Schaltwagen werden als Zweig betrachtet, nur für die Ermittlung des Schaltzustands ist eine Sonderbehandlung erforderlich.
Alle in diesem Schritt erzeugten Elemente werden durch eine eindeutige potentielle Nummer gekennzeichnet; alle Verweise der Elemente untereinander verwenden diese Numerierung.
Während des Aufbaus der Knotenliste wird jeder Knoten klassifiziert, indem angegeben wird, ob er ein Sammelschienenknoten (Knotenklasse 1), ein Knoten in der übrigen Schaltanlage (Knotenklasse 2) oder ein Knoten in einem Transformatorpartial (Knotenklasse 3) ist. Diese Klassifizierung wird für die Namensgebung der IPD-Knoten benutzt (siehe 7.1.3.4).
Am Ende des ersten Schritts sind alle internen Listen generiert. Lediglich die Einträge der aktuellen IPD-Knoten- und IPD-Zweignummern sowie die Inselnummern, die Leitungsnummern und die Transformatornummern fehlen.
7.1.3.3. Zweiter Schritt: Ermittlung der aktuellen Topologie
Im zweiten Schritt der Auswertung wird unter Verwertung der aktuellen Zustände der Einspeisungen und Zweige die aktuelle Topologie in Form einer Tiefensuche ermittelt. Vorab werden alle aktuellen Insel-, IPD-Knoten- und IPD-Zweignummern zu Null gesetzt, da Elemente, deren aktuelle Nummer gleich Null ist, als nicht zur aktuellen Topologie zugehörig beurteilt werden. Anschließend werden die folgenden Teilschritte durchgeführt:
1. Es wird der Einspeiseknoten der ersten noch nicht behandelten synchronisierten Einspeisung als Startpunkt einer Insel definiert.
2. Vom Einspeiseknoten aus wird der erste angeschlossene Zweig für die Bearbeitung ausgewählt; die Nummern aller anderen angeschlossenen Zweige werden auf einem Stack gespeichert.
3. Ist der ausgewählte Zweig eingeschaltet, so wird der Gegenknoten ermittelt und dessen Knotennummer für die Weiterverarbeitung verwendet. Ist der ausgewählte Zweig ausgeschaltet, dann ist die Suche an dieser Stelle beendet und es wird die letzte zwischengespeicherte Zweignummer dem Stack entnommen und die topologische Suche mit diesem Zweig fortgesetzt.
4. Vom Gegenknoten aus werden alle angeschlossenen Zweige wie folgt behandelt: der Zweig, über den man auf diesen Knoten gesprungen ist, wird nicht mehr berücksichtigt; der erste angegebene Zweig wird für die Weiterverarbeitung ausgewählt, alle anderen Zweignummern werden auf den Stack geschrieben.
5. Ist der Stack leer, wird die Ermittlung einer Insel beendet, ansonsten werden die Schritte 3. und 4. wiederholt.
6. Existieren noch synchronisierte Einspeisungen, die noch nicht in eine Insel aufgenommen wurden, so wird mit den Schritten 2. bis 5. die neue Insel berechnet.
Die aktuelle IPD-Knotennummer bzw. IPD-Zweignummer wird dabei mit der Inselnummer in die Knoten- und Zweigliste eingetragen. Die IPD-Knoten- und IPD-Zweignummer werden immer dann inkrementiert, wenn ein impedanzbehaftetes Element, erkennbar an einem von Null verschiedenen Impedanzindex, gefunden wird.
Bild 7.3.: Widerspruch bei der Knoten-Numerierung
Da elektrische Netze vermascht aufgebaut sind, ist es möglich, daß während der Suche eine Stelle erreicht wird, die schon behandelt wurde, indem eine von Null verschiedene IPD-Knotennummer im Knotenlistenelement gefunden wird. Dann wird die Suche wie in Teilschritt 3 abgebrochen und die letzte gespeicherte Zweignummer dem Stack entnommen. Wie Bild 7.3 zeigt, kann es in diesem Fall aber möglich sein, daß beim zweiten Auftreffen auf diesen Knoten mit der Nummer N mittlerweile eine andere Knotennummer M>N vergeben wird, da in der Zwischenzeit eine oder mehrere Impedanzen gefunden wurden. In diesem Fall wird in einem Feld gespeichert, daß IPD-Knoten 17 und IPD-Knoten 21 identisch sind und somit dieselbe Nummer bekommen müssen. Die Knotennummern werden an dieser Stelle jedoch noch nicht geändert.
Sind alle Inseln ermittelt worden, so kann die Vereinigung der Knoten durchgeführt werden, indem für alle Knoten, bei denen der eben geschilderte Nummern-Widerspruch auftritt, die kleinere der beiden ermittelten Nummern vergeben wird. Um die dichte Numerierung zu erhalten, wird die größte in dieser Insel aufgetretene IPD-Knotennummer durch die größere IPD-Knotennummer am Widerspruchsknoten ersetzt.
Beispiel (siehe dazu Bild 7.3):
Alle Knoten mit der IPD-Knotennummer 21 erhalten die IPD-Knotennummer 17. Alle Knoten mit der größten IPD-Knotennummer in der Insel erhalten die IPD-Knotennummer 21.
Durch die Vereinigung von Knoten kann es passieren, daß Impedanzen dieselbe IPD-Anfangs- und Endknotennummer aufweisen; dieser Fall tritt typischerweise bei Kupplungsfeldern auf, die die Spezies
LMES enthalten, wenn wegen eines Sammelschienenwechsels die Sammelschienen mit Hilfe der Sammelschienentrenner eines oder mehrerer Felder impedanzlos miteinander verbunden sind. Solche Impedanzen werden durch Nullsetzen der aktuellen Insel- und IPD-Zweignummer aus der aktuellen Topologie entfernt.
7.1.3.4. Dritter Schritt: Aufbau applikationsspezifischer Datensätze
In Abhängigkeit der Anwendung der Topologieauswertung sind unterschiedliche Datenmengen interessant. Die Applikation erwartet gegebenenfalls die Daten in einer bestimmten Reihenfolge. Um nun die innere Datenstruktur nicht den Applikationen anpassen zu müssen, werden die entsprechenden Datensätze in einem separaten Schritt erzeugt. Vorher werden die aktuellen Leitungs- und Transformatornummern durch Eintrag in die Impedanz- bzw. Transformatorliste neu vergeben, indem die Zweigliste von oben nach unten abgearbeitet wird.
Für das Programm zur Modellierung der Parallelschaltgeräte wird die
Feldanschlußliste generiert. In ihr finden sich alle impedanzbehafteten Betriebsmittel und der Partialname des Feldes, an den sie angeschlossen sind sowie die Insel-, IPD-Knoten- und IPD-Zweignummer.
Beispielhaft soll hier auch der Datensatz geschildert werden, der von der Topologieauswertung aufgebaut und dem Lastfluß im dynamischen Modell übermittelt wird. Weitere Applikationen sind bereits angeschlossen worden (siehe 7.1.4)
Am Beginn des Datensatzes steht ein Header, der folgende Informationen enthält:
Topologie-Kennzahl: eine Nummer, die es ermöglicht, die Konsistenz zwischen der Liste der aktuellen Topologie mit der Meßwertrohliste (siehe 7.2) und der Feldanschlußliste (siehe 6.4) zu prüfen, indem am Anfang jeder Liste diese Kennzahl hinterlegt ist. Nur Listen mit gleicher Kennzahl sind konsistent.
aktuelle Anzahl der Inseln,
potentielle Anzahl der Einspeisungen pro Typ und
potentielle Anzahl der Lasten.
Anschließend folgen für jede Insel:
Anzahl der IPD-Knoten,
Anzahl der Leitungen,
Anzahl der Transformatoren und
Abweichung der Frequenz vom Nennwert. Dieser Wert wird für die Initialisierung des Mittelzeitmodells benötigt.
Die in den folgenden Datensätzen erscheinenden IPD-Nummern werden aus den entsprechenden Knoten- bzw. Impedanzelementen entnommen. Für jede Einspeisung (Kraftwerke und externe Einspeisungen) folgt der topologische Anschluß des Einspeiseknotens und des Eigenbedarfknotens:
Inselnummer des Einspeiseanschlusses,
IPD-Knotennummer des Einspeiseanschlusses,
Inselnummer des Eigenbedarfsanschlusses (=0 bei externen Einspeisungen) und
IPD-Knotennummer des Eigenbedarfanschlusses (=0 bei externen Einspeisungen).
Für jede Last wird angegeben:
Inselnummer des Lastanschlusses und
IPD-Knotennummer des Lastanschlusses.
Es folgen die Elemente, die den IPD-Knoten näher beschreiben:
Index der Spannungsebene, in dem sich der Knoten befindet, und
Name des Knotens.
Ein IPD-Knoten besteht aus mehreren Knoten, die in verschiedenen Partialen liegen können. Für die Namensgebung wird aus den zu einem IPD-Knoten gehörenden Knoten der Name ausgewählt, dessen Knoten die niedrigste Knotenklasse besitzt. Damit wird sichergestellt, daß der Knotenname mit dem Namen des Sammelschienenpartials übereinstimmt, sofern die Sammelschiene zu dem Knoten gehört.
Anschließend werden die Zweigelemente angehängt:
IPD-Knotennummer Anfang,
IPD-Knotennummer Ende,
Spannungsebenenindex,
Zweitorparameter,
Nennscheinleistung und
Name des Zweigs.
Abschließend finden sich die Zusatzinformationen für die Transformatoren:
aktuelle Stufennummer und
aktueller Real- und Imaginärteil des Übersetzungsverhältnisses.
Dieser Datensatz wird auf Anfrage des Modells generiert, sofern seit der letzten Berechnung eine topologisch relevante Spezies ihren Zustand geändert hat, und per Interprozess-Kommunikation übertragen.
7.1.4. Zusätzliche Anwendungen der Topologieauswertung
Da die hier geschilderten zusätzlichen Anwendungen nicht direkt zum Trainingssimulator gehören, wird hier auf eine detaillierte Schilderung verzichtet; statt dessen sei auf die weiterführende Literatur verwiesen.
7.1.4.1. Übersichtsdarstellung von Energieversorgungssystemen
An der University of Washington, Seattle, USA, wurde ein Visualisierungssystem für Energieversorgungsnetze entwickelt. In diesem System ist es möglich, die Spannungen an den Knoten und die Leistung über die Leitungen mit Hilfe der graphischen Gestaltung der entsprechenden Objekte auf dem Bildschirm deutlich zu machen.
Im Rahmen einer Kooperationsarbeit wurde das Visualisierungsprogramm an das GDL-Datenbanksystem angebunden. Zu diesem Zweck ist eine Darstellung des Netzes in Form von impedanzbehafteten Elementen und den zwischenliegenden Knoten erforderlich. Diese Auswertung wird prinzipiell durch die hier vorgestellte Topologieauswertung ausgeführt. Allerdings mußten die folgenden Ergänzungen vorgenommen werden:
