BWP511: Elektrische Energiesysteme (mit Praktikum)

Wahlpflichtmodule

BWP511: Elektrische Energiesysteme (mit Praktikum)

Kurzporträt BWP511: Elektrische Energiesysteme (mit Praktikum)
Worum geht es? In diesem Modul lernen Studierende, wie elektrische Energieversorgungssysteme aufgebaut sind und wie ihre wichtigsten Betriebsmittel zusammenwirken. Studierende beschäftigen sich mit Drehstromnetzen, Transformatoren, Leitungen, Synchronmaschinen, Regelungsmechanismen und grundlegenden Netzberechnungen. Im Praktikum und in rechnergestützten Übungen untersuchen Studierende einfache Fragestellungen zu Netzplanung und Netzbetrieb.
Wofür braucht man es? Diese Kompetenzen werden gebraucht, um elektrische Versorgungssysteme technisch zu verstehen, zu planen und hinsichtlich Stabilität, Belastung und Betriebssicherheit zu beurteilen. Die Kompetenzen sind besonders relevant für Energieversorgung, Netzausbau, erneuerbare Energien, Elektromobilität und die Transformation zu klimaneutralen Energiesystemen.
Wieso ist es interessant? Die Energie- und Mobilitätswende stellt Stromnetze vor neue technische Herausforderungen. Das Modul zeigt, wie Ingenieurinnen und Ingenieure dazu beitragen können, zukünftige Energiesysteme zuverlässig und effizient zu gestalten.
Modulverantwortung

Prof. Dr. Andreas Waldhorst

Lehrperson(en)

Prof. Dr. Andreas Waldhorst

Verwendbarkeit
  • Bachelor Elektrotechnik
  • Bachelor Maschinenbau
  • Bachelor Mechatronik und Robotik
Fächergruppe

Ingenieurwissenschaften

Modultyp
Wahlpflicht
Sprache

Deutsch

Angebot

jährlich

Dauer

1 Semester

Credits

5 ECTS

Benotung

Deutsche Notenskala 1-5

SWS

2 V | 1 Ü | 1 P | - S

Workload
Präsenzstudium: 45 Std. Selbststudium: 90 Std.
Engl. Titel

Electrical Energy Systems

Empfohlene Voraussetzungen
  • BB007: Mathematische Grundlagen für Ingenieurwissenschaften: Gleichungen, Funktionen und mathematische Grundverfahren zur Modellierung technischer Systeme.
  • BB005: Grundlagen der Elektrotechnik 1: elektrische Grundgrößen, Schaltungsanalyse, Leistungsbetrachtungen und Ersatzmodelle.
  • BB006: Grundlagen der Elektrotechnik 2: Wechselstromgrößen, Dreiphasensysteme, komplexe Darstellung und Transformatorgrundlagen.
  • BET202: Analoge Signale und Systeme: Signal- und Systembeschreibung, Frequenzverhalten und Übertragungsfunktionen.
  • BET402: Elektrische Maschinen: elektrische Maschinen, Antriebe, Ersatzschaltbilder, Leistungsbilanzen und Betriebsverhalten.
  • BET403: Regelungstechnik: Regelkreisstrukturen, Stabilitätsanalyse und Regelungsmechanismen dynamischer Systeme.
Lernergebnisse / Kompetenzen
WAS

Die Studierenden formulieren die physikalische Modellierung und die stationäre Systembeschreibung heutiger elektrischer Energienetze im symmetrischen Betrieb, anhand derer sie ihren Aufbau und ihre Funktion erklären. Darauf basierend analysieren und führen sie grundlegende Schritte der Planungsmethodik elektrischer Versorgungssysteme durch. Schließlich entwerfen sie einfache Planungsszenarien und bewerten diese nach gängigen Kriterien und Standards.

WOMIT

Die Studierenden erreichen dieses Lernergebnis, indem sie

  • Den Aufbau der wichtigsten Betriebsmittel des Energiesystems darstellen
  • Die im Stromnetz implementierten Regelungsmechanismen erörtern
  • Stationäre Modelle der Betriebsmittel berechnen
  • Das physikalische Verhalten der Betriebsmittel analysieren und unter bestimmten Randbedingungen vorhersagen
  • Das Zusammenwirken der Komponenten im Stromnetz beschreiben und untersuchen
  • Aspekte der Stabilität des elektrischen Versorgungssystems erklären
  • Rechnergestützte Verfahren zur Planung und zum Betrieb von Stromnetzen darlegen und mögliche Ergebnisse bewerten
  • Einfache Problemstellungen zu Netzplanung und -betrieb eigenständig rechnerisch lösen
WOZU

Die in diesem Modul erworbenen Fertigkeiten versetzen Sie insbesondere in die Lage, die technischen Herausforderungen sowie Lösungsansätze zu diskutieren, die Energie- und Mobilitätswende, Klimaneutralitätsziele und Markt an heutige und zukünftige Energiesysteme stellt.

Inhalte
  • Bedeutung, Struktur, Entwicklung und Aufgabe des elektrischen Energiesystems
  • Anforderungen und Herausforderungen an die heutige und zukünftige elektrische Energieversorgung
  • Struktur der UQ- und FÜ-Regelung im deutschen und europäischen Energienetz
  • Grundlagen der Netzbeschreibung: Drehstromsystem, Leistungsbegriffe, einphasige Darstellung, pu-System, Überblick zu Berechnungsverfahren und Simulationswerkzeugen
  • Die Synchronmaschine aus der Perspektive der Energieversorgung: Bedeutung, Modellierung, Funktion, virtuelle Synchronmaschine, generatornaher, generatorferner Kurzschluss
  • Drehstrom-Leistungstransformatoren und Wandler: Bauformen, Modellierung, Funktion, Einsatzgebiete insbes. v. Messwandlern, Spar- und Regeltransformatoren
  • Leitungen: Aufbau und Komponenten, Modellierung (Betriebsimpedanzen, elektr. lang, elektr. kurz, besondere Betriebsbedingungen, Ersatzschaltbilder Näherungen), natürlicher Betrieb, Übertragungsgrenzen und Stabilität, Kompensation
  • Drehstromkabel: Aufbau, Besonderheiten bei d. elktr. Beschreibung
  • FACTS-Betriebsmittel: Definition, Einsatzzweck, Klassifikation, Aufbau und statisches Verhalten der wichtigsten seriell, parallel und kombiniert verschalteten Konverter
  • Lastflussberechnung, symmetrische Kurzschlussstromberechnung
Prüfungsvorleistung

aktive Praktikumsteilnahme

Prüfungsleistung

Klausur, 120 Minuten

Literatur
  • Schwab: Elektroenergiesysteme - Erzeugung, Übertragung, Verteilung elektrischer Energie. Springer Vieweg 2022
  • Oeding, Oswald: Elektrische Kraftwerke und Netze. Springer Vieweg 2016
  • Heuck, Dettmann, Schulz: Elektrische Energieversorgung. Springer Vieweg 2013
  • Schäfer: Netzberechnung - Verfahren zur Berechnung elektrischer Energieversorgungsnetze. Springer Vieweg 2026
  • Quaschning: Regenerative Energiesysteme - Technologie, Berechnung, Klimaschutz. Hanser 2025