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

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

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.

prof. RNDr. Vladimír Aubrecht, CSc.

2. kolo (podání přihlášek od 03.07.2017 do 25.07.2017)

1. Centralizovaný systém chránění distribuční sítě

   Centralizovaný systém chránění je založen na monitoringu proudových a napěťových poměrů v distribuční síti pomocí moderních převodníků s digitalizovaným výstupem v souladu s protokolem Sampled Values (SV) dle standardu IEC 61850-9-2. Práce je zaměřena na výzkum nových ochranných funkcí využívající jednak možnosti zmíněných převodníků (vysoká linearita a přesnost měření, dynamické korekce měřených veličin) a jednak koncentrace měřených veličin v jednom místě (Process Bus). Jejím cílem je naprogramovat funkční aplikaci pro monitoring a chránění konkrétní části distribuční sítě, která bude využívat zdokonalené algoritmy chránění i zcela nové funkcionality pro centralizované systémy chránění, řízení a optimalizaci elektroenergetických systémů. Téma práce kromě oblasti elektroenergetiky zasahuje významně do oboru informačních technologií. Při řešení se budou aplikovat znalosti z oblasti počítačových sítí, tvorby realtime aplikací a návrhu uživatelského rozhraní pro prezentaci dat. Proto je práce doporučena také zájemcům, kteří absolvovali tento obor.

   Školitel: Orságová Jaroslava, 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. Informace: drapela@feec.vutbr.cz.

   Školitel: Drápela Jiří, prof. 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. 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. Informace: drapela@feec.vutbr.cz.

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

5. 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.

   Školitel: Kloc Petr, Mgr., Ph.D.

6. 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. Informace: drapela@feec.vutbr.cz.

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

7. 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.

   Školitel: Kloc Petr, Mgr., Ph.D.

8. Nabíjecí stanice pro elektromobily jako prvek elektrizační soustavy

   V souvislosti se současným postupným rozvojem hybridních automobilů a elektromobilů (EVs) se stále naléhavěji ukazuje potřeba rozvoje nabíjecích stanic pro tento typ dopravy. Téma je zaměřeno na návrh a energetickou analýzu konceptu nabíjecí stanice s integrovanou akumulací a s podporou obnovitelného zdroje energie. Na základě navržené koncepce budou sestaveny matematické modely jednotlivých částí systému a bude provedena energeticko-ekonomická analýza s cílem ověřit možnost využití takto koncipované sestavy pro snížení zátěže sítě v odběrném místě. Předpokládá se přímá možnost spolupráce na konkrétním řešení s energetickou společností.

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

9. Ostrovní DC síť pro objekty s obnovitelnými zdroji energie

   Koncepční řešení ostrovní DC sítě, kde zdrojovou základnu tvoří hybridní energetický systém (fotovoltaika, větrná turbína, akumulace). Cílem je navrhnout technické řešení energetického systému umožňujícího v případě nedostatku/přebytku energie spolupráci s AC sítí a současně zabezpečení bezpečného napájení objektu. Součástí řešení bude i návrh a testování řídícího a monitorovacího algoritmu. Pro základní modelování bude využito programového prostředí Matlab.

   Školitel: Mastný 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. Informace: drapela@feec.vutbr.cz.

    Školitel: Drápela Jiří, prof. 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. Pokročilá diagnostika vysokonapěťových kabelů

    Dnešní diagnostika silových kabelů vysokých a velmi vysokých napětí je založena na měření částečných výbojů a můstkových měření. Metodiky měření v těchto oblastech se neustále zdokonalují a přizpůsobují moderním vývojovým trendům i požadavkům zákazníků. Cílem práce je sjednocení metod měření podle platných norem, optimalizace měřicích postupů a vývoj nových principů měření na základě získaných znalostí v dané problematice.

    Školitel: Orságová Jaroslava, 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. Informace: drapela@feec.vutbr.cz.

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

14. 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.

15. Testovací systém pro hodnocení elektronických proudových a napěťových převodníků

    Cílem práce je vytvoření testovacího systému, který umožní detailní analýzu řetězce sestaveného z proudového a napěťového převodníku s digitalizovaným výstupem SampleValue dle IEC 61850-9-2, sestavujícího se z proudového/napěťového převodníku, digitalizační jednotky (A/D převodníku) a slučovací jednotky. Výsledkem testovacího systému bude zhodnocení reálného časového zpoždění primárního signálu, přesnosti amplitudy a fáze, a to nejen celého systému, ale i jeho jednotlivých částí. Navržený systém bude možné využít nejen pro provedení standardních testů, ale i testů pro určení frekvenční charakteristiky, teplotní závislosti apod. tak, aby na základě těchto výsledků mohly být navrženy korekce pro zlepšení přesnosti měření. Vlastní systém bude postaven primárně na platformě LabView.

    Školitel: Topolánek David, 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.

    Školitel: Toman Petr, prof. 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. Informace: drapela@feec.vutbr.cz.

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

1. kolo (podání přihlášek od 01.04.2017 do 15.05.2017)

1. 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.

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