Co-Simulation elektrischer Energiesysteme mit kommerziellen Programmsystemen: Architektur, Methodik und Anwendungen

Die Arbeit beschreibt die Entwicklung, Implementierung und Validierung universeller Koppelmethoden für verschiedene Simulationsprogramme im Bereich elektrischer Energiesysteme. Ziel ist es, die Co-Simulation als breit anwendbares Werkzeug zu etablieren, das verlässliche Ergebnisse liefert und die alltägliche Nutzung fördert. Besondere Aufmerksamkeit wird auf die Präzision und numerische Stabilität der Methoden gelegt, bei gleichzeitiger universeller Nutzbarkeit in gängigen Energienetzberechnungsprogrammen. Zunächst wird der aktuelle Stand der Energienetzsimulation aufgezeigt. Statische Methoden wie die Lastflussanalyse werden zur Bestimmung von Anfangswerten genutzt. Die Analyse von RMS- und EMT-Simulationen bildet den Einstieg. Die Stärken und Schwächen dieser Algorithmen werden herausgearbeitet. RMS-Simulationen untersuchen Netze großer geografischer Ausdehnung mit großen Zeitschritten, während EMT-Simulationen Netze in großen Frequenzbereichen mit kleineren Zeitschritten analysieren. Die Kopplung dieser Methoden über die Co-Simulation soll diese Grenzen überwinden. Ein auf Shared Memory basierender Algorithmus ermöglicht den Datenaustausch zwischen den Programmen mit minimalem Einfluss auf die Rechendauer. Die Integration der Werte erfolgt mittels elektrischer Äquivalente wie idealen Übertragermodellen oder Norton- und Thévenin-Netzäquivalenten. Transformationen sowie Korrektur- und Filtermethoden werden realisiert, implementiert und analysiert. Um die Verwendbarkeit, Präzision und Leistungsfähigkeit der Co-Simulation nachzuweisen, werden stufenweise komplexere Modelle in Szenarien aufgebaut und Simulationen durchgeführt. Die Arbeit zeigt, dass die Co-Simulation eine effektiv anwendbare Lösung für die bessere Ausnutzung limitierter Simulationsressourcen ist. Marktübliche Simulationsprogramme ermöglichen diese Methode durch die Bereitstellung eines standardisierten Interfaces.