Weltweit zugängliche Prüfungsarbeiten

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http://hdl.handle.net/2003/33852

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    Einsatz eines Niederspannungslängsreglers zur Behebung von Spannungsunsymmetrien hervorgerufen durch Elektromobilität und dezentrale Energieerzeugung
    (2020-06-17) Jahn, Robert; Holt, Mara; Rehtanz, Prof. Dr.-Ing Christian
    Mit dem steigenden Anteil einphasiger dezentraler Energieerzeuger (Photovoltaiksysteme) und moderner einphasiger Lasten (Elektrofahrzeuge) wächst die Herausforderung für den Netzbetrieb im Niederspannungsnetz. Dabei ist die Spannungsqualität von ländlichen Regionen mit langen Leitungen besonders gefährdet. Spannungsregler wie regelbare Ortsnetztransformatoren oder Spannungslängsregler bieten hier eine praktische Alternative zum Netzausbau. Im Fokus dieser Arbeit stehen die durch einphasige Photovoltaiksysteme und einphasige Elektrofahrzeuge entstehenden Spannungsunsymmetrien im Niederspannungsnetz. Dafür wird zunächst ein realitätsnahes Niederspannungsmodell erstellt, welches die Analyse von Spannungsunsymmetrien ermöglicht. Zudem werden ein regelbarer Ortsnetztransformator, die Ansteuerungslogik eines Spannungslängsreglers und ein Zick-Zack Lastregler modelliert. Anschließend werden mit statischen und dynamischen Worst Case Szenarien die Regler mit geeigneten Kriterien hinsichtlich ihres Regelverhaltens untersucht. Abschließend wird ermittelt, inwiefern die Regler das Integrationspotential weiterer unsymmetrischer Leistungen steigern können.
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    Electric vehicle fast charging with energy storage and generation capabilities - Simulations based on real charging data
    (2020-02-06) Rohde, Lena; Rauma, Kalle; Järventausta, Pertti; Rehtanz, Christian
    The increasing use of electric vehicles (EV) brings up the need to invest in the charg- ing infrastructure and extend the number of charging sites and stations. Especially the integration of fast charging sites increases the convenience for the user. The growing utilization of charging sites is also a chance to learn about charging be- haviour and future needs. In this thesis, usage data of a charging site in Norway is processed by a self-developed modelling tool, to create charging profiles based on the measured energy data. Additionally an optimized peak-shaving approach is examined. The capabilities and influence of an integrated battery electric storage (BES) system and a photovoltaic (PV) system on the charging profiles are anal- ysed. The peak-shaving reaches values between 30% and 60% depending on the BES and PV configuration. Based on the results, differences and patterns in the charging behaviour are visible on a weekly and monthly basis. The results of the peak-shaving indicate a correlation of higher peak-shaving with a increasing BES capacity. The PV system introduces more flexibility to the charging site that implies more independence of the grid.
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    Betriebsführungsstrategien für Strom-Wärmesysteme: Eine Vergleichsstudie zwischen "Modellprädiktiver Regelung" und regelbasiertem Verfahren
    (2016-07) Hebbeker, Christoph; Hidalgo Rodríguez, Diego I.; Myrzik, Johanna
    Die Energiewende erhöht die Nutzung der erneuerbaren Energie, wodurch die Anpassung der elektrischen Lasten an die Erzeugersituation immer wichtiger wird. Hinzu kommt die dezentrale Nutzung der Energiequellen, die Transportverluste verringert. In dieser Arbeit wird das Lastmanagement eines Strom-Wärmesystems mit drei verschiedenen Betriebsführungsstrategien analysiert. Betrachtet wird ein Einfamilienhaus mit Photovoltaikanlage, Wärmepumpe und Warmwasserspeicher. Ziel der Betriebsführungsstrategien ist die Minimierung der Spitzenlasten am Netzanschlusspunkt (NAP). Die zwei wichtigen Strategien, die analysiert werden, sind die netzgeführte „Modellprädiktive Regelung“ (MPC) und das regelbasierte Verfahren (RBC). Hinzu kommt der wärmegeführte MPC, der als „Worst-Case-Szenario“ dient. Verglichen werden die MPCs bei perfekten Vorhersagen mit dem RBC über verschiedene Kenngrößen wie die Autarkie, die Spitzenlasten und die mittlere Temperaturabweichung. Der netzgeführte MPC minimiert die Spitzenlasten am besten, gefolgt von dem RBC und dem wärmegeführten MPC. Durch die Implementierung eines variierbaren Fehlers in den Prognosen wird ein weiterer Vergleich zwischen dem RBC und dem netzgeführten MPC durchgeführt, bei dem die Auswirkungen der einzelnen Störgrößen analysiert werden. Bei fehlerhaften Prognosen hat die PV-Leistung den größten Einfluss auf die Kenngrößen und erzeugt eine negative Spitzenlast im MPC, die größer ist als beim RBC.
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    Optimierung der Leistungsbilanz in Niederspannungsnetzen - eine Vergleichsstudie zwischen einer zentralisiert, hierarchisch-verteilt und dezentral modellprädiktiven Regelungsarchitektur
    (2016-12) Töns, Tilo; Hidalgo-Rodríguez, Diego Iván; Myrzik, Johanna
    Durch die Zunahme dezentraler Stromerzeuger und der damit verbundenen Zunahme fluktuierender Einspeisung, sehen sich die Energienetze vor neue Herausforderungen gestellt. In Schwachlastzeiten und stark fluktuierender Einspeisung kann die Stabilität der Netze gefährdet werden. Mit Hilfe von Demand Side Integration (DSI) kann die fluktuierende Einspeisung ausgeglichen, somit die Netzintegration dezentraler Energieumwandlungsanlagen erleichtert und die Effizienz der Stromnetze verbessert werden. In diesem Zusammenhang bieten Speichersysteme auf Haushaltsebene ein großes Potential für die DSI. Die DSI kann mittels modellprädiktiver Regelung durchgeführt werden. Bei der modellprädiktiven Regelung wird ein Modell des zu regelnden Prozesses verwendet, um das zukünftige Verhalten des Prozesses abhängig von den Eingangsgrößen innerhalb eines Prädiktionshorizonts vorherzusagen. Mit jedem Prädiktionsschritt werden die Eingangsgrößen berechnet, um das zukünftige Verhalten optimal abzubilden. Die Optimierung erfolgt durch das Messen des Ist-Zustandes und erneuter Berechnung der Stellgrößen unter Verwendung der aktualisierten Informationen. Die Regelung der DSI kann prinzipiell zentral, verteilt oder dezentral erfolgen: Bei einer zentralisiert modellprädiktiven Regelungsarchitektur besitzt ein Agent/Aggregator, der beispielweise der Verteilnetzbetreiber sein könnte, Informationen über das gesamte System und alleinige Handlungsvollmacht. Somit kann der Agent die lokale Regelung einzelner Haushalte zentral steuern. Bei einer hierarchisch-verteilt modellprädiktiven Regelungsarchitektur gibt es einen Agenten auf höchster Ebene, welcher Informationen über das gesamte System hat und den lokalen Agenten auf unterer Ebene lokale Steuerungsziele vorgibt. Die lokalen Agenten auf unterer Ebene können Informationen untereinander austauschen, um die lokalen Steuerungsaufgaben zu koordinieren. Bei der dezentral modellprädiktiven Regelungsarchitektur besitzen die lokalen Agenten nur Teilinformationen des Systems und handeln nach lokal implementierter Steuerung ohne Informationsaustausch mit anderen lokalen Agenten. Ziele dieser Arbeit sind die Bewertung der o.g. modellprädiktiven Regelungsarchitekturen für die Optimierung der Leistungsbilanz in Niederspannungsnetzen, die Erweiterung vorhandener Wärmesysteme um PV-Batterie-Systeme und die Bewertung der Effizienz des Gesamtsystems der einzelnen Regelungsarchitekturen.
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    Evaluation der Energieeffizienz eines strombasierten Infrarot-Heizsystems
    (2016-06-07) Busse, Hanna Iva; Rehtanz, Christian
    Mit Blick auf die Energiewende drängen neue auf Energieeffizienz basierende Lösungen wie der Einbau von Infrarot-Heizungen auf den Markt. Diese aufgrund der von den Herstellern postulierten Einsparpotentiale versprochene Energieeffizienz von strombasierten Infrarot-Heizstrahlern ist in der vorliegenden Bachelorarbeit untersucht und evaluiert worden. Nach einer Erläuterung des Aufbaus und der Funktionsweise von Infrarot- Heizsystemen sowie der mit Heizsystemen eng einhergehenden wärmetechnischen Grundlagen wurden die Geräte in einer ausgewählten Testumgebung hinsichtlich ihrer tatsächlichen Energieeffizienz untersucht. Dafür wurden Temperaturmessungen während des ausschließlichen Betriebs der Zentralheizung einerseits und der IRStrahler andererseits durchgeführt, um bei der späteren Bewertung auf Vergleichswerte zurückgreifen zu können, wobei sich der größte Unterschied im Temperaturverlauf beim Betrieb der Strahler ergab. Ähnlich dazu verhielt sich der Leistungsverlauf, dessen charakteristische Aufnahmen und Abgaben die Temperaturkurven beeinflussten. Anhand der Messergebnisse wurde dann in Kombination mit Befragungen unter drei unterschiedlichen Umgebungsbedingungen der Frage nachgegangen, inwiefern die gestellten IR-Strahler als energieeffizient oder ggf. sogar als effizienter im Vergleich zu konventionellen Heizsystemen gelten können. Aufgrund dieses Unterschieds im Temperaturverlauf sowie bei Betrachtung der Kennlinien für verbrauchte Leistung zeigt sich, dass sich zwar durchaus Aspekte ergeben, die auch von anwesenden Personen als „behaglicher“ im Vergleich zu konventionellen Heizsystemen wahrgenommen werden, andere Umgebungen jedoch für die Anbringung der Heizstrahler besser geeignet wären, etwa gut gedämmte Räumen, in denen kein durchgängiger Heizbetrieb vonnöten ist.