2010 – Proefschriften

Artificial neural networks applied to power systems

In kunstmatige neurale netwerken wordt het menselijk brein – zenuwcellen die door middel van synapsen communiceren – nagebootst in een computer. Eigenschappen van het menselijk brein als patroonherkenning, automatische generalisatie en training zijn dan ook beschikbaar in kunstmatige neurale netwerken.

Een kunstmatig neuraal netwerk bestaat uit onderling verbonden neuronen in verschillende lagen. Iedere verbinding heeft een bepaalde overdrachtsfunctie. Deze overdrachtsfunctie geeft het ‘gewicht’ van de connectie aan, hoe sterk het signaal via die connectie aankomt bij het doelneuron, en kan positief (stimulerend) of negatief (remmend) zijn.
Een neuraal netwerk dient voor gebruik eerst getraind te worden; de parameters van het neurale netwerk dienen te worden bepaald. Dit gebeurt door het aanbieden van ingangswaarden met hun bijbehorende gewenste uitgangswaarden van het proces dat wordt gemodelleerd. Hiermee worden de parameters van het neurale netwerk ingesteld.

Het onderzoek toont aan dat neurale netwerken een zinvolle aanvulling op bestaande technieken voor het oplossen van vraagstukken in de elektriciteitsvoorziening kunnen zijn. Modellen met meerdere variabelen die elkaar niet-lineair beïnvloeden kunnen met deze techniek worden opgesteld. Tevens is het mogelijk om deze modellen adaptief te maken, zodat in de bedrijfsvoering rekening kan worden gehouden met altijd wisselende en niet-voorziene omstandigheden.

Mede mogelijk gemaakt door KEMA.
Arjen Jongepier werkt bij DELTA Netwerkbedrijf.

Reliability evaluation of electric transmission and distribution systems

Het thema van de dissertatie is ‘de ontwikkeling van nieuwe of verbeterde modellen en technieken met als doel om betrouwbaarheidskengetallen van elektrische transport- en distributienetten te voorspellen, die overeenstemmen met waargenomen kengetallen bij klanten’.
Jos Meeuwsen ontwikkelde twee computerprogramma’s die de betrouwbaarheid van transport- en distributienetten nauwkeuring kunnen voorspellen.
De concepten en ideeën uit de dissertatie vormen mede de grondslag voor de betrouwbaarheidsmodule van Vision Network Analysis.

Mede mogelijk gemaakt door PNEM.
Jos Meeuwsen is eigenaar van D-Cision.

Digital testing of high-voltage SF₆ circuit breakers

Vermogensschakelaars spelen een belangrijke rol in transport- en distributienetten. Ze hebben de taak foutstromen te onderbreken en gestoorde netdelen af te schakelen. Vermogensschakelaars worden in kortsluitlaboratoria getest. Door naast geavanceerde meetapparatuur gebruik te maken van rekentechnieken kan additionele informatie uit de (dure) testen worden verkregen: hiermee introduceren we het ‘digitaal testen van vermogensschakelaars’.

Mede mogelijk gemaakt door KEMA, Siemens, RWE en Laborelec.
Pieter Schavemaker werkt bij TenneT TSO.

Safety and EMC aspects of grounding
Experimental studies in high-power systems

Vroeger werd de aarding van verschillende netten onafhankelijk van elkaar ontworpen en uitgevoerd. Tegenwoordig kiest men voor een meer geïntegreerde aanpak. In een globaal aardingssysteem worden de verschillende aardingssystemen gekoppeld, wat uit EMC-oogpunt de voorkeur verdient. Voorwaarde is dat de stroomverdeling bekend is om de veiligheid van laagspanningsklanten ook gedurende een fout in het HS- of MS-net te garanderen. Diverse praktijksituaties zijn met modellen geanalyseerd. Om deze modellen te controleren, zijn (kortsluit-)metingen uitgevoerd in netten op verschillende spanningsniveaus. Het werk heeft onder andere geleid tot nieuwe ontwerprichtlijnen, waarvan delen ook in andere landen zijn overgenomen.

Het werk is uitgevoerd in een samenwerking tussen TU/e en NUON TPC, het huidige Liandon.
Voor zijn promotieonderzoek kreeg Jeroen van Waes in 2003 de Hidde Nijlandprijs.
Jeroen van Waes werkt bij Movares.

Wind power
Modelling and impact on power system dynamics

Om de nadelen van het opwekken van elektriciteit met fossiele brandstoffen te ondervangen, moet elektriciteit duurzaam worden opgewekt. Windturbines vormen een perspectiefrijke technologie voor het duurzaam opwekken van elektriciteit. Er zijn echtere twee fundamentele verschillen tussen windturbines en installaties voor conventionele elektriciteitsopwekking:

• de primaire energiebron van windturbines, de wind, is niet stuurbaar, terwijl dit wel zo is in het geval van conventionele elektriciteitsopwekking met fossiele brandstoffen of kernsplijting.

• in windturbines worden andere typen generatoren toegepast dan de direct aan het net gekoppelde synchrone generator waarmee vrijwel alle installaties voor conventionele elektriciteitsopwekking zijn uitgerust.

Als gevolg van deze twee verschillen beïnvloeden windturbines het gedrag van het elektriciteitsnet lokaal en op systeemniveau.

In dit proefschrift staat één aspect van de invloed van windturbines op het gedrag op systeemniveau centraal, namelijk de invloed van windenergie op de kortetermijnstabiliteit van het elektriciteitsnet. Het belang van het onderzoek is tweeledig. Ten eerste zijn er modellen van windturbines ontwikkeld voor het uitvoeren van dynamische studies met als doel de invloed van windturbines op de kortetermijnstabiliteit van een elektriciteitsnet te onderzoeken. Ten tweede heeft het onderzoek geleid tot meer inzicht in de invloed van windturbines op de kortetermijnstabiliteit van elektriciteitsnetten. De resultaten van het onderzoek hebben hun weg gevonden naar energiebedrijven, adviesbureaus en softwareontwikkelaars in binnen- en buitenland.

Mede mogelijk gemaakt door NWO en Novem.
In 2007 kreeg Han Slootweg de Hidde Nijlandprijs voor zijn promotieonderzoek.
Han Slootweg werkt bij Enexis en is deeltijd-hoogleraar aan de Technische Universiteit Eindhoven.

Grid support by power electronic converters of distributed generation units

Veel decentrale opwekeenheden worden via vermogenselektronische omvormers met het elektriciteitsnet verbonden. Hoofdtaak van deze omvormers is om het vermogen dat de primaire bron levert om te zetten naar de juiste spanning en frequentie van het net. De omvormers kunnen echter zo worden geconfigureerd dat ze – naast hun hoofdtaak – ook het netwerk kunnen ondersteunen.
In dit proefschrift worden de effecten van vermogenselektronische omvormers op de harmonische vervuiling, de spanningshuishouding, de frequentieregeling en het gedrag van DG-eenheden bij netfouten behandeld. Vervolgens wordt aangetoond dat de DG-eenheid tegen geringe kosten (aanpassen van de regelsoftware) een bijdrage kan leveren aan het verminderen van deze problemen. Hiermee ontstaat een multi-functionele DG-eenheid die autonoom het net kan ondersteunen.

Mede mogelijk gemaakt door SenterNovem.
Johan Morren werkt bij Enexis.

Power quality
Implications at the point of connection

Het proefschrift behandelt de kwaliteit van elektriciteit en hoe de verantwoordelijkheden rondom ‘power quality’ geregeld zou kunnen worden. In het proefschrift wordt in de eerste plaats een eenvoudige classificatie voorgesteld (vergelijkbaar met het energielabel van elektrische apparaten) die de kwaliteit van de spanning op het aansluitpunt beschrijft.
Daarnaast richt het proefschrift zich op het aansluitpunt tussen het net van de netbeheerder en de installatie van de klant. De netbeheerder is verantwoordelijk voor de kwaliteit van de spanning, de fabrikant voor het goed functioneren van de toestellen en de klant voor de kwaliteit van de stroom. Evengoed komt het voor dat er storingen optreden terwijl aan alle normen is voldaan. Er is daarom behoefte aan normen voor het aansluitpunt. In het proefschrift wordt een concreet voorstel gedaan voor deze normen. Ook zijn in het proefschrift belangrijke kenmerken opgenomen voor zowel het aansluitpunt (dipprofiel) als een kenmerk voor toestellen (de harmonische vingerafdruk).

Mede mogelijk gemaakt door SenterNovem.
Sjef Cobben werkt bij Alliander.

Integration of stochastic generation in power systems

Stochastische opwekking, elektriciteitsproductie door een oncontroleerbare bron (vooral duurzame energie), speelt een steeds grotere rol in de elektriciteitsvoorziening. Transport- en distributienetten zijn hier niet voor gebouwd. Het is zaak modellen te ontwikkelen om te bepalen of de betrouwbaarheid van de netten bij grootschalige inzet van stochastische opwekking, voldoende blijft. Een nieuwe aanpak van modelleren, die toelaat de onzekerheid van de opwekking te integreren in de analyse van het systeem, is noodzakelijk.
In dit onderzoek worden nieuwe hulpmiddelen ontwikkeld voor de onzekerheidsanalyse in het elektriciteitsysteem en wordt de impact van een horizontale bedrijfsvoering met grootschalige integratie van stochastische opwekkers onderzocht.

Mede mogelijk gemaakt door SenterNovem.
Georgios Papaefthymiou werkt bij Ecofys.

Dynamics and stability of distribution networks with dispersed generation

Op transportnetten wordt al een aantal jaren decentrale opwekking aangesloten. Meer en meer is dat nu ook het geval in distributienetten. Distributienetten worden daarmee dynamisch. Bestaande analysemodellen zijn hier niet op berekend. Vanwege de grote hoeveelheid data kan een distributienet niet in detail worden bekeken.
In het proefschrift wordt een bruikbare vereenvoudiging voorgesteld waarmee de gevolgen van decentrale opwekking in een distributienet kunnen worden voorspeld.
Eén van de conclusies van het proef-schrift is dat plug and play van nieuwe DG in een distributienet zonder controle vooraf niet aanvaardbaar is.

Mede mogelijk gemaakt door SenterNovem.
Anton Ishchenko werkt bij Phase to Phase.

Intelligent distribution network design

Het ontwerp van distributienetten kent steeds meer uitdagingen. Aan de ene kant moet steeds meer rekening gehouden worden met randvoorwaarden gesteld door aangesloten apparatuur zoals betrouwbaarheid, Power Quality en EMC. Aan de andere kant zorgen nieuwe types aansluitingen zoals decentrale opwek voor grotere en minder voorspelbare spanningsvariaties in het net. Door het toegenomen aantal metingen in het net komt steeds meer kennis beschikbaar over wat er zich in het net afspeelt. De toegenomen rekenkracht van computers zorgt ervoor dat deze kennis gebruikt kan worden bij ontwerp en bedrijfsvoering van het distributienet.

Het proefschrift beschrijft hoe distributienetten door een intelligent ontwerp en met behulp van stationsautomatisering toekomstbestendig kunnen worden gemaakt. Hierbij wordt ingegaan op aspecten als aarding, te gebruiken componenten en rekenmethodieken. Ook wordt het proces voor intelligente foutplaatslocalisatie beschreven.
Om de vermogensstromen te sturen en te beheersen wordt een intelligent knooppunt voorgesteld. Dit knooppunt bevat elektriciteitsopslag en vermogenselektronica en maakt gebruik van een autonome regeling. Hierdoor wordt het mogelijk om zelfs bij grote hoeveelheden belasting en decentrale opwek een goede spanning in het net te handhaven en de kortsluitstromen te beheersen.

Mede mogelijk gemaakt door SenterNovem en NUON/Alliander.
Frans Provoost werkt bij Liandon, een onderdeel van Alliander.

Distribution grid operation including distributed generation
Impact on grid protection and the consequences of fault-ride through behaviour

Dit onderzoek richt zich op het effect van grootschalige integratie van warmtekrachteenheden op de beveiliging van middenspanningsnetten. Faalwijzen die in dergelijke netten kunnen voorkomen zijn het niet detecteren van een kortsluitstroom en het onterecht afschakelen van een middenspanningsring door bijdrage van de warmtekrachteenheden op een fout in een naburige ring. Op dit ogenblik worden alle warmtekrachteenheden afgeschakeld op een spanningsdip van een zekere diepte en duur. Uit stabiliteitsoverwegingen is dit lang niet altijd nodig. Daartoe is er onderzoek gedaan naar de mogelijkheid om de warmtekrachteenheden aan het net gekoppeld te houden tijdens een spanningsdip die wordt veroorzaakt door een fout in een hoger gelegen netdeel. Er kan geconcludeerd worden dat met eenvoudige aanpassingen van de instellingen van de onderspanningsbeveiliging het merendeel van de spanningsdips, veroorzaakt door fouten in het transportnet, weerstaan kan worden zonder dat de warmtekrachtkoppeling instabiel wordt. Voor dips die worden veroorzaakt door fouten in het sub-transportnetwerk dient de netbeveiliging wel de fout voldoende snel af te schakelen.

Mede mogelijk gemaakt door SenterNovem en Stedin.
Edward Coster werkt bij Stedin.

De onderzoeksactiviteiten van Robert van Amerongen stonden in de jaren ’80 en ’90 in het teken van verbeteringen en nieuwe toepassingen op het gebied van de loadflowtechniek. Hij was altijd op zoek naar elegante en efficiënte algoritmes voor het oplossen van veel geheugen en rekentijd vragende optimaliseringsvraagstukken.

Lovende kritieken waren zijn deel voor de publicatie waarin hij verbeteringen voorstelt voor de fast decoupled load flow.

Onafhankelijke tests hebben aangetoond dat de verbeterde methode veelzijdiger en efficiënter is dan de bestaande methode. Door zijn verbeteringen is de methode ook toepasbaar voor netten met kabels, waar grote R/X-verhoudingen voorkomen. Op het gebied van de storingsanalyse heeft hij bijgedragen door de compensatiemethode te verbeteren. Ook hier was hij streng in de leer door geen compromissen te sluiten bij het zoeken naar efficiënte oplossingsmethodes voor de vergelijkingen van gemodificeerde netten.

Ook de weerbarstige materie van de optimal power flow wist hij op een elegante manier te reduceren tot een helder geschreven recept van een efficiënte procedure. Bij de opkomst van de warmtekrachtkoppeling heeft hij gewerkt aan de integratie van warmte als factor in het optimaliseringproces. Het werk van Robert van Amerongen heeft geresulteerd in een algoritme dat nog steeds de basis is van het programma Vision Network Analysis.

Robert van Amerongen heeft daarom voor zijn werk het ‘Phase to Phase eredoctoraat’ gekregen.