Labor für Elektrische Energieversorgung

Elektrische Energieversorgung

Der Umbau unseres Energiesystems hin zu erneuerbaren Energien ist in vollem Gange. Wie wir es heute ausgestalten, wird für die nächsten Jahrzehnte bestimmen, ob und wie gut dieser Umbau funktioniert und wie effizient und sicher unsere Energieversorgung sein wird.

Wir vom Fachgebiet Elektrische Energieversorgung an der Fachhochschule Südwestfalen in Soest tragen dazu bei, die richtigen Weichen zu stellen, indem wir technische Lösungen aufzeigen und entwickeln; indem wir am Design des zukünftigen Energiesystems im Kleinen und im Großen mit technischem Sachverstand und wissenschaftlichem Weitblick mitwirken; und nicht zuletzt, indem wir einen Ort aktiven Lernens für all diejenigen bieten, die es mit aufbauen und weiterentwickeln möchten.

Unser aktueller Schwerpunkt ist, wie wir die Strom-Verteilnetze fit machen für die neue Energieerzeugung (erneuerbar, dezentral, fluktuierend) und wie sich Flexibilität in Erzeugung und Verbrauch nutzen lässt, damit rechtzeitig und effizient zukunftssichere Verteilnetze entstehen.

• Cybersicherheit im Stromnetz: Damit E-Autos und Wärmepumpen die lokalen Stromnetze nicht überlasten, dürfen sie heruntergeregelt werden. Die dafür benötigte Steuerungsmöglichkeit ermöglicht Cyberangriffe auf das Energiesystem. Wir arbeiten daran, wie ein intelligentes und dennoch cybersicheres Stromnetz möglich wird.
• Pragmatische Netzzustands-Ermittlung: Wie sich der Netzzustand in der Niederspannungsebene effizient ermitteln lässt, um mehr erneuerbare Energien und elektrische Verbraucher integrieren zu können.
• Nutzung von Flexibilität und Auswirkungen auf das Stromnetz: der Einfluss von dezentraler Erzeugung, Batteriespeichern und dynamischen Strom- und Netzentgelttarifen auf die Netzauslastung

Sie sind neugierig auf diese Themen? Interessieren sich für eine Abschlussarbeit? Haben Fragen zu diesen Themen oder möchten einfach darüber diskutieren? Bitte sprechen Sie uns an!

Thomas Papenkort
Carsten Mauer
Steffen Brieke
Laura Weghake
Tim Tegtmeier
Martin Körner

Abschlussarbeiten 2025

Arian Geschermann: Vorteile eines optimierten H0-Standardlastprofils für Haushalte aus Sicht eines Verteilnetzbetreibers im Stromsektor (Master Wirtschaftsingenieurwesen, in Zusammenarbeit mit der AVU Netz GmbH)

Die PV-Anlagen auf Häusern verändern zunehmend den zeitlichen Verlauf des Stromverbrauchs. Das Standardlastprofil für Haushalte berücksichtigte das bisher nicht. In dieser Arbeit wurden angepasste Standardlastprofile erstellt und diese ebenso wie die neu erschienenen Profilen vom BDEW daraufhin bewertet, wie gut sie die Abweichungen zum tatsächlichen Verbrauch reduzieren und welche finanziellen Effekte sie für den Netzbetreiber haben.

Moritz Holtrup: Auslegung und wirtschaftliche Bewertung eines Batteriespeichers in einem produzierenden Unternehmen (Bachelor Elektrotechnik, in Zusammenarbeit mit der GEA Westfalia Separator Group GmbH)

Batteriespeicher können die schwankende Erzeugung von Windkraft- und Photovoltaikanlagen ausgleichen und sind deshalb ein wichtiger Bestandteil der Energiewende. Zudem können sie auch wirtschaftlich attraktiv sein. Diese Arbeit untersucht die Wirtschaftlichkeit, die optimale Auslegung und sinnvolle Betriebskonzepte eines Batteriespeichers in einem produzierenden Unternehmen.

Abschlussarbeiten 2024

Tim Tegtmeier: Implementierung einer netzbildenden Wechselrichterregelung in einem Simulink-EMT-Modell und simulative Validierung des Verhaltens (Bachelor Elektrotechnik, in Kooperation mit dem Institut für vernetzte Energiesysteme des DLR)

Immer mehr Energie wird über Wechselrichter in das Stromnetz eingespeist. Sie lösen dabei die Synchrongeneratoren aus den Kraftwerken ab, deren Netz-stabilisierenden Eigenschaften daher zukünftig ebenfalls ersetzt werden müssen. Diese Arbeit zeigt mithilfe eines Simulink-EMT-Modells für einen Imperix-Wechselrichter, wie netzbildende Eigenschaften wie die Momentanreserve in der Regelung des Wechselrichters umgesetzt werden können.

Steffen Brieke: Development of a Measurement Strategy for Efficient Distribution System State Estimation at Low-Voltage Level (Master SEEM)

E-Autos und Wärmepumpen benötigen viel Strom und können so schnell lokale Netzengpässe hervorrufen. Netzbetreiber dürfen sie daher herunterregeln, wenn sie nachweisen können, dass ein Engpass vorliegt. Diese Arbeit beschreibt einen pragmatischen Ansatz, mit dem sich die optimalen Messpositionen im Niederspannungsnetz ermitteln lassen, um mit möglichst wenigen Messungen den aktuellen Netzzustand zu bestimmen. Die Genauigkeit der Zustandsschätzung wird mithilfe von Netzsimulationen nachgewiesen.

Ausstattung des Labors für Elektrische Energieversorgung

• leistungselektronische Netzsimulatoren (Drehstrom-Quellen und -Senken, 2 mal 45 kVA)
• Gleichstrom-Quellen, um Wechselrichter wie mit einer PV-Anlage oder einem Batteriespeicher zu betreiben (4 mal 32 kW, kombinierbar)
• einen leistungsfähigen Netzanschluss über einen 250-kVA-Transformator
• digital angesteuerte ohmsche, induktive sowie kapazitive Lasten
• Netzanalysatoren, Transientenrekorder, Leistungsmessgeräte und weitere Messtechnik
• Netzberechnungs-Software DIgSILENT PowerFactory
• eine elektrische Nachbildung eines Mittel- und Hochspannungsnetzes in Niederspannung, die wir im Praktikum einsetzen

Der vorherige Leiter des Fachgebiets, Prof. Dr.-Ing. Egon Ortjohann

Von April 2000 bis zu seiner Pensionierung im August 2023 wurde das Fachgebiet Energieversorgung von Herrn Prof. Dr.-Ing. Egon Ortjohann geleitet. Die neueren Ergebnisse in Form von Forschungsprojekten und Veröffentlichungen sind im Folgenden aufgeführt.

Projekte von Herrn Prof. Dr.-Ing. Egon Ortjohann

• Resiliente Verteilnetze mit integraler Technik zur Notstromversorgung (rNET-Notstrom), Februar 2019 bis März 2023, gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), Projektträger VDI
• Digitale Ortsnetzstation mit Multifunktionalem Energie- und Leistungs-Server (DigOS-MELS), Januar 2019 bis Dezember 2022, gefördert vom Land Nordrhein-Westfalen, Ministerium für Wirtschaft, Innovation, Digitalisierung und Energie des Landes NRW, Bezirksregierung Detmold
• Digitale Verteilnetze mit strukturierter Betriebsführung (diNET-SB), August 2018 bis Dezember 2021, gefördert vom Europäischen Fond für Regionale Entwicklung (EFRE) / LeitmarktAgentur.NRW / Leitmarktwettbewerb Energie- & Umweltwirtschaft.NRW
• Intelligente Stromnetze mit fraktaler Resilienz (iNET-Resilienz), Juli 2017 bis Juni 2020, gefördert vom Ministerium für Innovation, Wissenschaft und Forschung des Landes NRW / FH Zeit für FORSCHUNG

Veröffentlichungen von Herrn Prof. Dr.-Ing. Egon Ortjohann

• E. Ortjohann, A. Speith, “Digitale Ortsnetzstation mit Multifunktionalem Energie- und Leistungsserver”, EW Magazin für die Energiewirtschaft, Sonderteil Netzautomatisierung, vol. 4 2023.
• E. Ortjohann, D. Holtschulte, J. Kortenbruck, A. Schmelter, A.Speith, T.Busse, “Ortsnetzstationen – intelligent und Digital”, e|m|w Das ener|gate-Magazin, Sonderausgabe Smart vernetzt, S1/23 Mai 2023.
• D. Holtschulte, E. Ortjohann, A. Schmelter, J. Kortenbruck, T. Premgamone, S. Loanka, J. Andreas, „Grid node-orientated State Estimation for Dynamic Power System Operation at Distribution Networks with Clustering Power Systems Approach“, IEEE ICCEP 2023, Terrasini, Sicily, Italy, June 2023.
• J. Kortenbruck, T. Premgamone, E. Ortjohann, D. Holtschulte, A. Schmelter, S. Loanka and J. Andreas, „Harmonic current control in symmetrical components for electronic grid regulator“, IEEE ICCEP 2023, Terrasini, Sicily, Italy, June 2023.
• J. Kortenbruck, E. Ortjohann, T. Premgamone, D. Holtschulte, A. Schmelter, S. Loanka and J. Andreas, „ Multifunctional Energy and Power Server“, IEEE ICCEP 2023, Terrasini, Sicily, Italy, June 2023.
• A. Schmelter, E. Ortjohann, D. Holtschulte, J. Andreas, T. Premgamone, S. Loanka, J. Kortenbruck, D. Morton, „Cluster Data Organization for Decentralized Grid Operation based on Clustering Power System Approach“, IEEE ICCEP 2023, Terrasini, Sicily, Italy, June 2023.
• A. Schmelter, E. Ortjohann, D. Holtschulte, T. Premgamone, J. Andreas, S. Loanka, J. Kortenbruck, D. Morton, „Cluster Data Communication for Decentralized Grid Operation based on Clustering Power System Approach“, IEEE ICCEP 2023, Terrasini, Sicily, Italy, June 2023.
• T. Premgamone, E. Ortjohann, J. Kortenbruck, A. Schmelter, D. Holtschulte, S. Loanka, J. Andreas, „Grid Impedance Measurement for Distribution Networks With Three-phase Untransposed Model Parameters“, IEEE ICCEP 2023, Terrasini, Sicily, Italy, June 2023.
• T. Premgamone, E. Ortjohann, A. Schmelter, J. Kortenbruck, D. Holtschulte, S. Loanka, J. Andreas, „Simplified FPGA Implementation of Synchrophasor Measurement for PMUs in Distribution Networks“, IEEE ICCEP 2023, Terrasini, Sicily, Italy, June 2023.
• E. Ortjohann, D. Holtschulte, T. Premgamone, A. Schmelter, J. Kortenbruck, S. Loanka, J. Andreas, „Digital Low-Voltage Distribution Platform for Dynamic System Operation based on the Clustering Power Systems Approach“, IEEE ICCEP 2023, Terrasini, Sicily, Italy, June 2023.

• D. Holtschulte, A. Schmelter, T. Premgamone, E. Ortjohann, J. Kortenbruck, S.Leksawat, S. Varada, “Cluster Automation System for Dynamic Grid Control at Distribution Level”, IEEE GreenTech, Houston, TX, USA, April 2022.
• T. Premgamone, E. Ortjohann, J. Kortenbruck, D. Holtschulte, A. Schmelter, S. Varada, „Thévenin Equivalent Impedance Estimation for Power Electronic Devices in Smart Grids“, IEEE SPEEDAM 2022, Sorrento, Italy, June 2022.
• J. Kortenbruck, T. Premgamone, E. Ortjohann, D. Holtschulte, A. Schmelter, S. Varada, „Harmonic voltage compensation with power electronic grid regulator based on symmetrical components“, IEEE SPEEDAM 2022, Sorrento, Italy, June 2022.

• T. Premgamone, J. Kortenbruck, E. Ortjohann, A. Schmelter, D. Holtschulte, S. D. Varada, “Real-Time Harmonic Component Decomposition for LV Grids Using Heterodyne Method With Adaptive Moving Average Filters”, IEEE AMPS 2021, Cagliari, Italy, Sept. 2021.

• J. Kortenbruck, T. Premgamone, E. Ortjohann, D. Holtschulte, S.Leksawat, A. Schmelter, S. Varada, D. Morton, „ Asymmetrical grid control with power electronic regulator in distribution level“, IET Renewable Power Generation Journal, 2020.