Open-Access-Journals @ Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg
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Rechnergestütztes Lernen im Bereich der regenerativen Energien: (Ausgewählte Aspekte)
No full textMit der stetig steigenden allgemeinen Vernetzung ist der Erwerb von Wissen zeit- und ortsunabhängig geworden, wodurch computergestützte Technologien zur Wissensvermittlung an Bedeutung gewonnen haben. Die starke Verbreitung des Internets als Informationsquelle ermöglichte erst diese Entwicklung. Die Anwendung, lehrgestützter Techniken, wie der Virtual-Reality-Technik, erleichtern den Lernprozess im Bereich der Elektrotechnik. Einige neue Elemente wie z.B. VR-Labore (Virtual Reality) vergrößern bei geeigneten mathematisch genauen Modellen den Wissenserwerb und erhöhen die Attraktivität des Technikstudiums. In dieser Dissertation sind die Probleme des rechnergestützten Lernens am Beispiel der Regenerativen Energien behandelt worden. Es sind ausgewählte Bereiche des rechnergestützten Lernens an drei Beispielen untersucht und durchgeführt worden. Die Beispiele sind: • Regenerative Energien – Multimedial (RegEn – M) – Ein modular aufgebautes Lernsystem, • Virtuelles Labor, • Virtuelles Training. Diese drei Themenbeispiele sind systematisch erarbeitet worden. Zunächst sind die Szenarien erstellt und geeignete Techniken ausgewählt worden. Auf diesen Ansatzpunkt basierend sind Lernapplikationen entwickelt, implementiert und getestet worden. Die Akzeptanz ist durch reale Anwendung in der Lehre überprüft und verifiziert worden. Das System RegEn - M beinhaltet folgende Lernmodule, die im Multimedialabor am Lehrstuhl Elektrische Netze und Alternative Elektroenergiequellen (LENA) implementiert worden sind: • Allgemeine Grundlagen der Energieerzeugung aus regenerativen Energiequellen und ihre Potentiale, • Wind als Energiequelle, • Photovoltaische Energieerzeugung, • Brennstoffzelle. Das virtuelle Labor ist auf der Basis des realen Brennstoffzellenlabors des Lehrstuhls aufgebaut. Die virtuellen Modelle zur Visualisierung werden ergänzt durch implementierte, quasi dynamische, mathematische Modelle zur Simulation unterschiedlicher Betriebszustände. Das virtuelle Training basiert auf CAD-Daten eines Leistungsschalters und ist in der Kooperation mit dem Produzenten entwickelt und in der Praxis erfolgreich eingesetzt worden. In mehrjährigen Anwendungen sind die Akzeptanz und die Vorteile der in dieser Arbeit erstellten Lehr- und Lerntechniken untersucht worden. Es konnte gezeigt werden, dass die Anwendung von Virtual-Reality-Techniken die herkömmlichen Formen des Lehrens und Lernens bereichern und ergänzen können. Zukünftig ist eine verstärkte Entwicklung der Präsentationsmöglichkeiten des Wissens durch den Einsatz von dreidimensionalen Lernräumen gegeben, wodurch nicht nur das System virtuell repräsentiert werden könnte, sondern auch die gesamte Lernumgebung des Systems. Der Lernende könnte sich in der virtuellen Umgebung real bewegen und somit virtuell das System bedienen. Weiterhin besteht die Möglichkeit, die in dieser Arbeit realisierten Lernmodule zu erweitern und den neuesten Wissensstand weiterhin zu erhalten. Die Nutzung von virtuellen Laboren erweist sich als sehr hilfreich, folgende virtuelle Labore können in die bereits bestehende Lernbasisplattform eingebunden werden: Photovoltaik, Windkraft, Elektrische Netze und Leitwartezentrale
PMU-basierte Zustandsabschätzung in Smart Distribution
No full textDiese Dissertation bietet einen ganzheitlichen Ansatz dafür, wie die Überwachung des Verteilnetzes – und hier insbesondere der 110-kV-Ebene – zukünftig gestaltet werden kann. Innerhalb dieser Thematik wurden sowohl planungstechnische als auch betriebliche Aspekte bei der Integration und Optimierung neuartiger Überwachungsverfahren theoretisch und praktisch untersucht.Als Voraussetzung für ein Überwachungssystem sind zunächst bestehende PMU-Platzierungsverfahren gegenübergestellt und ihre jeweiligen Vor- und Nachteile identifiziert worden. Hier hat sich gezeigt, dass technische Einschränkungen bei der Installation und daraus resultierende unzulässige Verallgemeinerungen bei der linearen Optimierung nach einer neuen Methodik verlangten. Durch die Einführung eines PMU-Platzierungsverfahrens auf Basis von Messstellen konnte diesbezüglich eine effiziente und kostenoptimale Lösung vorgestellt werden. Untersuchungen an mehreren Testnetzen (darunter das IEEE 14- und das IEEE 30-Knoten-Testnetz) haben nachgewiesen, dass im Vergleich mit konventionellen Verfahren der geforderte Grad an Beobachtbarkeit mit weniger Messungen gewährleistet werden kann und zudem eine Berücksichtigung unzulässiger Messstellen erfolgt. Durch die Verwendung und Anpassung von aussagekräftigen Beobachtbarkeitsindizes in Kapitel 4 wurde dieser Zusammenhang auch durch numerische Werte quantitativ nachgewiesen.Im Kern der Arbeit sind drei Verfahren der Netzzustandsabschätzung (konventionell, linear und hybrid) durch eine Applikation in MATLAB realisiert worden. Die Applikation ermöglichte die Untersuchung variabler Messkonfigurationen für ein 4-Knoten-Beispielnetz und eine 110-kV-Verteilnetzstruktur mit 18 Knoten. In mehreren Simulationen wurden dazu Referenzzeitreihen mittels Lastflussberechnung erzeugt, aus denen im Anschluss virtuelle Messungen mit synthetischen Fehlern für die Zustandsabschätzung abgeleitet wurden. Durch Variation der Anzahl verfügbarer Messungen und ihrer Messgenauigkeit konnten Schlussfolgerungen bezüglich der jeweiligen Eignung des Verfahrens für die praktische Anwendung im Verteilnetz gezogen werden. Sowohl die exklusive PMU-Nutzung (LSE) als auch die hybride Netzzustandsabschätzung zeigten dabei erhebliche Vorteile gegenüber konventionellen Ansätzen. Unter Verwendung der bereits heutzutage verfügbaren hohen Genauigkeit zeigerbasierter Messgeräte konnte so die Abweichung der ermittelten Zustandsgrößen um mindestens 50 % reduziert werden. Auch die höhere Rate, mit der PMU Messdatensätze bereitstellen können, erlaubt folglich eine detaillierte Erfassung dynamischer Effekte und die tiefergehende Analyse von Ursache-Wirkungs-Ketten im Gesamtsystemverbund. In Kapitel 7 wurde abschließend die lineare Netzzustandserfassung unmittelbar auf ein bestehendes 110-kV-Verteilnetz angewendet. Der dazu verfügbare PMU-Messdatensatz umfasste einen Zeitraum von 9 Stunden. Zwar war eine Validierung durch Referenzmessungen nicht möglich, jedoch konnten die erzielten Ergebnisse durch grundlegende Kenntnisse der vorherrschenden Last- und Erzeugungssituation im betrachteten Netzgebiet als plausibel eingestuft werden. Aus den praktischen Erfahrungen konnte zudem eine Handlungsempfehlung für die Integration von PMU-Messgeräten in bestehende Verteilnetzleitwarten aufgestellt werden. Diese behandelten sowohl anbindungstechnische, betriebliche als auch kostenbezogene Aspekte.Als Ergebnis dieser Dissertation kann zusammenfassend festgestellt werden:Es wurde simulativ und praktisch gezeigt, dass zeigerbasierte Messgeräte wesentlich zur Verbesserung der Netzzustandsbestimmung im 110-kV-Verteilnetz beitragen können. Damit ist auch die Thesis dieser Arbeit nachgewiesen.Durch die bereits heute industriell verfügbare Genauigkeit stellen PMU damit eine ernstzunehmende Alternative bei der messtechnischen Ausstattung eines elektrischen Energieversorgungsnetzes im Vergleich zu konventionellen Geräten dar. Vor allem die zumeist spärlich überwachten unteren Netzebenen verlangen aufgrund der zunehmenden Dynamik infolge volatiler Einspeisung nach einer stärkeren und genaueren Beobachtung. Nur dann können die statischen und dynamischen Systemdienstleistungen der dort angeschlossenen dezentralen Anlagen durch den Netzbetreiber optimal genutzt und koordiniert werden, um auftretende Netzengpässe und Spannungsbandverletzungen zu beheben bzw. zu vermeiden.Die BMWi-Verteilernetzstudie [106] und die dena-Verteilnetzstudie [107] haben diesbezüglich zwar bereits gezeigt, dass ein Netzausbau mittel- bis langfristig für einen nachhaltig sicheren Betrieb unumgänglich ist, jedoch stellt das Einspeisemanagement zur Zeit das meistgenutzte Werkzeug für den Übergang dar. Bereits die akkumulierte Abregelung von 1 % der Jahresenergie würde beispielsweise ausreichen, um den Netzausbaubedarf in Deutschland insgesamt um 30 % zu senken [106]. Die optimale Beobachtbarkeit des elektrischen Netzes über alle Spannungsebenen hinweg ist in der Konsequenz die wichtigste Voraussetzung für eine intelligente und koordinierte Nutzung dieses Werkzeugs. Und auch wenn der Einfluss eines erweiterten Blindleistungsmanagements nachweislich nur geringe Effekte zeigt, so kann letztlich auch dieses Potential nur bei genauer Kenntnis des globalen Spannungsprofils optimal ausgeschöpft werden.Ausblickend gilt es insbesondere, weitere praktischen Erfahrungen bezüglich der Nutzung von PMU im Verteilnetz zu sammeln. Simulative und theoretische Analysen sowieOptimierungsansätze sind bereits durch eine Vielzahl wissenschaftlicher Veröffentlichungen adressiert worden. Woran es jedoch fehlt, ist die globale VNB-ÜNB-übergreifende messtechnische Erfassung des dynamischen Verhaltens des elektrischen Verbundsystems unter dem Einfluss stark zunehmender volatiler Einspeisung. Viele Effekte, die Ursache für Fehler oder Schutzauslösungen sein können, sind mit heutigen Mitteln einfach nicht erfassbar bzw. nicht kausal rückverfolgbar. Die Nutzung von PMU zur Einrichtung eines Distribution Area Monitoring Systems, wie es im Rahmen dieser Dissertation vorgestellt wurde, bietet die dazu notwendigen funktionellen Eigenschaften und Spezifikationen
Analysis and control of resonances in HVDC connected DFIG-based offshore wind farm
No full textWechselwirkungen zwischen den weit verbreiteten wechselrichtergekoppelten Netzkomponenten und den passiven Netzkomponenten können einen breiten Frequenzbereich von Resonanzen aufweisen, wodurch massive harmonische Verzerrungen hervorgerufen und sogar die Systemstabilität gefährdet werden. Ihre Folgen könnten die Trennung erneuerbarer und konventioneller Stromerzeuger vom Netz oder die physische Beschädigung empfindlicher Netzanlagen sein. Motiviert durch die Resonanzereignisse der letzten Jahre in windintegrierten Stromversorgungssystemen, untersucht diese Dissertation die resonanzinduzierten harmonischen Verzerrungs- und Stabilitätsprobleme in einem Offshore-Windpark (OWF) mit doppelt gespeisten Asynchrongeneratoren (DFIG) und Netzanschluss mittels Hochspannungsgleichstromübertragung (HGÜ). Ziel dieser Dissertation ist es, die Resonanzen genau zu charakterisieren, ihre Risiken zu bewerten und Lösungen für die Gestaltung der Minderungsstrategie bereitzustellen. Um die dynamischen Eigenschaften eines DFIG-basierten Windparks genau zu erfassen, wird eine umfassende Impedanzmodellierung unter Berücksichtigung des detaillierten PIRegelkreises und der Gleichstromdynamik der Windkraftanlage sowie der Kabelverbindungen des Mittelspannungskollektorsystems (MV) durchgeführt. Durch schrittweise Simulationsüberprüfungen hat sich die aggregierte Modellierung des MVKollektorsystems für die Breitbandresonanzanalyse als geeignet erwiesen. Auf dieser Grundlage wurden sowohl die Bode-Plot-Methode als auch der Ansatz der Resonanzmodusanalyse (RMA) angewendet, um die Resonanzprobleme unter Berücksichtigung verschiedener Betriebsbedingungen des Windparks und Änderungen der Netz-Topologie anzugehen. Ihre Auswirkungen auf die Resonanzfrequenz, die harmonische Verzerrungen und die Dämpfungen zu Resonanzen werden untersucht. Die Orte, an denen Resonanzen am einfachsten angeregt werden können, werden durch die Busbeteiligungsfaktoranalyse identifiziert. Darüber hinaus wird der Einfluss der Frequenzkopplungseffekte von Steuerungs- und Schaltvorgängen für asymmetrische Wandler auf subsynchrone Resonanz- (SSR), Mittel- und Hochfrequenzresonanzen unter Verwendung der aggregierten Modelle analysiert, die aus einem praktischen HGÜverbundenen DFIG-basierten OWF abgeleitet wurden. Für den Frequenzbereich von mehreren Hz bis zu einigen kHz werden große harmonische Verzerrungs- und Stabilitätsprobleme gezeigt. Um den negativen Einfluss von Resonanzen auf die Stromqualität und die Systemstabilität zu verhindern, wurde eine Reihe aktiver Dämpfungsmöglichkeiten untersucht und in das untersuchte windintegrierte Stromnetz implementiert, und es wird eine koordinierte Dämpfungsstrategie vorgeschlagen, mit der Breitbandresonanzen effektiv gedämpft werden können. Schließlich validieren Simulationen in MATLAB / Simulink die Ergebnisse der Impedanzmodellierung, der Resonanzanalyse sowie die Wirksamkeit der Breitbandresonanzdämpfungsstrategie.Interactions among the widely utilised converter-interfaced grid components and passive grid components can introduce wide-frequency range of resonances, thus induce massive harmonic distortions and even endanger system stability. Their consequences might be the tripping of renewable and conventional generation units or the physical damage of sensitive grid assets. Motivated by recent years’ resonance incidents in wind-integrated power systems, this study investigates the resonance-induced harmonic distortion and stability issues in doubly fed induction generator (DFIG)-based offshore wind farm (OWF) with high-voltage direct current (HVDC) grid connection. The objective of this study is to accurately characterize the resonances, evaluate their risks and provide solutions for the design of mitigation strategy. To accurately capture the dynamic characteristics of DFIG-based wind farm, a comprehensive impedance modelling considering the detailed PI control loop and DC dynamics of wind turbine as well as the cable connections of the medium-voltage (MV) collector system is conducted. Through stepwise simulation verifications, aggregated modelling of MV collector system is proved to be suitable for wideband resonance analysis. On this basis, both Bode-plot method and resonance mode analysis (RMA) approach have been adopted to address the resonance issues taking into account various wind farm operating conditions and grid topology changes. Their impacts on resonance frequency, harmonic amplification level and damping level are investigated. The locations where resonances can be most easily excited are identified through bus participation factor analysis. Moreover, the impact of the frequency-coupling effects from asymmetrial converter control and switching operations on subsynchronous resonance (SSR), middleand high-frequency resonances is analyzed using the aggregated models derived from a practical HVDC connected DFIG-based OWF. Large harmonic distortion and stability issues are demonstrated for the frequency range from several Hz to a few kHz. In order to prevent the negative impact of resonances on power quality and system stability, a series of active damping possibilites have been studied and implemented in the studied wind-integrated power system, and a coordinated damping strategy which can effectively damp wideband resonances is proposed. Finally, simulations in MATLAB/Simulink validate the results of impedance modelling, resonance analysis as well as the effectiveness of the wideband resonance damping strategy
Jahresbericht 2021: Der Lehrstühle für Elektrische Antriebssysteme, Elektrische Netze und Erneuerbare Energie, Elektromagnetische Verträglichkeit, Leistungselektronik
No full textAuch 2021 möchten wir Ihnen wieder unseren Jahresbericht überreichen, mit dem wir in gewohnter Weise über die neuesten Entwicklungen, Lehrveranstaltungen und Forschungsaktivitäten an den Lehrstühlen für „Elektrische Antriebssysteme“, „Elektrische Netze und Erneuerbare Energie“, „Leistungselektronik“ und „Elektromagnetische Verträglichkeit“ informieren
LEGO-Praktikum. Entwickeln, programmieren, optimieren: Berichte der Studierenden zum Projektseminar Elektrotechnik/Informationstechnik
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LEGO Mindstorms Votingbot
No full textAuch in diesem Jahr 2021 wurde das Legopraktikum trotz komplizierter Situation durchgeführt. Dabei wurde einigen Studierenden der Fachschaft für Elektro- und Informationstechnik die Möglichkeit geboten allein oder als Gruppe eine Idee für einen Roboter zu entwickeln und diese umzusetzen. Dieser Roboter sollte aus LEGO gebaut werden und eine oder mehrere Aufgaben autonom ausführen können. In diesem Paper wird auf die Konstruktion, Programmierung und Entwicklung einesRoboters eingegangen, welcher durch einen Ultraschallsensor Objekte erkennen, diese aufnehmen, in einen Behälter ablegenund anschließend die Anzahl der Objekte, die er sortiert hat per Sprachausgabe ausgeben konnte
Printi - der s¨uße, zutrauliche Drucker Roboter zum Kopieren von Bildern
No full textIm Rahmen des j¨ahrlichen Projektseminars ”Elektrotechnik und Informationstechnik“ der Otto-von-Guericke-Universit¨at wurde ein Fotokopierer f ¨ur kontrastreiche Schwarz-Weiß-Bilder entwickelt, der mithilfe des NXT-Blockes in der Lage ist Kopien, anzufertigen. In der nachfolgenden Arbeit wird auf die Umsetzung des Roboters genauer eingegangen. Betrachtet werden dabei die Konstruktion, wichtige Abschnitte der Programmierung und die dabei entstandenen Probleme
Conflicts in Energy Transitions : Eine Reflexion über das online-Seminar für Master-studierende vom SoSe 2020
No full textDas Seminar „Conflicts in Energy Transitions“, welches im Sommersemester 2020 von Prof. Dr. Michael Böcher und Dr. Ulrike Zeigermann angeboten wurde, stellte sich - in digitaler Form - den aktuellen Diskussionen über erneuerbare Energien, deren Konfliktpotenzialen und Zukunftsausblicken. Das Seminar wurde in drei Themenabschnitte unterteilt, um Struktur in die Komplexität des Themenfeldes zu bringen, sowie das asynchrone Lernen zu fördern. Diese Themenfelder werden im Folgenden vorgestellt und diskutiert, inwiefern dieser Aufbau den Studierenden das selbstverantwortliche Bearbeiten der Module, welche alle vier Wochen in synchroner - und aufgrund der Covid-19-Pandemie in digitaler Form - besprochen wurden, ermöglichte
In memoriam Iliya I. Blekhman
No full textOn 3rd February 2021 Professor Dr. Iliya Izrailevich Blekhman (born on 29th November 1928 in Kharkov), former head of the Laboratory of Vibration Mechanics at the Institute for Problems in Mechanical Engineering of the Russian Academy of Sciences (St.Petersburg, Russia), an internationally highly esteemed outstanding scientist in the field of the theory of nonlinear oscillations, the dynamics of machines and vibration technology, passed away in St. Petersburg
Contested Futures for Coal-Foundations of the Energy Transitions and Regional Challenges
No full textDespite broad agreement in research and global politics about the need of renewable energy in order to reduce greenhouse gas emissions and combat climate change, socio-economic and political efforts towards phasing out of fossil fuels are highly contested. This is reflected in diverse energy trends across countries and regions, but also in different political goals and understandings of ‘clean energy’. As a result, we observe several parallel and sometimes even conflicting energy transitions. Focusing on developments in Europe and Germany in particular, the contributions in this working paper show that energy transitions have different historical and economic foundations and that they bring new regional challenges or even conflicts