Modellordnungsreduktionstechniken für elektro-quasistatische Simulationsverfahren in der elektrischen Energieübertragungstechnik

• Antragsteller: Professor Dr. Markus Clemens
• Fachliche Zuordnung: Elektrische Energiesysteme, Power Management, Leistungselektronik, elektrische Maschinen und Antriebe ; Mathematik
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 228468815

Ziel dieses Forschungsvorhabens, in Fortsetzung der mit der DFG-Sachmittelbeihilfe geförderten Vorarbeiten des Antragstellers unter demselben Titel, ist die Entwicklung von effizienten Simulationsverfahren zur Auslegung von Systemkomponenten der elektrischen Hochspannungsfelder unter spezieller Berücksichtigung von elektrisch feldsteuernden Materialien. Dazu gehören z.B. Metalloxid-Varistormaterialien in Hochspannungsableiterstrukturen und Hybridpolymerwerkstoffe mit granularen Mikrovaristoren auf Siliziumkarbid- oder Zinkoxid-Basis als Füllstoffe zur nichtlinearen resistiven Feldsteuerung, deren Eigenschaften und ihr Anwendungspotential in energietechnischen Anwendungen, wie z.B. Energiekabeln, Kabelendverschlüssen, Isolatorbeschichtungen, Endenglimmschutz in elektrischen Maschinen oder Hochspannungsdurchführungen, derzeit intensiv erforscht werden. Beim Komponentendesign dieser Systeme ist wegen der besonderen Nichtlinearität der Materialcharakteristiken der Einsatz von rechnergestützten Simulationsmethoden im Zeitbereich erforderlich. Dies ist inhaltlich verbunden mit der numerischen Berechnung elektro-quasistationärer Feldverteilungen unter spezieller Berücksichtigung nichtlinearer Strom-Spannungs-Materialcharakteristiken. Durch die im Rahmen der DFG-Sachmittelbeihilfe geförderten Forschungsergebnisse des Antragstellers zu mathematischen Modellordnungsreduktions-Methoden (MOR-Methoden) konnten diese elektroquasistatischen Zeitbereichsanalyseverfahren beschleunigt und somit erstmalig sogar für stochastische Unsicherheitsanalysen mit zweidimensionalen Finite Elemente Methode Modellen von Betriebsmitteln mit nichtlinearen Feldsteuerungen einsetzbar gemacht werden. Diese neuen mathematischen Verfahren sollen im Rahmen dieses Nachfolgeantrags verbessert und um neuartige Ansätze bzw. Problemformulierungen erweitert werden. Diese sollen hinsichtlich ihrer numerischen Effizienz und Genauigkeit erforscht werden. Damit sollen diese Zeitbereichsmethoden für nichtlineare elektro-quasistatische Feldsimulationen so in ihrer Effizienz verbessert werden, dass damit Parameteroptimierungen und stochastische Unsicherheitsanalysen von toleranzbehafteten Eingangsparametern zukünftig auch mit hochaufgelösten dreidimensionalen Finite Elemente Methode Rechenmodellen in praxistauglichen Rechenzeiten ermöglicht werden können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen