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 "Silnoproudá elektrotechnika a elektroenergetika" 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 "Silnoproudá elektrotechnika a elektroenergetika" 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. kolo (podání přihlášek od 01.04.2026 do 30.04.2026)

1. Aplikace modulárních víceúrovňových měničů s tranzistory GaN pro bateriová úložiště elektrické energie

   Téma disertační práce se zaměřuje na výzkum a návrh moderních měničů pro bateriová úložiště elektrické energie připojená k sítím nízkého napětí. Pozornost je věnována zejména modulárním víceúrovňovým měničům využívajícím velmi rychlé tranzistory typu GaN, které představují perspektivní alternativu k v současnosti dominantním dvouúrovňovým měničům s tranzistory IGBT.

   Cílem výzkumu je analyzovat vhodné topologie těchto měničů, posoudit jejich technické vlastnosti a ověřit jejich potenciál z hlediska energetické účinnosti, kvality elektrické energie, rozměrů, materiálové náročnosti a škálovatelnosti. Součástí práce bude numerické modelování a simulace vybraných topologií, návrh výkonové a řídicí elektroniky s využitím moderních mikroprocesorů a programovatelných hradlových polí a implementace pokročilých řídicích algoritmů. Navržená řešení budou experimentálně ověřena s cílem potvrdit jejich vhodnost pro praktické nasazení v bateriových úložištích elektrické energie.

   Školitel: Procházka Petr, Ing., Ph.D.

2. Decentralizované energetické komunity: Technologie a implementace v ČR

   Komunitní energetika představuje inovativní přístup k výrobě, distribuci a spotřebě energie, zaměřený na zapojení místních komunit do energetického trhu. Tento koncept využívá decentralizované zdroje energie, jako jsou fotovoltaické systémy, malé větrné elektrárny a bateriová úložiště, k zajištění energetické soběstačnosti a snížení environmentálních dopadů. Klíčovými výzvami jsou technologická integrace chytrých sítí a systémů řízení spotřeby a legislativní prostředí. V českém prostředí nabízí komunitní energetika potenciál k posílení energetické nezávislosti obcí, snížení emisí skleníkových plynů a zapojení občanů do přechodu na udržitelnější energetické systémy. Práce se zaměří na analýzu konceptu, návrh technologických řešení a simulaci pilotního projektu v kontextu České republiky. Součástí doktorského studia bude stáž na zahraničním výzkumném pracovišti (předpokládaná univerzita Tampere University). Cíle práce: - Analýza konceptu komunitní energetiky. - Ananlýza aktuálních technologií používaných v komunitní energetice, včetně decentralizovaných zdrojů energie. - Analyzovat možnosti řízení a optimalizace energetických toků v komunitách, například pomocí systémů řízení spotřeby, IoT a chytrých sítí. - Vypracovat koncepční návrh modelové energetické komunity pro specifickou lokalitu v ČR. - Realizovat simulaci provozu modelové komunity, zahrnující optimalizaci energetických toků.

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

3. Estimace výkonové rezervy nesymetrické soustavy pro potřeby využití flexibility

   Práce se zabývá stavovou estimací dostupného proudového/výkonového zatížení v jednotlivých fázích pro potřeby posouzení disponibilního výkonového zatížení v odběrných a předávacích místech (OPM). Tyto informace jsou nezbytným podkladem pro využití flexibility, respektive konceptů řízení zatížení OPM s využití vícetarifních struktur či flexibilních tarifů. Pro stanovení disponibilního zatížení budou využity nesymetrické modely soustavy a výstupy jak z distribuovaného měření (okamžité i dlouhodobé měření), tak i provozovatelem stanovené diagramy zatížení. V rámci této problematiky bude mimo stavovou estimaci řešena i predikce disponibilního zatížení pro potřeby flexibility využívající informací dlouhodobého měření jak z OPM, tak i z jednotlivých distribučních stanic VN/NN. V této oblasti bude provedena analýza mezního času predikce zohledňujícího variabilní dostupnost měření, počet sledovaných parametrů a diagramy zatížení OPM. Hlavní výzvou tohoto tématu je nalezení metody minimalizující potřebu měření (počet míst a sledovaných parametrů) za účelem věrohodné estimace nesymetrického zatížení soustavy.

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

4. Integrace akumulačních systémů do konceptu podpory elektrizační soustavy

   Se změnou konceptu energetického mixu a zvyšováním podílu stochastických zdrojů (větrné a fotovoltaické výrobny) je úzce spojen pojem stabilita dodávky elektrické energie a její kvalita. Téma je zaměřeno na možnosti akumulace elektrické energie vyrobené z obnovitelných zdrojů pomocí moderních technologií, s fokusem na chemickou akumulaci a využití přečerpávacích vodních elektráren. Výstupem práce bude návrh opatření v energetické soustavě, který bude řešit časovou disproporci mezi dodávkou a odběrem elektrické energie z obnovitelných zdrojů a návrh koncepčně-technického řešení pro vybranou část soustavy v ČR. Řešení je spojeno s modelováním na PC a experimentálním měřením na funkčním modelu. Na řešení tématu bude probíhat spolupráce s příslušnou divizí ČEZ. Předpokládá se zapojení doktoranda do řešení výzkumných projektů řešených v této oblasti (Eco&Store). Součástí doktorského studia bude stáž na zahraničním výzkumném pracovišti (předpokládaná univerzita TalTech).

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

5. Integrovaná metrika oslnění pro různé aplikace osvětlení

   Oslnění je nepříznivý stav zraku, který nejen že způsobuje nepříjemný pocit, ale má rovněž nepříznivý vliv na výkonnost zrakového systému. Pro hodnocení oslnění se používá několik vztahů, mající vazbu vždy na určitou aplikační sféru. Pro oslnění umělou osvětlovací soustavou v interiérech se používá UGR, pro hodnocení oslnění denním světlem skrze okna se používá DGP a DGI atd. Nevýhodou těchto metrik je to, že jsou naladěny na určitý typ osvětlení (kancelářské, sportovní, pouliční osvětlení atd.) a rovněž jsou specifikovány pro určitý typ osvětlovací soustavy (např. svítidla na bázi zářivek s opálovým difuzorem, okna atd.). Podstata všech je založena na empirických datech a nikoliv na fyziologickém či psychologickém modelu. Z tohoto důvodu není možné výše uvedené metriky rozšiřovat na libovolné aplikace, což přináší problémy zejména v době, kdy se do osvětlovací techniky dostávají LED zdroje, které generují světlo jednak z malé plochy a navíc se specifickým spektrem. Úkolem studenta tohoto doktorského tématu by mělo být alespoň částečné nalezení odpovědí na otázku: „ Jaký fyziologický nebo psychologický mechanizmus je zodpovědný za nepříjemné pocity způsobené nadměrným jasem?“ Na základě předchozí odpovědi následně vypracovat model rušivého oslnění vyplývající z nadměrných kontrastů, který by se dal následně zobecnit na další použití ve světelné technice. Toto téma je podporováno mezinárodní komisí pro osvětlování CIE a je zařazeno mezi 10 strategických výzkumných cílů ve světelné technice. Součástí doktorského studia bude stáž na zahraničním výzkumném pracovišti v Anglii či Němeku v délce min 2 měsíce.

   Školitel: Škoda Jan, Ing., Ph.D.

6. Koordinované vícevrstvé řízení jalového výkonu v podmínkách transformující se elektrizační soustavy

   Řízení jalového výkonu v elektrizační soustavě bylo tradičně založeno na hierarchickém a převážně centralizovaném přístupu, vycházejícím z minimalizace jalového výkonu na nižších napěťových hladinách a jeho regulace prostřednictvím velkých synchronních generátorů v přenosové soustavě. Tento koncept byl dlouhodobě efektivní za podmínek převážně induktivního charakteru soustavy a centralizované výroby. Probíhající transformace elektrizační soustavy, charakterizovaná rostoucím podílem distribuované výroby, výkonové elektroniky, aktivních zákazníků a zvyšujícím se podílem kabelových vedení, však zásadně mění chování i dostupnost jalového výkonu.

   Tyto změny vedou k postupnému posunu směrem ke kapacitnímu charakteru distribučních sítí, k častějšímu výskytu extrémních provozních stavů (např. odlehčení sítě) a ke snižování regulačních schopností přenosové soustavy v oblasti jalového výkonu v důsledku útlumu konvenčních zdrojů. Současně se objevuje významný, dosud nedostatečně využívaný potenciál jalového výkonu v distribuovaných zdrojích, výkonové elektronice na straně spotřeby a v průmyslových instalacích, který však není systematicky koordinován.

   Disertační práce se zaměřuje na návrh koordinovaného vícevrstvého rámce pro řízení jalového výkonu, který integruje strukturální nastavení (např. účiník zařízení), distribuovanou flexibilitu (např. distribuované zdroje a flexibilní spotřebu) a systémovou regulaci (např. kompenzační zařízení a řídicí strategie). Zvláštní důraz je kladen na koordinaci mezi přenosovou a distribuční soustavou, včetně vymezení rolí, regulačních strategií a alokačních principů.

   Cílem práce je navrhnout metodiky umožňující efektivní využití a koordinaci zdrojů jalového výkonu v podmínkách transformující se soustavy, včetně formulace plánovacích přístupů, regulačních konceptů a souvisejících regulačních a tržních aspektů. Očekávaným přínosem je vytvoření rámce umožňujícího přechod od tradičního jednovrstvého přístupu k řízení jalového výkonu ke koordinované architektuře schopné zajistit stabilitu napětí a spolehlivý provoz budoucích elektrizačních soustav.

   Téma je součástí širšího výzkumného směru zaměřeného na řízení jalového výkonu v moderních elektrizačních soustavách a navazuje na výzkum a vývoj podpůrných služeb poskytovaných velkými 4kvadrantními měniči. Výzkum bude realizován v úzké spolupráci s provozovateli elektrizačních soustav. Součástí doktorského studia bude také zahraniční výzkumný pobyt na vybrané partnerské instituci, například na University of Campania v Itálii. Kontakt: drapela@vut.cz.

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

7. Matematický model eroze kontaktních materiálů v silnoproudých spínacích přístrojích

   V rámci disertační práce bude provedena řada experimentů s různými dvojicemi kontaktních materiálů s cílem získat vstupní data pro vytvoření vhodného matematického modelu eroze kontaktů. Budou získány závislosti na parametrech vypínaného obvodu (proud, napětí, účiník zátěže) pro různé provozní stavy (spínání při jmenovitých parametrech, přetíženích a případně zkratech). Součástí práce bude i návrh metodiky hodnocení eroze kontaktů. Na závěr bude navržený matematický model ověřen na reálných přístrojích. Výsledky své práce bude student průběžně prezentovat na příslušných vědeckých konferencích (např. Fyzika spínacího oblouku,…) a formou článků v tematických časopisech uvedených ve Scopus nebo Web of Science. V rámci řešení práce absolvuje student i zahraniční stáž na vybraném pracovišti, se kterým zadavatel práce již spolupracuje.

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

8. Návrh a vývoj alternativních měřičů a indikátorů částečných výbojů pro vysokonapěťová zařízení

   - Provést rozbor a rešerši aktuálních používaných i alternativních principů měření částečných výbojů.

   - Nalezení vhodných řešení nebo i kombinaci senzorů na základě citlivosti měření, určení charakteru závady/poruchy, detekce místa závady/poruchy a složitosti řešení.

   - Realizace vlastních návrhů, laboratorní ověřování jejich funkčnosti a rozsahu parametrů na základě simulace definovaných závad/poruch/výbojové činnosti ve stíněných buňkách,

   - A provést implementaci vlastních, především alternativních a nekonvenčních principů měření částečných výbojů do indikátorů a měřičů poruch ve vysokonapěťových zařízení.

   Školitel: Krbal Michal, Ing., Ph.D.

9. Odolnost distribučních sítí vůči povodňovým hrozbám

   Téma je zaměřeno na výzkum metod modelování, simulace a kvantitativního hodnocení odolnosti elektroenergetických distribučních sítí vůči povodňovým hrozbám. Cílem práce je analyzovat vliv různých typů povodní (plošné rozlivy, lokální záplavy, extrémní srážkové události, protržení ochranných prvků) na provozní spolehlivost distribučních sítí, identifikovat kritické prvky sítě a kvantifikovat riziko výpadků včetně jejich časového průběhu a obnovy dodávky. V rámci řešení budou využity detailní topologické a provozní modely distribučních sítí, které budou integrovány do simulačního prostředí propojujícího elektroenergetické a hydrologické modely. Povodňové scénáře budou popsány pomocí prostorových dat (GIS, DTM/DEM) a charakteristik zaplavení, které budou mapovány na jednotlivé prvky elektroenergetické infrastruktury. Pro hodnocení zranitelnosti a selhání prvků sítě budou využity pravděpodobnostní a statistické metody, včetně fragilitních křivek a modelů obnovy. Důraz bude kladen na výpočetně efektivní formulace umožňující provádět rozsáhlé množiny scénářů (např. Monte Carlo, parametrické studie) a porovnávat účinnost preventivních či adaptačních opatření. Výsledné modely budou validovány na historických povodňových událostech a na syntetických scénářích vytvořených ve spolupráci s provozovateli distribučních sítí. Součástí práce bude analýza dominových efektů poruch v distribuční síti, zejména šíření výpadků v důsledku vzájemných vazeb mezi jednotlivými prvky sítě a jejich závislosti na dalších typech kritické infrastruktury. Doktorské téma je řešeno v rámci výzkumného projektu „FloodCOSIM“ zaměřeného na modelování dopadů povodní na kritickou infrastrukturu. Součástí doktorského studia bude stáž na zahraničním výzkumném pracovišti.

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

10. 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. Předpokládá se zapojení doktoranda do projektu GAČR "Thermal Plasma Properties of Alternative Insulating Gases in Switching Arcs", jehož návrh byl podán v březnu 2026.

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

11. Pokročilé metody návrhu a analýzy kompaktních elektromotorů

    Téma se zaměřuje na pokročilé metody návrhu, modelování a analýzy kompaktních elektromotorů s vysokou mírou integrace, s cílem dosáhnout vysoké účinnosti, vysoké měrné hustoty točivého momentu a výkonu a současně splnit požadavky na nízkou hmotnost, malé rozměry a provozní spolehlivost. Výzkum bude pokrývat různé topologie kompaktních elektrických strojů (např. radiální i axiální uspořádání), včetně variant s integrovanými konstrukčními prvky pohonu a s důrazem na vhodnost pro aplikace s omezeným instalačním prostorem.

    Klíčovou výzvou je návrh elektromagnetického obvodu a aktivních částí stroje tak, aby při minimalizaci objemu a ztrát byla zajištěna požadovaná momentová charakteristika v celém pracovním rozsahu. Práce se zaměří na optimalizaci geometrie a materiálového složení magnetického obvodu, návrh vinutí a volbu permanentních magnetů s ohledem na demagnetizaci, účinnost a výrobní realizovatelnost. Součástí bude také řešení tepelného návrhu (odvod ztrát, teplotní pole, teplotní stabilita magnetů a izolací), mechanické integrity (pevnost, dynamika rotoru, vibrace, hlučnost) a vhodné integrace motoru do výsledného mechatronického celku.

    Výzkum bude využívat moderní výpočetní a simulační nástroje pro numerické modelování elektromagnetických, tepelných a mechanických jevů, včetně multifyzikálních výpočtů a optimalizačních postupů. Zvláštní důraz bude kladen na rozvoj návrhových metodik pro rychlé porovnávání topologií, citlivostní analýzu a robustní optimalizaci s ohledem na výrobní tolerance a rozptyl materiálových parametrů. Součástí práce bude prototypování vybraných řešení a experimentální ověření dosažených parametrů (momentová charakteristika, účinnost, oteplení, akustické projevy), včetně návrhu a realizace vhodné měřicí metodiky.

    Výsledky výzkumu mohou nalézt uplatnění napříč průmyslovými aplikacemi vyžadujícími kompaktní a účinné pohony, například v automatizaci, mobilní robotice, dopravní technice či speciálních zařízení s požadavky na nízkou hlučnost a vysokou integraci.

    Očekává se realizace stáže doktoranda na zahraniční univerzitě se zaměřením na vývoj pokročilých elektrických strojů – jako vhodný partner se jeví například LUT University (Finsko), která je součástí aliance EULiST. Předpokládá se průběžná publikační činnost na mezinárodních konferencích a ve vědeckých časopisech v Q1 a Q2. 

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

12. Pokročilé technologie pro měření umělého světla v nočním prostředí

    Téma studia navazuje na dlouholeté aktivity výzkumné skupiny světelné techniky na UEEN v oblasti měření a hodnocení světelného znečištění. Cílem je rozšířit a uvést do praktického nasazení vyvinutou technologii pro měření a hodnocení umělého světla v nočním prostředí. Student bude rozvíjet vyvinutý prototyp, optimalizovat metodiku použití, bude provádět rozsáhlejší sběr dat na území ČR a popř. i mimo ČR v rámci studijních stáží a praxí. Pracoviště disponuje špičkouvou měřicí technikou, kterou bude mít student k dispozici a bude spolupracovat se zahraničními instucemi v dané oblasti. Jedním s cílů je srovnání výsledků jednotlivých systémů a výběr budoucí technologie pro monitorování umělého světla v nočním prostředí s ohledem na životní formy jako celku.

    Mezi cíle studia patří zavedení malosériové výroby funkčních vzorků a nasazení technologie v širší skupině výzkumníků v rámci ČR, propojení dosavadních databázových systémů, jejich rozšíření, analýza objemných dat - pozemní, letecké a satelitní měření. 

    Nabízí se zapojení do grantového výzkumu vývoje měřicí sítě monitorovacích stanic pro světelné znečištění, testování nově vyvíjených senzorů, možnost vývoje zcela nového prototypu přístroje pro všesměrovou fotometrii se softwarovou implementací výpočtu integrálních charakteristik světelného pole a lokalizací zdrojů světla, určování podílu jejich příspěvků.

    Student bude absolvovat stáž na vybrané zahraniční univerzitě, která se tématem také zabývá. Pracovišť je na výběr desítky v Evropě a stovky po celém světě. Jako příklad lze uvést univerzitu Aalto v Espoo (Helsinky - Finsko).

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

13. Pokročilý monitoring a prediktivní hodnocení kvality napětí v elektrizační soustavě

    Měření a vyhodnocování kvality napětí v elektrizační soustavě je v současnosti založeno na standardizovaných metodách definovaných zejména v souboru norem IEC 61000-4-X a v evropské normě EN 50160. Tyto postupy vycházejí z analýzy naměřených signálů a z výpočtu ukazatelů kvality napětí specifických pro jednotlivé typy rušení (např. harmonické zkreslení, kolísání napětí, nesymetrie apod.). Výsledkem je zpravidla retrospektivní vyhodnocení kvality napětí za určité časové období (typicky jeden týden), které vede k binárnímu rozhodnutí o splnění či nesplnění požadavků.

    S postupující transformací elektrizační soustavy, zejména s rostoucím podílem výkonové elektroniky, distribuovaných zdrojů a aktivních zákazníků, se však zvyšuje potřeba průběžného sledování stavu kvality napětí a schopnosti předvídat její vývoj. Tato potřeba je dále posílena očekávaným zaváděním mechanismů automatického odškodňování za nedodržení parametrů kvality napětí a požadavkem na aktivní řízení provozu soustavy.

    Cílem disertační práce je proto výzkum a vývoj pokročilých metod pro průběžné hodnocení, diagnostiku a predikci kvality napětí v elektrizační soustavě. Práce se zaměří na analýzu vhodnosti stávajících ukazatelů kvality napětí pro on-line hodnocení a predikci, návrh nových metod zpracování dat z analyzátorů kvality elektrické energie a na vývoj nástrojů umožňujících včasné odhalení rizika překročení limitů kvality napětí. Výsledkem budou nové přístupy k monitorování a evaluaci kvality napětí využitelné v přenosových i distribučních soustavách.

    Téma je součástí širšího výzkumného směru zaměřeného na vývoj nové generace nástrojů pro monitoring, diagnostiku a predikci kvality elektrické energie v elektrizační soustavě a součástí aktálně probíhajícího projektu TAČR TS01020151. Výzkum bude realizován ve spolupráci s provozovateli elektrizační soustavy. Součástí doktorského studia bude také stáž na vybraném zahraničním výzkumném pracovišti, například na TU Dresden, DE. Informace: drapela@vut.cz.

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

14. Prediktivní návrh a analýza elektromechanických zařízení pomocí statistiky a strojového učení

    Téma se zaměřuje na výzkum prediktivního návrhu a analýzy elektromechanických zařízení s využitím pokročilého statistického modelování a metod strojového učení. Cílem je zefektivnit návrhový proces u zařízení, jejichž konstrukce vyžaduje náročné vícerozměrné simulace elektromagnetických, tepelných a mechanických jevů – jako jsou elektrické stroje se speciálními topologiemi, kompaktní transformátory nebo zařízení s integrovanou magnetickou převodovkou. Klíčovou výzvou je vytvoření náhradních modelů, které umožní predikci výstupních parametrů (např. účinnost, ztráty, zkratové síly, teplotní profil) na základě omezeného množství simulačních nebo experimentálních dat. Výzkum se zaměří na tvorbu, trénování a validaci prediktivních modelů, využívajících např. regresní algoritmy, neuronové sítě, Kriging nebo RBF modely.

     

    Důraz bude kladen na přesnost, interpretovatelnost a robustnost těchto modelů v reálném aplikačním kontextu. Součástí práce bude vytvoření workflow pro vícekriteriální optimalizaci a parametrické studie elektromechanických systémů, včetně návrhu adaptivních strategií pro výběr trénovacích dat a řízení přesnosti modelu.

    Vyvinutý přístup bude experimentálně ověřen na reálných vývojových úlohách, řešených v rámci spolupráce s průmyslovými a výzkumnými partnery. Výsledky výzkumu budou aplikovány na zařízení s vysokým potenciálem pro inovaci – například transformátory pro chytré sítě nebo elektrické stroje s rotujícím vnějším rotorem. Výstupem bude nejen urychlení návrhu, ale i hlubší porozumění tomu, jak jednotlivé parametry ovlivňují výsledné chování těchto zařízení.

    Očekává se realizace stáže doktoranda na zahraniční univerzitě se zaměřením na vývoj pokročilých elektrických strojů – v současnosti se jako vhodný partner jeví například JKU Linz (Rakousko) nebo LUT University (Finsko), která je součástí aliance EULiST Předpokládá se, že studující bude průběžně publikovat výsledky výzkumu na mezinárodních konferencích a ve vědeckých časopisech v Q1 a Q2.

    Financování je předpokládáno prostřednictvím zapojení do výzkumných projektů souvisejících s tématem dizertační práce.

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

15. 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. Předpokládá se zapojení doktoranda do řešení výzkumných projektů řešených v této oblasti (Eco&Store). Součástí doktorského studia bude stáž na zahraničním výzkumném pracovišti (předpokládaná univerzita Tampere University).

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

16. Systém pro autonomní rekonfiguraci soustavy v případě poruchy v soustavách vysokého napětí

    Téma disertační práce je zaměřeno na problematiku zvyšování provozní spolehlivosti distribučních sítí vysokého napětí prostřednictvím pokročilých principů automatizace a řízení. Hlavním cílem je návrh a rozvoj konceptu inteligentního systému, který umožní rychlou identifikaci poruchového úseku, jeho automatické oddělení od zbytku sítě a následnou co nejrychlejší obnovu dodávky elektrické energie do nepostižených částí sítě. Výzkum se bude soustředit na principy tzv. self-healing systémů, které vedou ke snížení dopadů poruch na koncové odběratele a ke zlepšení ukazatelů spolehlivosti dodávky.

    Součástí práce bude analýza dostupných měřicích dat, monitorovacích prostředků a ovládacích prvků v síti, stejně jako posouzení různých úrovní autonomie navrženého řešení — od systémů s podporou rozhodování dispečera až po vysoce automatizované či autonomní přístupy. Důležitým aspektem bude také návrh robustního konceptu schopného reagovat nejen na jednotlivé poruchové stavy, ale i na složitější a dynamické situace, například při výskytu více současných nebo časově blízkých poruch, typických pro mimořádné či kalamitní provozní stavy.

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

17. Systémy chránění využívající komunikaci

    V posledních dvou desetiletích prochází oblast přenosu a distribuce elektrické energie zásadní proměnou a lze očekávat, že také dlouho používané, ověřené a spolehlivé způsoby chránění distribučních sítí, bude nutné změnit nebo přizpůsobit novým podmínkám. Hlavním důvodem je rychlý nárůst výroby elektrické energie z obnovitelných zdrojů, které jsou příčinou snižování úrovně zkratových proudů, rychlých přechodných dějů při poruchách díky chybějící mechanické setrvačnosti zdrojů a také změnám v toku energie do poruchy díky decentralizovanému rozmístění zdrojů v síti.

    Současně se však otevírá také prostor pro nové přístupy k řešení problémů chránění elektrizačních soustav, které dříve nebylo možné prakticky realizovat. Moderní výpočetní systémy dnes poskytují výrazně vyšší výpočetní výkon a komunikační infrastruktura umožňuje rychlejší a spolehlivější přenos dat.

    Téma dizertační práce je zaměřeno na výzkum nových a pokročilých ochranných funkcí využívajících vysoký výpočetní výkon a zejména rychlou a spolehlivou komunikaci mezi jednotlivými prvky soustavy. V kombinaci s moderními komunikačními protokoly, jako jsou IEC 61850, IEC 60870-5-104, nebo IEEE C37.118, je možné navrhovat nové architektury systémů chránění a monitorování.

    Využití moderní komunikace umožňuje realizaci jak centralizovaných systémů chránění, které mohou pracovat s přenášenými vzorkovanými hodnotami napětí a proudů prostřednictvím IEC 61850 Sampled Values, tak i systémů využívajících synchrofázorová měření přenášená podle standardu IEEE C37.118. Současně lze uvažovat také o decentralizovaných systémech chránění, ve kterých jednotlivé ochranné terminály spolupracují prostřednictvím horizontální komunikace a sdílejí mezi sebou informace i na větší vzdálenosti.

    Cílem práce bude navrhovat, implementovat a experimentálně ověřovat funkční aplikace pro chránění a monitorování elektrizačních sítí budoucnosti. Tyto aplikace budou využívat zdokonalené algoritmy chránění a mohou zahrnovat také zcela nové funkcionality určené pro systémy chránění, monitorování a případně i řízení a optimalizaci provozu elektroenergetických systémů.

    Při jeho řešení budou uplatněny znalosti z oblasti elektroenergetiky, počítačových sítí, návrhu a implementace aplikací pracujících v reálném čase a návrhu uživatelských rozhraní pro efektivní analýzu a prezentaci naměřených dat.

    Součástí doktorského studia je stáž na zahraničním výzkumném pracovišti.

    Školitel: Orságová Jaroslava, doc. Ing., Ph.D.

18. Využití dat z inteligentního měření pro stavovou estimaci a pokročilé analýzy v distribučních sítích

    Motivace a kontext

    Moderní distribuční soustavy jsou vybaveny rostoucím počtem chytrých elektroměrů (smart meters), které shromažďují provozní data ve velkém měřítku. Tato data představují dosud ne plně využitý potenciál pro monitoring a analýzu sítě. Zásadním omezením je však nedostatečná metrologická kvalita běžných elektroměrů — jedná se o zařízení primárně určená k fakturaci, jejichž naměřené hodnoty jsou zatíženy nezanedbatelnou nejistotou a systematickými chybami. Paralelně jsou v distribučních soustavách nasazovány specializované analyzátory kvality napájení s lepšími metrologickými vlastnostmi, jejich počet je však z ekonomických důvodů omezený.

    Cíl práce

    Hlavním cílem je vyvinout metodický rámec pro zpracování různorodých datových zdrojů z distribučních soustav s explicitním zohledněním jejich odlišné metrologické kvality. Předpokládá se aplikace metod stavové estimace (State Estimation, SE), které umožňují integrovat měření s různou přesností do konzistentního obrazu stavu sítě. Součástí metodiky bude systematická kategorizace měřicích zařízení a analýza šíření nejistot do výsledků estimace. Vedle SE se předpokládá zaměření na podpůrné algoritmy využívající data z elektroměrů — například detekci chybných dat, identifikaci fází, a analýzu chování odběrných míst.

    Vědecký přínos

    Práce bude pojata s důrazem na akademickou rigoróznost při současném předpokladu praktické aplikovatelnosti výstupů. Student se bude věnovat nejistotní analýze navržených algoritmů — citlivosti metod na nejistoty měření, vlivu systematických chyb měřidel a praktickým mezím dosažitelné přesnosti. Výstupem bude kvantifikace nejvýznamnějších faktorů ovlivňujících přesnost analýz v reálné distribuční síti, využitelná jak pro formulaci požadavků na měřicí infrastrukturu (podklad pro tendry), tak pro interpretaci výsledků v podmínkách ekonomicky dostupného měření.

    Spolupráce a předpokládané aktivity

    Práce předpokládá spolupráci s průmyslovými partnery vyvíjejícími SW pro energetiku a s operátory distribučních soustav. Počítá se s výzkumnými pobyty na zahraničních partnerských univerzitách, účastí na odborných konferencích (AMPS, ICHQP) a zapojením do výzkumných projektů, mj. projektu TS01020006.

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

19. 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), avšak konkrétní místo stáže bude upřesněno v průběhu Ph.D. studia. Podmínkou úspěšného obhájení této práce je absolvování nejméně měsíční stáže na zahraniční univerzitě. V současnosti lze považovat za relevantní univerzitu TU Graz (Rakousko), Aalto University (Finsko), avšak konkrétní místo stáže bude upřesněno v průběhu Ph.D. studia.

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

20. 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. Téma studia je zahrnuto do řešení projektu "Řízení, chránění a efektivní provoz distribučních sítí a průmyslových energetických systémů" řešeného v rámci Národního centra pro energetiku II.

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

21. Zajištění stability dodávky a kvality elektrické energie z integrovaných fotovoltaických systémů v elektrizační soustavě EU se zaměřením na ČR

    Integrace fotovoltaických (PV) zdrojů do elektrizační soustavy EU je klíčovou součástí transformace energetiky směrem k udržitelném a obnovitelným zdrojům. Výrobní moduly (VM) podléhají specifickým normám a předpisům, jako jsou EN 50549 a NC RfG, které definují jejich technické požadavky a interakci se sítí. Hlavními problémy při jejich integraci jsou stabilita dodávky a kvalita elektrické energie, které ovlivňuje kolísání napětí a frekvence, harmonické zkreslení, rychlé změny zatížení a výroby a interakce s bateriovými systémy a externími ochranami. Cílem práce je analyzovat a optimalizovat stabilitu dodávky a kvalitu elektrické energie z integrovaných fotovoltaických systémů s fokusem na kategorie VM A1, A2 a B1 (do 1 MW) v elektrizační soustavě EU, se zaměřením na podmínky ČR. Práce se zaměří na matematické simulace, laboratorní testy a provozní měření pro vyhodnocení vlivu jednotlivých komponent, včetně externích síťových ochran, bateriových systémů a řídicích jednotek. Důležitou součástí je validace souladu komponent s normami a regulacemi a návrh opatření ke zlepšení stability dodávky a kvality elektřiny. Výsledkem práce budou doporučení pro optimalizaci integrace PV zdrojů do distribuční soustavy a zajištění jejich spolehlivého provozu.

    Přístup k řešení problematiky:

    • Matematické simulace integrace PV zdrojů a jejich vlivu na síť.
    • Experimentální měření v laboratoři specializovaného pracoviště.
    • Testování souladu komponent VM A1-B1. 
    • Validace externích síťových ochran a řídicích jednotek pro PV systémy.
    • Vliv bateriových systémů na vyrovnání nestabilit a řízení kvality elektřiny.
    • Porovnání teoretických simulací a praktických měření.
    • Vliv jednotlivých komponent na stabilitu sítě.
    • Optimalizace parametrů a algoritmů řízení VM A1-B1.
    • Identifikace kritických bodů a doporučení pro integraci PV zdrojů.

    Předpokládá se zapojení doktoranda do řešení výzkumných projektů řešených v této oblasti (Eco&Store). Součástí doktorského studia bude stáž na zahraničním výzkumném pracovišti (předpokládaná univerzita TalTech/ Tampere).

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