Prezenční studium

4 roky

prof. RNDr. Vladimír Aubrecht, CSc.

Předseda :
prof. RNDr. Vladimír Aubrecht, CSc.
Člen interní :
doc. Ing. Petr Mastný, Ph.D.
prof. Ing. Jiří Drápela, Ph.D.
doc. Ing. Pavel Vorel, Ph.D.
doc. Ing. Ondřej Vítek, Ph.D.
prof. Ing. Petr Toman, Ph.D.
Člen externí :
prof. Ing. Radomír Goňo, Ph.D.
Ing. Petr Modlitba, CSc.
prof. Ing. Aleš Richter, CSc.
Ing. Zdeněk Wolf

Studijní program doktorského studia je zaměřen na přípravu špičkových vědeckých a výzkumných specialistů v nejrůznějších oblastech výkonové elektrotechniky, řídicí techniky, návrhu elektrických strojů, výroby a rozvodu elektrické energie, a užití elektrické energie.
Cílem je poskytnout ve všech těchto dílčích zaměřeních doktorské vzdělání absolventům vysokoškolského magisterského studia, prohloubit jejich teoretické znalosti, dát jím též potřebné speciální vědomosti i praktické dovednosti a naučit je metodám vědecké práce.

Cílem postgraduálního doktorského studia programu "Power Systems and Power Electronics" je výchova k vědecké práci v oboru silnoproudé elektrotechniky a elektroenergetiky. Absolventi se uplatní jednak ve výzkumu a vývoji, včetně průmyslového vývoje, jednak jako vědecko-pedagogičtí pracovníci na vysokých školách a rovněž ve vyšších manažerských funkcích.

Absolvent doktorského studijního programu "Power Systems and Power Electronics" získá hluboké 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.

Studium doktoranda probíhá podle individuálního studijního plánu, který zpracuje v úvodu studia školitel doktoranda ve spolupráci s doktorandem. V individuálním studijním plánu jsou specifikovány všechny povinnosti stanovené v souladu se Studijním a zkušebním řádem VUT, které musí doktorand k úspěšnému ukončení studia splnit. Tyto povinnosti jsou časově rozvrženy do celého období studia, jsou bodově ohodnoceny a v pevně daných termínech probíhá kontrola jejich plnění.
Student si zapíše a vykoná zkoušku z povinného kurzu Zkouška z angličtiny před státní doktorskou zkouškou, z povinně volitelných předmětů ohledem na zaměření jeho disertační práce, přičemž alespoň dva jsou voleny z: Matematické modelování v elektroenergetice, Vybrané problémy z výroby elektrické energie, Vybrané statě z výkonové elektroniky a elektrických pohonů, Vybrané statě z elektrických strojů a přístrojů, a dále minimálně dvou volitelných předmětů (Angličtiny pro doktorandy; Citování ve vědecké praxi; Řešení inovačních zadání; Vědecké publikování od A do Z).
Ke státní doktorské zkoušce se může student přihlásit až po vykonání všech zkoušek předepsaných jeho individuálním studijním plánem. Před státní doktorskou zkouškou student vypracuje pojednání k disertační práci, v němž detailně popíše cíle práce, důkladné zhodnocení stavu poznání v oblasti řešené disertace, případně charakteristiku metod, které hodlá při řešení uplatňovat.
Obhajoba pojednání, které je oponováno, je součástí státní doktorské zkoušky. V další části zkoušky musí student prokázat hluboké teoretické i praktické znalosti v oblasti elektrotechniky, elektroniky, elektrických strojů a elektrických přístrojů. Státní doktorská zkouška probíhá ústní formou a kromě diskuze nad pojednáním k disertačním práce se také skládá z tematických okruhů týkajících se povinných a povinně volitelných předmětů.
K obhajobě disertační práce se student hlásí po vykonání státní doktorské zkoušky a po splnění podmínek pro ukončení, jakými jsou účast na výuce, vědecká a odborná činnost (tvůrčí činnost), a minimálně měsíční studijní nebo pracovní stáž na zahraniční instituci anebo účasti na mezinárodním tvůrčím projektu.

Studium doktoranda probíhá podle individuálního studijního plánu (dále jen ISP), který zpracuje v úvodu studia školitel doktoranda ve spolupráci s doktorandem. Individuální studijní plán je pro doktoranda závazný. Jsou v něm specifikovány všechny povinnosti stanovené v souladu se Studijním a zkušebním řádem VUT, které musí doktorand k úspěšnému ukončení studia splnit. Tyto povinnosti jsou časově rozvrženy do celého období studia, jsou bodově ohodnoceny a v pevně daných termínech probíhá kontrola jejich plnění. Průběžné bodové hodnocení všech aktivit doktoranda je vedeno v dokumentu „Celkové bodové hodnocení doktoranda“ a je součástí ISP. Při zahájení dalšího roku studia pak školitel do ISP zaznamená případné změny. Nejpozději do 15. 10. každého roku studia odevzdává doktorand vytištěný a podepsaný ISP na vědeckém oddělení fakulty ke kontrole a založení.
Během prvních čtyř semestrů skládá doktorand zkoušky z povinných, povinně volitelných anebo volitelných předmětů pro splnění bodových limitů ze Studijní oblasti, a současně se intenzivně zabývá vlastním studiem a analýzou poznatků v oboru stanoveném tématem disertační práce a průběžným publikováním takto získaných poznatků a vlastních výsledků. V dalších semestrech se doktorand již více soustřeďuje na výzkum a vývoj, který souvisí s tématem disertační práce, na publikování výsledků své tvůrčí práce a na vlastní zpracování disertační práce.
Do konce druhého roku studia skládá doktorand státní doktorskou zkoušku, kterou prokazuje široký rozhled a hluboké znalosti v oboru, souvisejícím s tématem disertační práce. K této zkoušce se musí přihlásit nejpozději do 30. dubna ve druhém roce svého studia. Státní doktorské zkoušce předchází zkouška z anglického jazyka.
Ve třetím a čtvrtém roce svého studia provádí doktorand potřebnou výzkumnou činnost, publikuje dosažené výsledky a zpracovává svoji disertační práci. Součástí studijních povinností v doktorském studijním programu je absolvování části studia na zahraniční instituci nebo účast na mezinárodním tvůrčím projektu s výsledky publikovanými nebo prezentovanými v zahraničí nebo jiná forma přímé účasti studenta na mezinárodní spolupráci, což je nutné doložit nejpozději při odevzdání disertační práce.
Doktorandi ve čtvrtém roce studia předkládají do konce zimního zkouškového období svému školiteli rozpracovanou disertační práci, který ji ohodnotí. Disertační práci doktorand odevzdává do konce 4. roku studia.
Student prezenční formy doktorského studia je v průběhu studia povinen absolvovat pedagogickou praxi, tj. působit v procesu výuky. Zapojení doktoranda do pedagogické činnosti je součástí jeho vědecké přípravy. Pedagogickou praxí doktorand získává zkušenosti v předávání poznatků a zdokonaluje prezentační dovednosti. Skladbu pedagogických aktivit (cvičení, laboratorní cvičení, vedení projektů apod.) určí doktorandovi vedoucí daného ústavu po dohodě se školitelem. Povinnost pedagogické praxe se nevztahuje na doktorandy-samoplátce a na doktorandy v kombinované formě studia. Zapojení do výuky v rámci pedagogické praxe potvrdí po jejím splnění školitel v IS VUT.

1. Elektrické stroje s přepinatelným počtem pólů

   Pro elektrickou trakci se dnes používá celá řada elektrických strojů a s rostoucím významem e-mobility roste důraz na jejich další výzkum a vývoj. Pro elektrickou trakci je výhodné když elektrický stroj sám o sobě, a to bez převodovky, umí zajistit vysoký moment při nízkých otáčkách a zároveň i široký rozsah otáček. Absence převodovky vede k úsporám materiálům, k vyšší spolehlivosti, menším zástavbovým rozměrům a v konečném důsledku ke snížení dopadu na životní prostředí. Na tuto skutečnost reaguje navržené téma, které cílí na výzkum a vývoj elektrických strojů s elektronicky přepínatelným počtem pólů s potenciálem zmíněných vlastností dosáhnout. Očekává se, že v rámci tématu proběhne vývoj simulačního rámce pro tento stroj, výzkum a vývoj vhodných konfigurací provedení statorového vinutí a zkoumání dynamických dějů během přepínání počtu pólů. Výsledky výzkumu a vývoje budou ověřeny měřením na vzorku stroje s přepínatelným počtem pólů, který vznikne právě v průběhu řešení tohoto tématu. Získané výstupy budou pravidelně publikovány na konferencích a v impaktovaných časopisech. Při řešení tohoto tématu bude zajištěna možnost konzultovat výzkumné a vývojové výsledky také s pracovníky společnosti AVL Moravia s.r.o., Linz Center of Mechatronics GmbH a JKU – Johannes Kepler Universität Linz, Institut für Elektrische Antriebe und Leistungselektronik, kde se rovněž očekává absolvování povinné zahraniční stáže doktoranda.

   Školitel: Bárta Jan, doc. Ing., Ph.D.

2. Koordinace a sledování kvality napětí v přenosové soustavě

   Paradigma provozování elektrizační soustavy (ES) s připojováním a chováním zákazníků na jednotlivých úrovních distribučních soustav se mění. Přechod je možné charakterizovat odklonem od centrálních zdrojů v přenosové soustavě (PS) k integrací distribuovaných zdrojů do VN a NN distribučních sítí (DS); instalací a provozem souvisejících technologií a zařízení v těchto soustavách pro plnění dílčích ekonomických a technických cílů uživatelů DS; úsilím převézt část zákazníků DS na přímé uživatele PS. S tím se ale také zásadně mění podmínky pro zajištění a udržování elektromagnetické kompatibility (EMC) a kvality napětí (VQ – voltage quality) na jednotlivých hladinách DS a PS. Jednou z výzev napříč Evropou je zavedení systému EMC a VQ pro PS a jeho včlenění do existující koncepce pro DS. Společně s probíhajícím úsilím o standardizaci mezích úrovní jednotlivých druhů rušení a limitů pro jednotlivé přispěvovatele, je zásadním síření těchto jevů v ES, ale také identifikace zdroje rušení. Cílem práce je systematické mapování a určení mechanizmů šíření zásadních druhů rušení (rychlé změny a kolísání napětí, harmonické, nesymetrie, apod.) a identifikace zdrojů jednotlivých rušení, se zaměřením na prostředí zauzlované sítě PS. Cíleno je vývoj a ověření metod pro popis přenosu rušení v PS s určením jeho původu, s využitím dat poskytovaných standardními analyzátory kvality třídy A. Předpokládaná je spolupráce s provozovateli přenosové soustavy a distribučních soustav, a mezinárodní vědecká spolupráce. Součástí doktorského studia je stáž na zahraničním výzkumném pracovišti, například na TU Dresden, DE. Informace: drapela@vut.cz.

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

3. Koordinace a sledování kvality napětí v přenosové soustavě

   Paradigma provozování elektrizační soustavy (ES) s připojováním a chováním zákazníků na jednotlivých úrovních distribučních soustav se mění. Přechod je možné charakterizovat odklonem od centrálních zdrojů v přenosové soustavě (PS) k integrací distribuovaných zdrojů do VN a NN distribučních sítí (DS); instalací a provozem souvisejících technologií a zařízení v těchto soustavách pro plnění dílčích ekonomických a technických cílů uživatelů DS; úsilím převézt část zákazníků DS na přímé uživatele PS. S tím se ale také zásadně mění podmínky pro zajištění a udržování elektromagnetické kompatibility (EMC) a kvality napětí (VQ – voltage quality) na jednotlivých hladinách DS a PS. Jednou z výzev napříč Evropou je zavedení systému EMC a VQ pro PS a jeho včlenění do existující koncepce pro DS. Společně s probíhajícím úsilím o standardizaci mezích úrovní jednotlivých druhů rušení a limitů pro jednotlivé přispěvovatele, je zásadním síření těchto jevů v ES, ale také identifikace zdroje rušení. Cílem práce je systematické mapování a určení mechanizmů šíření zásadních druhů rušení (rychlé změny a kolísání napětí, harmonické, nesymetrie, apod.) a identifikace zdrojů jednotlivých rušení, se zaměřením na prostředí zauzlované sítě PS. Cíleno je vývoj a ověření metod pro popis přenosu rušení v PS s určením jeho původu, s využitím dat poskytovaných standardními analyzátory kvality třídy A. Předpokládaná je spolupráce s provozovateli přenosové soustavy a distribučních soustav, a mezinárodní vědecká spolupráce. Součástí doktorského studia je stáž na zahraničním výzkumném pracovišti, například na TU Dresden, DE. Informace: drapela@vut.cz.

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

4. 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. Součástí doktorského studia bude stáž na zahraničním výzkumném pracovišti.

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

5. Optická diagnostika elektrického oblouku

   Určení teploty elektrického oblouku a koncentrace částic pomocí optické emisní spektroskopie. Sledování vývoje tvaru a polohy vodivého kanálu pomocí vysokorychlostní kamery. Vyhodnocení pronikání konstrukčních materiálů do výbojového prostoru a jejich vliv na vlastnosti elektrického oblouku. V rámci tohoto doktorského studia je předpokládána zahraniční stáž na INP v Greifswaldu. Minimální doba stáže činí jeden měsíc.

   Školitel: Aubrecht Vladimír, prof. RNDr., CSc.

6. 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 Aalborg University, DK. Informace: drapela@vut.cz.

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

7. 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. Součástí doktorského studia bude stáž na zahraničním výzkumném pracovišti.

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

8. Revize současného a tvorba nového výpočetního nástroje pro návrh zemničů aplikovatelného v národních podmínkách

   V současnosti lze spatřovat tlak elektroenergetického odvětví na zpřesnění výpočtu navrhovaných zemnících soustav, a to především pro případy, kdy se vyskytují ztížené půdní podmínky. Současný postup na národní a částečně i na mezinárodní úrovni je založen na využití koeficientů využití zemničů, který je vhodný pro případy homogenních půd, nicméně je již méně výhodný pro případy půdy nehomogenních. Ze strany průmyslu je cítit tlak pro dosažení uspokojivějších řešení i pro tyto případy, nicméně současné užívané analytické řešení založené na zjednodušených vztazích odvozených metodou zrcadlení je v tomto případě již pro další rozšíření spíše nevhodné. Z principu fungování uvedených koeficientů využití se jeví, že nalezení uspokojivého řešení vede na relativně komplexní závislost, která by pro praktické využití byla spíše obtížně využitelná. Možným uspokojivým řešením by zde mohlo být skrze vytvoření softwarového nástroje, který by využíval novějšího a přesnějšího postupu stanovení rozložení potenciálu v okolí zemniče, tedy např. založená na řešení Laplaceovy rovnice, metodě konečných prvků atp. Lze předpokládat, že využití takto vytvořeného softwarového nástroje by mohlo být zahrnuto do postupu výpočtu zemničů jako případného alternativního způsobu k současnému postupu či být přímo doporučeno českým sdružením elektroenergetických společností v rámci národních podnikových norem elektroenergetiky. Vytvořený výpočtový nástroj by bylo vhodné rozšířit také o možnosti pravděpodobnostního vyhodnocování zemničů, kdy tato metoda je oproti stávající deterministické zatím spíše experimentální, nicméně lze předpokládat zvýšený tlak na její uplatnění, a to alespoň v některých ztížených případech. Postup práce by byl tedy přibližně následující. - Rozbor současně užívaných výpočtových a měřících postupů, požadavků na výpočet ze strany elektroenergetických společností, seznámení se současnými legislativními požadavky na evropské i národní úrovni. - Seznámení se, výběr a rozpracování zvolené metody výpočtu zemničů. Volba vstupních a výstupních parametrů. Okolnosti vhodnosti použitého řešení s navržením případných jejich vylepšení. Volba detailnosti samotného řešení, tj. např. jaké modely půdy zahrnout, zemniče umístěné v betonových základech, jejich řešení atp. - Spolupráce s průmyslem na ověření správnosti získaných výsledků, provedení ověřovacích měření. - Studium a implementace pravděpodobnostního vyhodnocování zemničů.

   Školitel: Vyčítal Václav, Ing., Ph.D.

9. Vícefázové elektrické stroje

   Téma je zaměřeno na výzkum elektrických strojů s více než třífázovým vinutím, například pětifázové, šestifázové, dvojité třífázové stroje. V rámci doktorského studia student absolvuje stáž na zahraniční univerzitě v minimální délce jednoho měsíce.

   Školitel: Vítek Ondřej, doc. Ing., Ph.D.

10. Využití pravděpodobnostního přístupu pro optimalizaci provozu distribučních soustav

    Disertační práce bude zaměřena na výzkum nového pravděpodobnostního přístupu pro posouzení vhodnosti provozu distribučních soustav s ohledem na bezpečnost provozu, četnost poruch a nepřetržitost dodávky elektrické energie. Vlastní metodika bude vycházet jak z již aplikovaných, tak i nových přístupů optimalizovaných tak, aby co nejlépe odrážely provozní vlastnosti nejen národních, ale i zahraničních distribučních sítí. Dané téma disertační práce zasahuje do několika oblastí, které jsou zaměřeny na problematiku výpočtu úrovně poruchových proudů, jejich doby trvání a četnosti výskytu, dále pak do oblasti výpočtu a analýzy rozložení potenciálu povrchu zemně pro zhodnocení možné úrovně dotykových a krokových napětí, problematiky transferu potenciálu a v neposlední řadě do oblasti pravděpodobnostního posouzení přítomnosti osob, vzniku poruchy a koincidence dotyk/porucha. Podmínkou úspěšného obhájení této práce je absolvování nejméně měsíční stáže na zahraniční univerzitě. V současnosti lze považovat za relevantní univerzitu TU Graz (Rakousko). Aaltoo Univerzity (Finsko), avšak konkrétní místo stáže bude upřesněno v průběhu Ph.D. studia.

    Školitel: Topolánek David, doc. Ing., Ph.D.

11. Využití simulací v reálném čase pro navrhování pokročilých systémů chránění

    Nové technologie pro výzkum chování elektrických sítí při přechodných jevech umožňují pokročilou analýzu působení rozsáhlých systémů chránění při poruchách. Cílem práce je rozšíření možností real-time simulátoru RTDS pro realizaci simultánních testů v reálném čase se začleněním reálných zařízení, tzv. hardware in the loop simulace. Součástí doktorského studia bude stáž na zahraničním výzkumném pracovišti.

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

1. kolo (podání přihlášek od 01.04.2023 do 30.04.2023)

1. Optimalizace výpočtů přenosu záření v plazmatu

   Výpočet optimálního rozložení středních absorpčních koeficientů pro výpočet záření v plazmatu. Hodnocení vlivu prostorové konfigurace elektrického oblouku a složení plazmatu na hranice frekvenčních intervalů. Porovnání různých algoritmů pro numerickou optimalizaci a jejich aplikace na problém přenosu záření v plazmatu. V rámci doktorského studia je nutné absolvovat zahraniční stáž. Předpokládané místo konání stáže je laboratoř LAPLACE, univerzita v Toulouse.

   Školitel: Aubrecht Vladimír, prof. RNDr., CSc.