Detail oboru

Power Electrical and Electronic Engineering

FEKTZkratka: PPA-SEEAk. rok: 2018/2019

Program: Electrical Engineering and Communication

Délka studia: 4 roky

Akreditace od: 25.7.2007Akreditace do: 31.12.2020

Profil

Cílem postgraduálního doktorského studia je výchova k vědecké práci v oboru silnoproudé elektrotechniky a elektroenergetiky. Absolventi se uplatní jednak na vědecké a výzkumné dráze, včetně průmyslového vývoje, jednak jako vědecko-pedagogičtí pracovníci na vysokých školách a rovněž ve vyšších manažerských funkcích

Klíčové výsledky učení

Absolvent získá vysoké teoretické znalosti a naučí se samostatně řešit složité vědecké a technické úkoly Absolvent je připraven k dalšímu odbornému růstu s vysokou mírou adaptibility Absolventi se uplatní jednak na vědecké a výzkumné dráze, včetně průmyslového vývoje, jednak jako vědecko-pedagogičtí pracovníci na vysokých školách a rovněž ve vyšších manažerských funkcích

Profesní profil absolventů s příklady

Absolvent získá vysoké teoretické znalosti, osvojí si základy vědecké práce a naučí se samostatně řešit složité problémy z oblasti vědy a techniky, s využitím celosvětových informačních zdrojů v daném oboru.
Absolvent je připraven k dalšímu vědeckému a odbornému růstu s vysokou mírou adaptibility a najde široké společenské uplatnění jednak v oblasti vědy a výzkumu, včetně výzkumu a vývoje v průmyslových společnostech, a to i jako perspektivní pracovník pro vyšší manažerské funkce, jednak i jako vědecko-pedagogický pracovník na technických univerzitách.

Garant

Vypsaná témata doktorského studijního programu

  1. Analýza možností využití akumulačních systémů a obnovitelných zdrojů energie pro podporu provozu distribuční sítě

    Práce se zabývá návrhem a vývojem modelu reprezentující spolupráci bateriových a fotovoltaických systémů připojených prostřednictvím hybridních střídačů do distribuční sítě (DS). Hlavním předmětem výzkumu je specifikace možného využití takového konceptu v rámci podpory provozu distribuční sítě, tj. pro regulaci napětí v DS, pro kompenzaci jalového výkonu v síti, pro omezení přetížení, pro kompenzaci asymetrie v DS, pro omezení mikrovýpadků, jako záložního zdroje krizového řízení, jako náhrady distribuční kapacity apod. Přepokládanými výsledky výzkumu je definování a stanovení kritérií pro řízení střídačů a pro využití konceptu spolupráce v rámci systémových služeb sítí na hladině nízké a vysokého napětí. Kromě standardních možností systémových služeb je výzkum cílen také na identifikaci a vývoj dalších nových podporných možností pro distribuční sítě. Součástí doktorského studia bude stáž na zahraničním výzkumném pracovišti.

    Školitel: Toman Petr, doc. Ing., Ph.D.

  2. Definice a měření komponent elektrické energie v budoucích distribučních sítích

    Koncept měření elektrické energie se rozvíjel současně se vznikem elektrizační soustavy jako odezva na potřebu měřit její množství pro obchodní účely. Z historických a zřejmých technických důvodů se obchodní měření elektrické energie ustálilo na měření činné a tzv. jalové energie. Oba tyto komponenty jsou ale definovány pro ustálené stavy a určitým způsobem specifické průběhy signálů, které korespondují s provozními podmínkami v elektrických sítích před masovým rozmachem polovodičových měničů a postupnou integrací rozptýlených/obnovitelných zdrojů. Ty výrazně mění průběhy měřených veličin a výsledky měření poskytované standardní metrikou elektroměrů, nebo i analyzátory elektrické energie, tak přestávají za určitých podmínek odpovídat představě, co by mělo být, s ohledem na známé chování pozorovaných souvisejících systému, změřeno. Uvedené měřící prostředky sice splňují požadavky příslušných standardů. Ty však nerespektují změny v přenosu elektrické energie, které postupný vývoj směrem k nelineárním, dynamickým a aktivním distribučním sítím přináší. Práce je zaměřena na kritickou revizi výkonové teorie se zohledněním fyzikální podstaty měřených dějů aplikací stávajících a vývojem nových výkonových teorií aplikovatelných do metriky především elektroměrů pro skutečný smart metering. Předpokládaná spolupráce s provozovateli DS a výrobci měřící techniky a zahraničními universitami. Součástí doktorského studia je stáž na zahraničním výzkumném pracovišti, například na Università degli Studi della Campania "Luigi Vanvitelli". Informace: drapela@feec.vutbr.cz.

    Školitel: Drápela Jiří, doc. Ing., Ph.D.

  3. Elektrizační soustava s akumulací elektrické energie

    S výrobou elektrické energie z obnovitelných zdrojů (především z větrných a fotovoltaických elektráren) je úzce spojen pojem stabilita dodávky elektrické energie. Výzkum bude zaměřen na možnosti akumulace elektrické energie vyrobené z obnovitelných zdrojů pomocí moderních technologií, se zaměřením na využití vodíku (VRB systémy), akumulátory na bázi Lithia a přečerpávacích vodních elektráren pro její akumulaci. Výsledkem práce bude návrh opatření v energetické soustavě, který bude řešit časovou disproporci mezi dodávkou a odběrem elektrické energie z obnovitelných zdrojů. Řešení je spojeno s modelováním (Matlab) na PC a experimentálním měřením na funkčním modelu.

    Školitel: Mastný Petr, doc. Ing., Ph.D.

  4. Identifikace systémových poruch

    Nové technologie měření a komunikací sebou přinášejí reálné možnosti synchronního měření i poměrně vzdálených lokalit. Cílem práce je podrobná analýza veličin při systémových poruchách a návrh metody pro jejich identifikaci. Součástí doktorského studia bude stáž na zahraničním výzkumném pracovišti.

    Školitel: Toman Petr, doc. Ing., Ph.D.

  5. Kvalita napětí v DC sítích

    S rozvojem DC a smíšených AC/DC sítí a mikro-sítí, jako jsou DC sítě datových center, lokální AC/DC i DC sítě s OZE, velmi výrazně roste ze strany provozovatelů těchto systémů potřeba měření, monitoringu a hodnocení kvality napětí (DC nebo AC/DC) v souvislosti s dodavatelsko-odběratelskými vztahy při obchodu s DC elektrickou energií a kvalitou výroby elektrické energie a napájecích podmínek pro provoz zařízení v DC sítích. Práce je v konečné fázi zaměřena na návrh systému indicií hodnotících kvalitu napětí v DC sítích, vycházejících ze současné praxe hodnocení napětí v trakčních DC sítích a AC veřejných distribučních sítí. Téma je součástí řešení výzkumného úkolu. Předpokládaná spolupráce s firmou K M B systems, s.r.o. oučástí doktorského studia je stáž na zahraničním výzkumném pracovišti, například na Università degli Studi della Campania "Luigi Vanvitelli". Informace: drapela@feec.vutbr.cz.

    Školitel: Drápela Jiří, doc. Ing., Ph.D.

  6. Modelování spínacího oblouku v minerálním oleji

    Mineral oil is used as an insulation medium in medium voltage power distribution equipment, like transformers or pad mount switchgear. In different applications switching is performed by means of electromechanical contacts that are submerged in mineral oil. During contact opening, an electric arc is formed and energy is transferred into the mineral oil, mainly by heat conduction and radiation. As a result, mineral oil is vaporized and gas bubbles are formed that are interacting with the oil. Close to current zero, the gas bubble starts collapsing since the energy input is decreasing. This will change the plasma conditions like pressure and temperature, which influences the plasma decay and therefore the dielectric recovery. The main goal of the thesis is to develop and implement a stable and performant multiphase flow solver in order to be able to simulate the complex interactions that occur during arc switching/arc interruption in mineral oil. This includes the modeling of phase change (oil  oil vapor) and determining the necessary thermodynamic, transport and radiation properties. Starting point are existing arc models that are developed mainly for atmospheric gas discharged, but have limited validity in this application. In a second step the processes during recovery should be investigated, since a prediction of successful interruption is determined by the rise of transient recovery voltage vs. dielectric recovery. In a third step the model accuracy and sensitivity is evaluated by comparison with actual test results. This thesis will include close cooperation with Eaton. The student is expected to spend at least one month internship in Eaton.

    Školitel: Kloc Petr, Mgr., Ph.D.

  7. Modelování vjemu chromatického blikání v měřičích blikání

    Jedním z největších problémů v oblasti kvality elektrické energie jsou rychlé změny napětí, tedy jeho kolísání, způsobující blikání světelných zdrojů, které může následně vést k nežádoucímu vjemu blikání s nepříznivým vlivem na zrakový vjem. Kolísání napětí je způsobeno řadou známých mechanizmů způsobujících u světelných zdrojů kolísání zářivého výkonu ale i změnu spektra. Vjem těchto změn je u člověka dán mimo jiné fyziologií zraku. Práce je zaměřena na analýzu procesu přenosu kolísání napětí na kolísání zářivého výkonu a změnu spektra zdrojů, a dále využití výsledků analýzy pro vývoj a realizaci a verifikaci objektivního měřiče blikání respektujícího vedle jasového i chromatický flikr. Práce tedy zahrnuje teoretickou-analytickou, vývojovou i realizační část. Předpokládaná mezinárodní vědecká spolupráce. Součástí doktorského studia je stáž na zahraničním výzkumném pracovišti. Informace: drapela@feec.vutbr.cz.

    Školitel: Drápela Jiří, doc. Ing., Ph.D.

  8. Modeování vypínání proudů v elektrických pojistkách

    Electric fuses are protection elements widely used in low- and medium voltage power distribution networks. Fuses are typically designed to have fuse elements as segmented thin metal conductors that are embedded in silica sand. Due to over currents and short circuit currents the fuse elements are heated up and melted, an electric arc is ignited. Thus the mode of operation can be separated into a pre-arcing and a arcing phase. In the arcing phase the generated plasma is interacting with the filler medium (sand) and the fault energy is stored in the sand, leading to melting of the sand. The morphometric properties of the filler have an influence on the arc plasma, e.g. the plasma composition, thermodynamic and transport properties. The approach for this thesis is to first identify existing modeling approaches and evaluate from a numerical and result quality point of view. Starting point are existing arc models that are developed mainly for atmospheric gas discharge, but have limited validity in this application. As a second step a suitable model should be adopted or implemented and the identified model shortcomings should be addressed. The necessary transport, thermodynamic and absorption coefficients for the metal vapor and silica sand mixture need to be gathered. As a third step the model is applied to predict the interruption process for a specified fuse. By means of comparison of test results and simulation results the model accuracy and sensitivity is evaluated. This thesis will include close cooperation with Eaton. The student is expected to spend at least one month internship in Eaton.

    Školitel: Kloc Petr, Mgr., Ph.D.

  9. Možnosti regulace frekvence v elektrických sítích nové generace

    Nové technologie pro elektrické sítě sebou přinášejí nové možnosti poskytování systémových a podpůrných služeb i na úrovni distribuční soustavy. Cílem práce je na základě podrobné analýzy možností nových technologií vytvoření modelů pro ověření dynamického chování a analýza možností využití pro systémové a podpůrné služby při změně frekvence v elektrizační soustavě.

    Školitel: Toman Petr, doc. Ing., Ph.D.

  10. Ostrovní provoz sítí s distribuovanými zdroji

    S množstvím zdrojů distribuovaných v distribučních sítích (DS) vzniká nově i možnost přechodu části DS do ostrovního provozu (OP), což může být chápáno mimo jiné i jako cesta ke zvyšování spolehlivosti dodávky ve vymezené části DS. Kromě jistě nesporných benefitů, je to však spojeno s řadou technických výzev, zahrnujících především vymezení oblasti, která bude splňovat podmínky pro úspěšný přechod do OP, správnou a spolehlivou detekci stavu pro přechod do OP a zpět, vymezení strategie řízení zdrojů (spotřebičů) pro zajištění stabilního chodu oblasti s odpovídající kvalitou elektrické energie, atp. Je ale třeba vzít v úvahu i bezprostředně spjatá témata související s bezpečností a legislativním rámcem, který provoz DS upravuje. Práce je zaměřena především na technickou realizovatelnost a tedy vytvoření a ověření komplexního konceptu. Předpokládaná spolupráce s provozovateli DS a mezinárodní vědecká spolupráce. Součástí doktorského studia je stáž na zahraničním výzkumném pracovišti, například na Università degli Studi della Campania "Luigi Vanvitelli". Informace: drapela@feec.vutbr.cz.

    Školitel: Drápela Jiří, doc. Ing., Ph.D.

  11. Podmínky pro integraci a provoz stochastických zdrojů s výkonem do 10 kW v podmínkách ČR – opatření pro omezení vlivu na kvalitu elektrické energie

    Současné podmínky pro připojování mikrozdrojů s výkonem do 10 kW umožňují připojit takový typ zdroje jen na ohlášení (není potřeba klasické řízení o připojení do elektrizační soustavy). Nárůst těchto instalací s sebou přináší několik provozních problémů, jako je např. ovlivnění kvality elektrické energie v místě připojení nebo přetoky energie do elektrizační soustavy. Cílem výzkumu je definovat podmínky pro korektní připojování a provozování těchto zdrojů s důrazem na zachování kvality elektrické energie. V kontextu definice uvedených pravidel je dále potřebné provést revizi současných legislativních pravidel a v návaznosti na nová zjištění provést úpravu těchto pravidel. Součástí práce budou mimo základní matematické modelování také ověřování teoretických zjištění na reálných aplikacích a také s využitím experimentální hybridního systému, který je v provozu v laboratořích UEEN.

    Školitel: Mastný Petr, doc. Ing., Ph.D.

  12. Regulace napětí v distribučních sítích s vysokým podílem stochastických zdrojů

    Stále rostoucí podíl stochastických zdrojů v sítích má vliv na stabilitu napětí v průběhu dne. V důsledku proměnlivé dodávky výkonu do elektrizační soustavy z těchto zdrojů dochází ke kolísání odchylek napětí v průběhu denního diagramu. Současné prostředky používané k regulaci napětí v některých případech nedokáží zajistit požadovanou úroveň napětí ve všech odběrných místech sítě. Cílem práce je zmapovat nové možnosti a prostředky pro regulaci napětí v distribuční soustavě a navrhnout koncepci této regulace s ohledem na současný vývoj zdrojové základny.

    Školitel: Mastný Petr, doc. Ing., Ph.D.

  13. Rušení šířená po vedení výkonových sítí v audio pásmu

    Zvyšující se počty polovodičových měničů v distribučních sítích, na straně spotřebičů i v podobě střídačů fotovoltaických zdrojů, vedou ke vzniku a zvyšování úrovně vysoko-frekvenčních rušení šířených po vedení, které mají původ ve spínacích procesech měničů. Výsledkem jsou spínací rušení projevující se především ve frekvenčním pásmu 2-150 kHz, které je také označované jako audio pásmo. Současné zkušenosti s interferencí ukazují, že takové rušení může způsobit dysfunkci snímacích, měřících a řídících systémů, připojených do sítě, s vážnými důsledky. Jelikož se jedná o poměrně novou oblast zájmu, neexistuje dostatečný přehled o charakteru, úrovních, a výskytu diferenciálních rušení v distribučních sítích. Výsledky měření, které byly do současnosti publikovány, jsou pro přehled o stavu nedostatečné a mnohdy neporovnatelné. V této frekvenční oblasti se setkávají dva základní přístupy/metodiky měření využívané na jedné straně pro měření ukazatelů PQ a na straně druhé pro měření úrovní VF rušení, jejichž výsledky jsou navzájem nesouměřitelné. S tím souvisí i značná mezera v koordinaci EMC a související standardizaci. Práce je zaměřená na vývoj odpovídající měřící techniky a procedury pro monitorování inkriminovaného rušení v distribučních sítích. Dále je cílem studium vzniku a šíření daného rušení a v neposlední řadě návrh konceptu koordinace EMC. Předpokládaná spolupráce s provozovateli DS a mezinárodní vědecká spolupráce. Součástí doktorského studia je stáž na zahraničním výzkumném pracovišti, například na TU Dresden, DE. Informace: drapela@feec.vutbr.cz.

    Školitel: Drápela Jiří, doc. Ing., Ph.D.

  14. Řízení a chránění AC/DC hybridních mikrosítí

    Budoucí trendy v elektroenergetice předpokládají rozvoj decentralizované výroby, akumulace a mikrosítí. S ohledem na výstupní napětí fotovoltaických panelů a akumulátorů je nedílnou součástí i rozvoj DC instalací a hybridních AC/DC sítí. Cílem práce je analyzovat klíčové výzvy provozu hybridních AC/DC sítí a navrhnout metodiku pro ekonomicky přijatelné měření napětí a proudu pro systémy adaptivního řízení a chránění respektující např. rozdílné úrovně zkratového výkonu v různých provozních stavech a specifické vlastnosti DC proudu při vypínání poruch. Součástí doktorského studia bude stáž na zahraničním výzkumném pracovišti.

    Školitel: Toman Petr, doc. Ing., Ph.D.

  15. Systém pro řízení kvality a toků elektrické a tepelné energie v budovách s obnovitelnými zdroji energie.

    Zhodnoťte současné možnosti (celosvětově) řízení a monitoringu energetických systémů budov s obnovitelnými zdroji energie. Navrhněte a vytvořte jednotný systém regulace a řízení, který bude zahrnovat tepelné čerpadlo, solární termický kolektor a hybridní energetický systém s akumulací (fotovoltaika, větrná turbína) tak, aby bylo dosaženo maximální možné interakce mezi jednotlivými zdroji a zařízeními s ohledem na okolní vlivy. Výchozím předpokladem navrženého systému je koncepce založená na využití PLC.

    Školitel: Mastný Petr, doc. Ing., Ph.D.

  16. Využití částečných výbojů pro identifikaci poruchových jevů v distribučních sítích.

    Spolehlivost dodávky elektrické energie patří k dlouhodobým prioritám vyspělé společnosti. S tím souvisí potřeba rychlé a spolehlivé lokalizace poruch vznikajících na prvcích elektrizační soustavy. V řadě případů je možné poruchu identifikovat v začátečním stadiu a předejít tak jejímu rozšíření a následným výpadkům. Cílem práce je analýza současných metod využívajících analýzu částečných výbojů pro hodnocení stavu jednotlivých zařízení a následně využití získaných poznatků pro detekci vznikajících poruch v distribuční soustavě. Příkladem může být zhoršený izolační stav transformátorů, průchodek, jednopólová porucha na vedení s izolovanými vodiči, atd. Součástí doktorského studia bude stáž na zahraničním výzkumném pracovišti.

    Školitel: Toman Petr, doc. Ing., Ph.D.

  17. Využití tarifních měřidel s rozšířenou funkcí pro řízení a automatizaci distribučních soustav

    Hlavní funkcí elektroměrů je měřit elektrickou energii v definovaném místě elektrické sítě. Kromě toho však mohou elektroměry plnit řadu dalších funkcí. Například mohou být využity pro měření dalších elektrických veličin vypovídajících o stavu elektrické sítě a následně použitelných, v rámci konceptu Smart Grids, pro její řízení. Cílem je definovat potřebné funkce měřidel a jejich začlenění do jednotlivých bezpečnostně-technických vrstev řízení distribučních sítí. Dále optimalizovat měřící funkce a koncentraci dat pro jednotlivé úlohy. Téma je součástí řešení výzkumného úkolu. Předpokládaná spolupráce s provozovateli DS a mezinárodní vědecká spolupráce. Součástí doktorského studia je stáž na zahraničním výzkumném pracovišti, například na TU Dresden, DE. Informace: drapela@feec.vutbr.cz.

    Školitel: Drápela Jiří, doc. Ing., Ph.D.


Struktura předmětů s uvedením ECTS kreditů (studijní plán)

1. ročník, zimní semestr
ZkratkaNázevJ.Kr.Sem.Pov.Uk.Sk.Ot.
DBM1AAdvanced methods of processing and analysis of imagesen4zimníVolitelný oborovýdrzkano
DTK2AApplied cryptographyen4zimníVolitelný oborovýdrzkano
DET1AElectrotechnical materials, material systems and production processesen4zimníVolitelný oborovýdrzkano
DFY1AJunctions and nanostructuresen4zimníVolitelný oborovýdrzkano
DEE1AMathematical Modelling of Electrical Power Systemsen4zimníVolitelný oborovýdrzkano
DME1AMicroelectronic Systemsen4zimníVolitelný oborovýdrzkano
DRE1AModern electronic circuit designen4zimníVolitelný oborovýdrzkano
DAM1ASelected chaps from automatic controlen4zimníVolitelný oborovýdrzkano
DVE1ASelected problems from power electronics and electrical drivesen4zimníVolitelný oborovýdrzkano
DTE1ASpecial Measurement Methodsen4zimníVolitelný oborovýdrzkano
DMA1AStatistics, Stochastic Processes, Operations Researchen4zimníVolitelný oborovýdrzkano
DJA6AEnglish for post-graduatescs4zimníVolitelný všeobecnýdrzkano
1. ročník, letní semestr
ZkratkaNázevJ.Kr.Sem.Pov.Uk.Sk.Ot.
DMA2ADiscrete Processes in Electrical Engineeringen4letníVolitelný oborovýdrzkano
DME2AMicroelectronic technologiesen4letníVolitelný oborovýdrzkano
DRE2AModern digital wireless communicationen4letníVolitelný oborovýdrzkano
DTE2ANumerical Computations with Partial Differential Equationsen4letníVolitelný oborovýdrzkano
DTK1AOptimization Methods and Queuing Theoryen4letníVolitelný oborovýdrzkano
DET2ASelected diagnostic methods, reliability and qualityen4letníVolitelný oborovýdrzkano
DAM2ASelected chaps from measuring techniquesen4letníVolitelný oborovýdrzkano
DBM2ASelected problems of biomedical engineeringen4letníVolitelný oborovýdrzkano
DEE2ASelected problems of electricity productionen4letníVolitelný oborovýdrzkano
DFY2ASpectroscopic methods for non-destructive diagnostics en4letníVolitelný oborovýdrzkano
DVE2ATopical Issues of Electrical Machines and Apparatusen4letníVolitelný oborovýdrzkano
1. ročník, celoroční semestr
ZkratkaNázevJ.Kr.Sem.Pov.Uk.Sk.Ot.
DQJAAEnglish for the state doctoral examcs4celoročníPovinnýdrzkano