Optimierung des Schaltzustandes elektrischer Netze mit erneuerbaren Energien
(Prof. Dr. Dib, WS 2016/17)

Der ständig steigende Zubau an Erzeugungsanlagen mit erneuerbarer Energie stellt die elektrischen Übertragungs- und Verteilnetze unter neuen Herausforderungen. Hinzu kommt die hohe Gleichzeitigkeit der Erzeugung bei Windkraftanlagen bzw. bei Photovoltaikanlagen. Netzengpässe und Abregelung von Erzeugungsanlagen können die Folgen dieser Entwicklung sein. Netzerweiterungen sind erst nach Ausschöpfung anderer Abhilfemaßnahmen zu ergreifen. Zudem können sie durch langwierige Genehmigungsverfahren verzögert werden.

Die Untersuchungen, die im Rahmen der Betreuung einer laufenden Doktorarbeit entstanden sind, befassten sich mit der Möglichkeit, die Übertragungsfähigkeit von 110-kV-Verteilnetzen durch optimale Schaltmaßnahmen zu erhöhen. Dazu wurde ein geeignetes Optimierungsverfahren entwickelt.

Das folgende Bild zeigt ein 110-kV-Modellnetz, welches die typischen Merkmale der in Deutschland vorkommenden Netze zeigt (Netzform, Anschluss von Umspannwerken, Sammelschienenanordnung).

Forschungssemster Dib

Ausgehend von dem ursprünglichen Netzzustand werden verschiedene Einspeise- und Lastsituationen für die verschiedenen Jahreszeiten (Frühling, Sommer, Herbst, Winter) angenommen und optimale Schaltzustände gesucht, die mehr Übertagungskapazität bzw. weniger Abregelung von Erzeugungsanlagen mit erneuerbarer Energie erlauben.

Die Simulationen für das hier betrachtete Modellnetz zeigen, dass man aufgrund der starken Windverhältnisse im Winter (in Deutschland) zwei Schaltzustände festlegen kann: der ursprüngliche Schaltzustand ist im Winter suboptimal und kann durch einen optimalen Zustand ersetzt werden, den das Programm vorschlägt. In den anderen Jahreszeiten ist der ursprüngliche Schaltzustand angemessen. Das Verbesserungspotential ist stark von der betrachteten Netzstruktur, den Einspeisungen und Lasten abhängig und ist von Fall zu Fall neu zu ermitteln.

IP-basierte Gebäudeautomation (Prof. Dr. Gräfe, 2016)

Derzeit kommt in der Gebäudeautomation/Gebäudesystemtechnik eine Vielzahl von Bussystemen wie KNX, LON und LCN zum Einsatz, die proprietäre Protokolle verwenden und somit untereinander inkompatibel sind, und deren Eigenschaften auf den technischen Möglichkeiten von 1980 bis 1990 basieren, beispielsweise Datenraten von 0,01 MBit/s.

Ziel des Forschungsprojekts war es, ein IP-basiertes Kommunikationssystem zu finden, das ebenso wie KNX oder LON mit einer zweiadrigen Busleitung und einer einfachen Anschlusstechnik auskommt und trotzdem die Verwendung des standardisierten Ethernet/IP-Protokolls und Datenraten im MBit-Bereich ermöglicht. Es wurden verschiedene Kandidaten untersucht und Teststrecken aufgebaut. Als Favorit hat sich dabei SHDSL (Symmetric High Speed Digital Subscriber Line) herauskristallisiert, das Datenraten bis zu 15 MBit/s und Reichweiten im Kilometerbereich ermöglicht. Es kommt dabei mit einem zweiadrigen Kabel aus, dessen Adern beim Anschluss sogar vertauscht werden dürfen.

1Socrates-Chip-Lantiq
Datenrate-Socrates-4fach

Im Rahmen des Forschungsprojekt wurde weiterhin die Robustheit des Systems gegenüber Störeinwirkungen untersucht, sowie ein Simulationsmodell entwickelt, das die Untersuchung einer Energieübertragung über das gleiche Adernpaar ermöglicht mit dem Ziel, die Busteilnehmer auch über die Busleitung mit Spannung zu versorgen.

SHDSL als Buslinie

Bildquellen:
[1] Lantiq SDFE Product Brief, https://www.codico.com/fxdata/codico/prod/media/Lantiq_SOCRATES-Bis_Product-Brief.pdf
[2] Stefan Hirscher et al.: “High Data Rates over Long Copper Loops – SHDSL Goes the Extra Mile(s)”, https://www.we-online.com/web/en/index.php/show/media/06_passive_components_-_custom_magnetics/pdf_doc_files_1/shdsl_kit_page_documents/SHDSL_White_Paper_by_Lantiq_and_Teleconnect_-_May_2014.pdf

Entwicklung einer Halbbrücke (Prof. Dr. Peppel, WS 2015/16)

Unterstützung einer studentische Arbeitsgruppe an der TU-Darmstadt:
In diesem Projekt wurde eine sogenannten Halbbrücke mit einem Schaltvermögen von 1200V und 50A entwickelt. Aus Halbbrücken sind fast alle leistungselektronischen Geräte wie z. B. Wechselrichter zur Drehzahlregelung von Motoren aufgebaut.

Es wurden alle Schritte einer klassischen Produktentwicklung durchgeführt. Ausgehend von einer Spezifikation wurde der Schaltplan erarbeitet, die Bauteile ausgesucht, die Leiterplatte entworfen und anschließend die Halbbrücke komplett aufgebaut. Den Abschluss bildete ein ausführlicher Funktionstest. Durch dieses Projekt haben die Studierenden viele praktische Erfahrungen gesammelt, die so in Vorlesungen nicht erlernt werden können.