlerortungs-Methoden
• Einarbeitung in MATLAB/Simulink
• Einarbeitung in Stromrichterregelungen
• Erstellen einer Nullsystemregelung für Fehlerortung

Anforderungen:

• Motivation und strukturierte Arbeitsweise
• Grundlagen elektrische Energieversorgung (z.B. GEEV, BKE, BVE)
• Grundlagen der Regelungstechnik von Vorteil
• Kenntnisse in MATLAB/Simulink von Vorteil