Vorlage für BA / MA - DISS Arbeiten

Vorlage für BA- MA- DISS- Arbeiten -Formvorlage

Dissertationen in Arbeit

Daniel Fank: Bedämpfung von Netzpendelungen mittels kombinierter Regelstrategien bei Wasserkraftwerken
Netzpendelungen können die Stabilität des elektrischen Netzes gefährden, weswegen die Bedämpfung solcher Schwingungen für die Netzbetreiber von enormer Wichtigkeit ist. Schaltvorgänge sowie der Ausfall von Übertragungsleitungen, können Ursachen für das Auftreten von Netzpendelungen sein. Diese sind problematisch, da die Grenzen der Übertragungskapazitäten reduziert werden und so ungewollte Abschaltungen erforderlich sein können. Im schlimmsten Fall können solche Szenarien ein Blackout herbeiführen. Die stetige Reduktion von konventionellen Kraftwerken macht es notwendig, zusätzliches Dämpfungsvermögen im Netz bereitzustellen. In dieser Arbeit wird untersucht, wie das Dämpfungsvermögen bei auftretenden Netzpendelungen durch den Einsatz von kombinierten Regelstrategien bei Wasserkraftwerken verbessert und dadurch die Robustheit des Netzsystems erhöht werden kann.

Benjamin Jauk: Optimierung des Bodenmodells für die Auslegung von Erdungsanlagen im Hinblick auf den Personenschutz
Diese Doktorarbeit zielt darauf ab, die Arbeit der Masterarbeit fortzusetzen, die die Tatsache hervorhob, dass grundlegende Forschung auf diesem Gebiet dringend erforderlich ist, und es ist vorgesehen, die Lücke durch die Einführung der inversen Modellierung für die Auslegung von Erdungssystemen zu schließen. Ein besseres Verständnis der sich ändernden Bodenparameter und Bodenmessungen werden entwickelt, um die Modellierung eines ausreichend genauen Bodenmodells zu gewährleisten, das die Sicherheit von Personen sicherstellen kann. Die Modellierung wird so durchgeführt, dass eine allgemeine Aussage über die Auswirkungen des Bodens auf Erdungssysteme und den Einfluss auf die Personensicherheit gemacht werden kann. Darüber hinaus wird eine Wirkungsabschätzung verschiedener Parameter für die erhaltene Bodenwiderstandsverteilung durchgeführt.
Basierend auf dieser Grundlagenforschung, die ein verifiziertes inhomogenes Modell des Bodens ergibt, kann die Erdimpedanz synthetisiert werden, die ein wesentlicher Faktor für die Personensicherheit ist.

Martin Fürnschuß: Analyse und Modellierung von Erdungs- und Potentialausgleichanlagen in der elektrischen Anlagentechnik
Erdungs- und Potentialausgleich- und Blitzschutzanlagen (EPBS) sind nach wie vor ein wesentlicher Bestandteil der Schutzmaßnahme. Moderne EPBS sollen neben der klassischen Schutzmaßnahme wie Personen- Nutztier- und Sachgüter auch einen Beitrag zur EMV (Elektromagnetischen Verträglichkeit) sowohl im niederfrequenten, als auch im transienten Bereich, wie bei Schalthandlungen und Kurzschlüssen liefern. In der Dissertation werden dreidimensionale vermaschte EPBS modelliert, diese in bestehende EPBS bzw. Infrastruktur integriert und vagabundierende Ströme und Spannungsverschleppungen im niederfrequenten, als auch im höherfrequenten Bereich berechnet. Anhand der Stromaufteilung im EPBS können Aussagen hinsichtlich der Störbeeinflussung von beispielhaft vorhandenen informations- und kommunikationstechnischen Einrichtungen getroffen werden und in weiterer Folge Verbesserungsmaßnahmen des EPBS wie zB durch geeignete Vermaschung, Leitungsführung oder Kabelschirmbehandlung getroffen werden.

Markus Resch: Gesamtheitliche Betrachtung und Verifikation des Einsatzes von large-scale Batteriespeichers in einem ruralen Mittelspannungs-Verteilnetz
Im Sinne der optimalen Betriebsführung eines Verteilnetzes ergeben sich Anforderungen an den Einsatz von Batteriespeicher, die einerseits die Erhöhung der Versorgungsqualität und -sicherheit, bei gleichzeitiger Entlastung der Verteilnetzinfrastruktur, ebenfalls aber auch die Minimierung der Netzverluste anstreben. Diese Anforderungen sind insbesondere dann von Relevanz, wenn innerhalb des Versorgungsgebietes die Erzeugung und Nutzung von Energie aus erneuerbaren Ressourcen in den Mittelpunkt gerückt wird. Daraus ergeben sich in weiterer Folge, basierend auf den technisch gegebenen Möglichkeiten, Betriebsweisen des Speichers, die nicht nur einer ökonomischen, sondern auch einer ökologischen Betrachtungswiese bedürfen, wobei für die Umsetzbarkeit das Verhältnis der genannten Motivationen im Einklang stehen soll.
Eben diese Betriebsweisen des Batteriespeichers gilt es basierend auf simulationsgestützten Betrachtungen in realen Netzanwendungen zu testen, analysieren und validieren.

Marlene Petz: Advanced Modelling of Resource Adequacy in Austria
Die Gewährleistung von Versorgungssicherheit eines Landes ist eine der wesentlichsten Aufgaben des Übertragungsnetzbetreibers. Berechnungen zur Evaluierung einer Kennzahl zur Beurteilung der Versorgungssicherheit wurden in den vergangenen Jahren entwickelt. Diese Analysen sind bis dato unter dem Namen Resource Adequacy Assessments im europäischen Raum bekannt.
Als Basis dieser Assessments dient ein vereinfachtes Marktmodell, welches für jedes europäische Land den zukünftigen Kraftwerkspark in einem Zieljahr der prognostizierten Last gegenüberstellt. Hierbei werden stochastische Einflussgrößen wie Erzeugung aus Wind, Photovoltaik, Wasserkraft, sowie die Temperaturabhängigkeit der Last in Form von Monte Carlo Simulationen berücksichtigt. Mehrere hundert Monte Carlo Simulationen werden ausgeführt und die Ergebnisse statistisch ausgewertet.
Nachdem die Berechnungen in allen Fällen einem Trade-Off aus Detailgrad in der Modellierung und notwendiger Rechenzeit (Prozessorleistung) für hunderte Simulationen für den gesamteuropäischen Raum unterliegen, erweist sich die Modellierung für Wasserkraft in Österreich als unzureichend. Im Zuge dieser Arbeit wird ein Vergleich der unterschiedlichen Ansätze für die Modellierung von Wasserkraft im europäischen Hauptprozess für Lastdeckungsanalysen (European Resource Adequacy Assessment) angestellt sowie eine verbesserte Abbildung dieser Technologie in zukünftigen Analysen vorgeschlagen. Weiter wird der Fokus auf die Entwicklung der zukünftigen Zusatzkomponenten der Last gelegt. Hierbei spielt der Einsatz von Wärmepumpen, Elektroautos, Batterien und Datencenter eine wesentliche Rolle. Die klare Abschätzung dieser Zuwächse sowie die korrekte Implementierung im Modell erweisen sich als essentiell, da sie auch einen gewissen Anteil für Flexibilitätsoptionen darstellen, und somit im Falle von Versorgungsdefiziten flexibel agieren können. Ergänzt wird diese lastspezifische Untersuchung durch die Analyse von Demand Side Response (DSR) in den Modellen. Die Lastverschiebungspotentiale in Haushalt und Industrie sollen für Österreich erarbeitet und im Modell berücksichtig werden.
Das Zusammenspiel von Politik und Technik, welches mit der Gestaltung der Energiewende maßgeblich die Aufgaben der Übertragungsnetzbetreiber für die nächsten Jahre vorgibt, fließt in meine Arbeit zur Verbesserung von Lastdeckungsanalysen der Zukunft mit ein. Es ist eine Freude an dieser Entwicklung mitarbeiten zu dürfen.

Philipp Hackl: Transiente Stabilitätsuntersuchung von spannungsgeregelten Umrichtern
Die Nutzung der erneuerbaren Energiequellen ist meist auf leistungselektronische Systeme angewiesen, wobei der Einfluss dieser bereits groß genug ist, um die dynamischen Eigenschaften des Energiesystems zu beeinflussen. Im Gegensatz zu konventionellen rotierenden Maschinen hängt die Stabilität der leistungselektronischen Systeme primär von der angewandten Steuer- und Regelungsstrategie ab. Um auch in Zukunft den zuverlässigen Betrieb von Energiesystemen zu gewährleisten, können spannungsgeregelte Umrichter („grid forming“) im Gegensatz zu den heute genutzten stromgeregelten Umrichtern („grid following“) eine mögliche Lösung sein. Auch wenn diese neuartigen Regelstrukturen in den letzten Jahren in wissenschaftlichen Publikationen gestiegen sind, gibt es noch einige Unklarheiten über deren transiente Stabilität und der Integration in die bestehenden Netzstrukturen.

Thomas Kern: Steigerung der Netzleistungsfähigkeit des österreichischen Übertragungsnetzes
Die Verfügbarkeit von elektrischer Energie bzw. deren unmittelbaren Energiedienstleistungen stellt für unsere heutige Gesellschaft eine ähnlich grundlegende Voraussetzung dar wie die Verfügbarkeit von Luft, Trinkwasser und Nahrung. Diese ständige Verfügbarkeit setzt leistungsfähige und zuverlässige elektrische Netze voraus. Das Rückgrat des heutigen, elektrischen Energiesystems bilden auch in Österreich die Anlagen der überregionalen und supranationalen Netzebene 1.
Im Dissertationsvorhaben sollen die zeitliche Entwicklung dieser Leistungsfähigkeit im Zusammenhang mit der Technologieentwicklung in Österreich untersucht werden. Anfangs sorgten auch in Österreich sogenannte „Blockstationen“ für die ersten Versorgungsinseln, welche sich dann stetig zu größeren Netzgebieten zusammenschlossen. Eine der zentralen Forschungsfragen ist die Entwicklungsgeschichte des österreichischen Übertragungsnetzes: Was war wie und wann geplant? Was davon wurde auch tatsächlich realisiert bzw. was kam aus welchen Gründen (noch) nicht zur Errichtung bzw. ist umgekehrt sogar ein teilweiser Netzrückbau geplant bzw. sinnvoll?
Auf Basis jener Entwicklungen sollen Szenarien über zukünftige, sinnvolle Entwicklungen getroffen werden, welche aus derzeitiger Sicht den möglichen bzw. optimalen Ausbaugrad unter Berücksichtigung verschiedener Aspekte bedeuten würden. Gibt es technologische Alternativen, welche das derzeitige Übertragungssystem sinnvoll ergänzen bzw. langfristig vielleicht sogar ersetzen können?
Aufgrund der teilweise interdisziplinären Fragestellungen dieses partiell technikhistorischen Themas ist die Einbindung des Instituts für Geschichte der Karl-Franzens-Universität Graz geplant.

Hasan Akbari: Drehzahlvariable Wasserkraftwerke
Wasserkraftwerke stellen den Hauptanteil der erneuerbaren Energien bei der Stromerzeugung dar. Sie können sauberen und zuverlässigen Strom mit geringen Treibhausgasemissionen liefern und bieten darüber hinaus die Möglichkeit der Wasserwirtschaft. Etwa 16 % der gesamten Stromerzeugung, das sind 60 % der erneuerbaren Stromerzeugung, wird durch Wasserkraft erzeugt. Im Jahr 2019 erreichte die gesamte installierte Wasserkraftkapazität 1308 GW mit der höchsten Erzeugung von 4306 TWh. In Österreich lag der Anteil der Wasserkraft an der Gesamtstromerzeugung im Jahr 2018 bei rund 60%. Darüber hinaus ist geplant, im Jahr 2030 bis zu 85% der gesamten Stromerzeugung in Österreich durch Wasserkraft zu erzeugen. Um eine höhere Durchdringung von erneuerbaren Energiequellen in der Stromerzeugung zu erreichen, ist es aufgrund der Unsicherheiten von Wind- und Photovoltaikanlagen unbedingt erforderlich, eine erneuerbare, zuverlässige, zugängliche und schnelle Stromerzeugungsquelle in das elektrsiche Energiesystem zu implementieren. Drehzahlvariable Pumpspeicherkraftwerke sind in der Lage als solch eine Quelle zu wirken. Wasserkraftwerke mit Vollumrichter werden in der Zukunft der Wasserkrafterzeugung und auch der Stromerzeugung weltweit dabei eine wesentliche Rolle spielen. Wasserkraftwerke mit Vollumrichtern sind ein neuer Trend im Bereich der Wasserkraftindustrie und bieten mehr Flexibilität und Effizienz im gegensatz zu konventionellen Anlagen. Daher ist es wichtig, die Vorteile, Herausforderungen und Lösungen für Wasserkraftwerke mit Vollumrichtern in Stromsystemen zu untersuchen. Ein integraler Forschungsaspekt ist das Finden einer optimalen Regelstrategie für die gesamte Einheit (Hydraulikteil, Synchrongenerator und Vollumrichter), um verschiedene Ziele zu erreichen, z. B. maximaler Wirkungsgrad, Verbesserung der Stabilität und Zuverlässigkeit. Ein weiteres wichtiges Thema ist die Untrsuchung des Zusammenspiels zwischen konventionellen Einheiten (Hydrauliksystem und Synchrongenerator) und drehzahlvariablen Einheiten (Hydrauliksystem, Synchrongenerator und Vollumrichter) in einem Kraftwerk unter Berücksichtigung des transienten und dynamischen Verhaltens der Hydrauliksysteme und auch möglicher Ereignisse in den Stromnetzen, einschließlich Kurzschluss, Leitungsauslösung und Low Voltage Ride Through (LVRT). Darüber hinaus ist die Untersuchung des An- und Abfahrens von drehzahlvariablen Wasserkraftwerken ein weiteres Forschungsthema.

Philipp Schachinger: Analyse von niederfrequenten Sternpunktströmen und ihre Auswirkungen auf Stromnetze
Niederfrequente Sternpunktströme überlagern die Betriebsströme in Transformatoren und führen durch die entstehende Halbzyklussättigung zu unerwünschten Effekten. Die Auswirkungen reichen von erhöhten Lautstärkepegeln von Transformatoren über Spannungsverzerrungen bis hin zu Blackouts. Diese niederfrequenten Ströme entstehen zum Teil aus der Interaktion des Erdmagnetfeldes mit Sonnenwinden. Diese geomagnetisch induzierten Ströme (GIC) werden berechnet und liefern dadurch Informationen über kritische Belastungen und Zustände im Übertragungsnetz.
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Daniel Herbst: Ein Beitrag zu neuen Ansätzen im Niederspannungsschutz (Arbeitstitel)
Aufgrund der aktuellen sowie der künftig zu erwartenden Entwicklungen von elektrischen Verbrauchern (bspw. großräumige Ausrollung der Elektromobilität mit der dafür notwendigen Hochleistungsladeinfrastruktur) verbunden mit dezentralen Erzeugeranlagen (zB volatile erneuerbare Energiequellen wie Photovoltaikanlagen) ergeben sich neue Herausforderungen für Niederspannungsnetze. Im Kontext der zu erarbeitenden Dissertation sollen diese einerseits identifiziert werden und andererseits mögliche Lösungsansätze im Sinne von ergänzenden Schutzfunktionen entwickelt werden. Der Fokus soll dabei auf einer Analyse der Ist-Situation, einer Anreicherung dieser mit künftig wahrscheinlichen Szenarien sowie der Entwicklung möglicher Methoden bzw. Algorithmen zur Bewältigung samt deren Validierung liegen. Ergänzend dazu sollen die Auswirkungen der beschriebenen neuen Schutzfunktionalitäten auf den existierenden, konventionellen Niederspannungsschutz evaluiert werden.
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Dennis Albert: Untersuchung niederfrequenter Ströme im elektrischen Energieübertragungsnetz und deren Auswirkungen auf Leistungstransformatoren
Niederfrequente Ströme (0-1 Hz) (engl. low frequency current, LFC) im Übertragungsnetz können z. B. dessen Stabilität negativ beeinfluss. Hervorgerufen werden die Ströme u. a. durch geomagnetische Einflüsse (erhöhte Sonnenaktivität, geomagnetically induced currents, GIC) oder durch andere elektrische Anlagen, wie z. B. Gleichstrombahnen. Ein Hauptproblem durch den überlagerten quasi Gleichstrom ist die damit verbundene Sättigung von Transformatoren. Dadurch steigt u. a. die Blindleistungsaufnahme aber auch die Verlustleistung im Transformator.
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