ETG-Literatur-Test
VDE ETG
05.08.2020

ETG Literaturpreisträger 2020

Der ETG-Literaturpreis ging in diesem Jahr an

  • Tobias Gabler
  • Dr. Sebastian Palm
  • Robert Seifert


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Robert Gabler

2020 - Tobias Gabler

Dielectric Modeling of Oil-paper Insulation Systems at High DC Voltage Stress Using a Charge-carrier-based Approach

Robert Gabler

Dielectric Modeling of Oil-paper Insulation Systems at High DC Voltage Stress Using a Charge-carrier-based Approach


Erschienen in: IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation Vol. 26, No. 5; October 2019

Herr Tobias Gabler stellt in seinem Beitrag Berechnungsergebnisse zu Untersuchungen des dielektrischen Verhaltens des Öl-Papier-Isoliersystems der Stromrichtertransformatoren der Hochspannungsgleichstromübertragung  unter Gleichspannungsbelastung anhand eines ladungsträgerbasierten Ansatzes vor und vergleicht diese mit Ergebnissen seiner durchgeführten Versuche. Durch die Gegenüberstellung mit herkömmlichen Berechnungsverfahren zeigt er eindrucksvoll, dass dieses aufgrund der dort getroffenen Annahmen unzureichende Ergebnisse liefert und im Widerspruch zu den Versuchsergebnissen steht. Herr Gabler motiviert seine Untersuchungen nachvollziehbar dadurch, dass herkömmliche Berechnungsmodelle auf Basis der als konstant angenommenen elektrischen Leitfähigkeiten der Isoliermedien unter Gleichspannungsbelastung u. a. aufgrund nicht beachteter Raumladungseffekte nicht nutzbar sind, um das Verhalten des Isoliersystems abzubilden. Vor diesem Hintergrund stellt er einen ladungsträgerbasierten Ansatz aus der Literatur vor, welcher das Leitfähigkeitsverhalten des mineralischen Isolieröls anhand der Generation, des Transports und der Rekombination verschiedener Ladungsträgerspezies in der Isolierflüssigkeit und der Papierisolierung beschreibt. Mithilfe des nichtlinearen Poisson-Nernst-Planck-Gleichungssystems (PNP) kann dieses Verhalten numerisch modelliert werden, indem die Veränderung der Ladungsträgerdichte im System aufgrund der genannten Mechanismen sowie der Einfluss der Ladungsträger auf die elektrische Feldstärke nachgebildet wird.

Um die Anwendbarkeit des Modells zur Nachbildung der Beanspruchung des Öl-Papier-Isoliersystems zu verifizieren,  präsentiert Herr Gabler an offenen und mit einer Barriere abgeschlossenen Öl- sowie Öl-Papier isolierten Anordnungen seine ermittelten Ergebnisse der Durchschlagversuche und dem aufgenommenen Strom-Zeit-Verhalten. Herr Gabler konnte beeindruckend belegen, dass entsprechend der Berechnungsergebnisse und seiner dargestellten Ausführungen die Papierisolierung entlastet wird und sich starke Abhängigkeiten zur Ölspaltweite einstellen oder in Übereinstimmung mit den Berechnungen einzelne Bereiche der Öl-Papier-Isolierung entlastet werden.

Palm. Sebastian

2020 Dr. Sebastian Palm

Evaluation and Comparison of Islanding Detection Methods by Evaluation and Comparison of Islanding Detection Methods by Extended Analysis of the Non Detection Zone

Palm. Sebastian

Evaluation and Comparison of Islanding Detection Methods by Evaluation and Comparison of Islanding Detection Methods by Extended Analysis of the Non Detection Zone

25th International Conference on Electricity Distribution (Cired) 2019


Im Rahmen der fortschreitenden Energiewende kommt den Verteilnetzen stetig steigende Bedeutung zu. Sie tragen nicht nur die Hauptlast bezüglich der Integration dezentraler, regenerativer Einspeisungen, sondern müssen in Zukunft auch verstärkt Systemdienstleistungen für das Gesamtsystem erbringen. Ein wichtiger Baustein ist dabei die mögliche lokale Aufrechterhaltung der Versorgung in einer Inselnetzversorgung auch im Falle eines großflächigen Blackouts. Dieser Zukunftsperspektive stehen die heutigen Verfahrensregeln für den Umgang mit einer Inselnetzbildung auf Verteilnetzebene diametral entgegen: Heutige Praxis im Netzbetrieb ist es – aus unterschiedlichen Gründen – die Bildung einer lokalen (unkontrollierten) Netzinsel in jedem Fall sicher zu verhindern. Die Basis für ein geeignetes Vorgehen – gleich um welchen Anwendungsfall es sich aber handelt (Inselnetze auf Verteilnetzebene betreiben oder verhindern) – ist in jedem Fall das sichere und zuverlässige Erkennen einer Inselnetzbildung

Hier setzt die prämierte Veröffentlichung von Herrn Sebastian Palm an. Sie beschreibt die Untersuchung und vergleichende Bewertung unterschiedlicher Verfahren zur Inselnetzerkennung. Der Fokus liegt dabei auf der Minimierung der sog. „Non Detection Zone“, also des Bereiches, der von den einzelnen Verfahren nicht zuverlässig erkannt wird. Dazu entwirft Herr Palm zunächst ein geeignetes Simulationsmodell für die Inselnetzbildung, welches sowohl die Abbildung unterschiedlicher Netzkonstellationen als auch verschiedener Einspeisezustände der dezentralen Einspeiser erlaubt. Aus zahlreichen Simulationen von Inselnetzsituationen leitet er anschließend zwei geeignete, neue Parameter ab, welche sowohl eine Definition und Messung der Größe der „Non Detection Zone“ als auch der Geschwindigkeit der Inselnetzerkennung ermöglichen.

Ebenso wie die eigentliche wissenschaftliche Leistung kann die schriftliche Fassung der Veröffentlichung vollständig überzeugen. Sie ist mit der notwendigen Sorgfalt erstellt, gut strukturiert und systematisch aufgebaut. Der Schreibstil ist präzise, verständlich und wissenschaftlich korrekt. Die Veröffentlichung wurde bereits mit dem „Best Young Academic Paper Award“ der Session 3 der Cired 2019 ausgezeichnet.

Die prämierte Veröffentlichung stellt damit zweifelsfrei einen wichtigen und innovativen Beitrag zu einem hochaktuellen Thema der Energieversorgungsbranche im Bereich der Verteilnetze dar.


Seifert-Robert

Robert Seifert

Einführung in die fraktionale Flussschätzung in elektromagnetischen Aktoren

Seifert-Robert

Einführung in die fraktionale Flussschätzung in elektromagnetischen Aktoren

Erschienen in: at-Automatisierungstechnik, Band 67, Heft 7 (2019=, doi.org/19.1515/auto-2018-0075)

Die Arbeit von Herrn Seifert zeichnet sich vor allem dadurch aus, dass ein regelungstechnisch höchst komplexes und anspruchsvolles Problem in hervorragender Weise gelöst wurde. Dabei geht er sehr methodisch vor: Ausgehend von der Modellbildung wird die regelungstechnische Aufgabenstellung näher eingegrenzt und gelöst. Anschließend implementiert er seinen Regler in Hardware und validiert die Funktionsfähigkeit am Prüfstand.

Besonders hervorzuheben ist die schöne Transferleistung aus einem anderen Bereich des Elektromaschinenbaus auf das vorliegende Problem. Herr Seifert verwendet die gelegentlich in der Berechnung von Asynchronmaschinen eingesetzten Kettenleiter, um das nichtlineare Verhalten seiner Regelstrecke zu beschreiben. Dabei gibt es durchaus noch erheblich Unterschiede in der Anwendung des Verfahrens, die von Herrn Seifert mit neuen Ideen gelöst werden.

Vereinfachungen, wo nötig und angewandt, werden abgewogen und bzgl. ihres Geltungsbereiches geprüft. Der Fortschritt der Arbeit liegt insbesondere in der Entwicklung einer analytisch und numerisch gut beherrschbaren Modellierung des höchst nichtlinearen Verhaltens von wirbelstrombehafteten elektromagnetischen Aktoren. Diese grundlegenden Untersuchungen und Ideen lassen sich in vielfältiger Weise auf andere, ähnliche Systeme anwenden.

Es ist hervorzuheben, dass Herr Seifert in seiner Arbeit die gesamte Bandbreite der Elektromagnetik in großer Tiefe anwendet, um schließlich zu einer hervorragenden Lösung der Problemstellung zu gelangen. Ausgehend von den Maxwellschen Gleichungen entwickelt er zunächst eine analytische Lösung für die Übertragungsfunktion. Diese wird dann im Frequenzbereich analysiert und numerisch approximiert. Hierzu sind verschiedene Verfahren aus der Literatur bekannt, die von Herrn Seifert souverän vorgestellt und bewertet werden. Anschließend implementiert er das bestgeeignete Verfahren für seine Problemstellung in einer dSpace MicroLabBox am Prüfstand und weist die Funktionsfähigkeit praktisch nach.

Auf diese Weise gelingt es ihm, eine bis zu 100-fach schnellere Regelung der Flussdichte zu erreichen als mit herkömmlichen Reglern, die den nichtlinearen Zusammenhang zwischen Strom und Flussdichte unberücksichtigt lassen.

 


Auch in 2021 wird der ETG Literaturpreis für hervorragende Veröffentlichungen aus dem Jahr 2020 (Abweichungen von +/-3 Monaten werden toleriert) auf dem Gebiet der Elektrischen Energietechnik ausgeschrieben.

Der Autor soll nicht älter als 40 Jahre sein. Die mit dem Preis verbundene Prämie beträgt 3.000 €. Mögliche Themen sind alle Fachgebiete der Elektrischen Energietechnik (auch zusammenfassende Darstellungen).

Die Jury bewertet nach den Kriterien Bedeutung der Arbeit, Originalität, Kompetenz, Darstellung und Form. Einsendeschluss für Vorschläge oder Eigenbewerbungen ist der 12. Februar 2021.