Masterarbeit: Modellierung dezentraler Anlagen für dyn. Stabilitätsstudien in elektrischen Netzen

Überblick

Das Fraunhofer IEE in Kassel forscht in den Bereichen Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik mit den Schwerpunkten: Energieinformatik, Energiemeteorologie und Geoinformationssysteme, Energiewirtschaft und Systemdesign, Energieverfahrenstechnik und -speicher, Netzplanung und Netzbetrieb, Netzstabilität und Stromrichtertechnik sowie thermische Energietechnik. Rund 450 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, Angestellte, Studentinnen und Studenten entwickeln Lösungen für die Energiewende und erwirtschaften rund 40 Mio. Euro Erträge pro Jahr.

Du möchtest die Umsetzung der Energiewende mitgestalten und an der Schnittstelle von Wissenschaft und Wirtschaft arbeiten?

In der Gruppe Netzregelung und Netzdynamik wird der Themenschwerpunkt Netzstabilität behandelt. Sie ist ein kollaboratives Team aus Ingenieurinnen, Wissenschaftlern, technischem Personal und Studentinnen, das sich dem Verständnis und Management von wechselrichterdominierten Stromnetzen widmet. Zu den Schwerpunkten gehören die Untersuchung der für diese Netze wesentlichen Stabilitäts- und Steuerungsmechanismen und Anforderungen, die Durchführung von Analysen und die Entwicklung von Anwendungen zur Verbesserung der Netzplanung und des Netzbetriebs, außerdem die Integration von inverterbasierten Einheiten in bestehende Netzinfrastrukturen.

Die Arbeit wird zusammen mit der TU Dortmund betreut.

Was Du bei uns tust

In modernen elektrischen Netzen findet ein Paradigmenwechsel von großen zentralen Kraftwerken hin zu dezentralen und erneuerbaren Stromerzeugern und Batteriespeichern statt. Die zahlreichen kleineren Einheiten erhöhen die Komplexität der Stromversorgungssysteme. Insbesondere die dynamische Stabilität (im Zeitrahmen von Millisekunden bis Sekunden) solcher Systeme rückt zunehmend in den Vordergrund, da solche durch leistungselektronische Anlagen dominierten Systeme aufgrund des Fehlens von Synchronmaschinen eine geringere Rotationsträgheit aufweisen. Simulationen zur Bewertung der dynamischen Stabilität verursachen aufgrund der vielen potenziellen Szenarien, die simuliert werden müssen, einen hohen Rechenaufwand. Dies erfordert anspruchsvolle dynamische Simulationsumgebungen und -modelle.

Wir entwickeln ein Open-Source-Simulationssoftwarepaket namens PowerDynamics.jl (juliaener-gy.github.io/PowerDynamics.jl/dev/), ein hochmodernes Tool, das auf der wissenschaftlichen Machine-Learning-Umgebung („SciML“) in der modernen Programmiersprache „Julia“ für hochleistungsfähige symbolisch-numerische Berechnungen basiert. Unser Ziel ist es, ein modernes Open-Source-Simulationstool zu entwickeln, das vergleichbar performant zu kommerzieller Software wie DIgSILENT PowerFactory ist und dabei offen und erweiterbar ist. Sie würden an unserem Projekt mitwirken, ein dynamisches Modell des deutschen Übertragungssystems mit Tausenden von Knoten, dezentralen Erzeugern, Speichern und Lasten zu erstellen.

Die Hauptaufgaben umfassen:

• Entwicklung von Modellen für Komponenten elektrischer Energiesysteme in PowerDynamics.jl, unter Verwendung der modernen Modellierungssprache ModelingToolkit.jl (github.com/SciML/ModelingToolkit.jl) für leistungsstarke symbolisch-numerische Berechnungen.
• Modellierung verschiedener Komponenten wie leistungselektronischer Regler, PV-Anlagen, Windenergieanlagen, Batteriespeicher, Elektrolyseure und Lasten (die Auswahl kann auch nach Ihren Präferenzen abgestimmt werden).
• Simulation und Analyse des dynamischen Verhaltens der Komponenten gemäß den Netzanschlussrichtlinien (Vorgaben der Übertragungsnetzbetreiber).
• Durchführung von Stabilitätsanalysen moderner elektrischer Übertragungsnetze mit geringer Trägheit (z. B. transiente Stabilität, Fault-Ride-Through) sowie Auswertung der entsprechenden Simulationsergebnisse.

Was Du mitbringst

• Fundierte Kenntnisse in Elektrotechnik/Steuerungstechnik/Energietechnik oder Kybernetik
• Gute Programmierkenntnisse, z. B. in Julia (bevorzugt), Python, C++ usw., und Bereitschaft, diese Kenntnisse zu verbessern
• Kennntnisse über elektrische Energiesysteme
• Bevorzugte Qualifikationen (eine oder mehrere):
• Kennnisse in Modellierungssprachen wie ModelingToolkit.jl/Modelica/Simulink
• Kennnisse in numerischer (Zeitbereichs-)Simulation
• Kennnisse in dynamischen Modellen von Energiesystemen (Leistungselektronik-Umrichter, Synchronmaschinen, Netzformungssteuerung usw.)
• Kennnisse in Regelungstechnik

Was Du erwarten kannst

• Einblick in anwendungsorientierte Forschung der Energiebranche mit direkter Relevanz für Industrie und Gesellschaft
• Zugang zu Expertennetzwerken in der Energiewirtschaft und Forschung
• Verpflichtung zur Charta der Vielfalt – Wir fördern aktiv Vielfalt und Inklusion in allen Bereichen
• Option auf eine Weiterbeschäftigung (z. B. als wissenschaftliche Hilfskraft oder für eine Promotion)
• Flexible und individuelle Anpassung der Arbeitszeit an Vorlesungs- und Klausurzeiten sowie die Möglichkeit zur Arbeit im Home-Office oder im modernen Institutsgebäude mit New Work Konzept in zentraler Lage

Wir wertschätzen und fördern die Vielfalt der Kompetenzen unserer Mitarbeitenden und begrüßen daher alle Bewerbungen – unabhängig von Alter, Geschlecht, Nationalität, ethnischer und sozialer Herkunft, Religion, Weltanschauung, Behinderung sowie sexueller Orientierung und Identität. Schwerbehinderte Menschen werden bei gleicher Eignung bevorzugt eingestellt.

Im Rahmen der Masterarbeit besteht außerdem die Möglichkeit als wissenschaftliche Hilfskraft, mit einem dir passenden Stundenumfang (60 Stunden) tätig zu sein. Die Stelle ist zunächst auf 12 Monate befristet. Ausnahmen für eine kürzere Laufzeit sind grundlegende betriebliche Gründe, der persönliche Wunsch des Studierenden oder das Ende des Studiums. Die Vergütung richtet sich nach der Gesamtbetriebsvereinbarung zur Beschäftigung der Hilfskräfte.

Mit ihrer Fokussierung auf zukunftsrelevante Schlüsseltechnologien sowie auf die Verwertung der Ergebnisse in Wirtschaft und Industrie spielt die Fraunhofer-Gesellschaft eine zentrale Rolle im Innovationsprozess. Als Wegweiser und Impulsgeber für innovative Entwicklungen und wissenschaftliche Exzellenz wirkt sie mit an der Gestaltung unserer Gesellschaft und unserer Zukunft.

Haben wir Dein Interesse geweckt? Dann bewirb Dich jetzt online mit Deinen aussagekräftigen Bewerbungsunterlagen (inkl. Lebenslauf, Anschreiben und Arbeitszeugnisse/Leistungsnachweis). Wir freuen uns darauf, Dich kennenzulernen!

Fragen zu dieser Position beantwortet Dir gerne:

Herr Dr. Simon Eberlien (Tel: )

Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik IEE

Kennziffer: 81182 Bewerbungsfrist: