Technische Beschreibung [ca. 2MB] - DUtrain GmbH

Independent Training & Service Centre for Power System Control
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DUtrain GmbH – Dr.-Alfred-Herrhausen-Allee 16 – 47228 Duisburg – Deutschland – http://www.dutrain.de - Telefon: 02065 689999 – E-Mail: psh@dutrain.de 1/15

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Kurzeinführung in den DUtrain PSH
Der DUtrain-PSH wurde als Trainingssimulator entwickelt, und das Training von
Netzbetriebspersonal bleibt eine seiner Hauptanwendungen. Daneben haben sich inzwischen
weitere Anwendungen im Studien- und Planungsbereich (siehe Abschnitt 8) ergeben. Daher wird
er jetzt allgemeiner als "Power System Handler" bezeichnet.
1. Trainingssimulator, allgemein
Ein Trainingssimulator unterscheidet sich von einem handelsüblichen Simulationssystem
dadurch,
dass er mehrere - bzw. alle für das Training relevanten - Prozesse parallel oder
quasiparallel behandelt.
dass er diese Prozesse in Echtzeit verfolgt.
dass er die Ergebnisse der Simulationsrechnungen auf einer betriebsgerechten
Oberfläche ausgibt und von der gleichen Oberfläche aus Betriebseingriffe (Schalten,
Steuern und Stellen) in das Simulationssystem ermöglicht.
Die Herstellung der betrieblichen Oberflächen ist meist wesentlich aufwendiger als die der
dahinterliegenden Simulationsprogramme, so dass man einen Trainingssimulator eher als eine
Leitwarte charakterisieren kann, deren hinterliegender realer Prozess durch
Simulationsprogramme ersetzt wurde.
Viele Trainingssimulatoren enthalten tatsächlich ein exaktes Duplikat – Cockpit oder Warte – der
realen Betriebsumgebung. Je weiter man in dieser Richtung geht, desto teurer wird naturgemäß
die Einrichtung und desto eingeschränkter der Nutzerkreis, denn der Aufbau einer Warte lässt
sich nicht ohne weiteres auf eine beliebige andere Warte übertragen.
Handelsübliche Simulationssysteme werden meist universell programmiert, so dass sie mit etwas
Aufwand für unterschiedliche Phänomene und beliebige Zeitbereiche parametriert werden
können. Dabei wird jeweils ein Lauf über einen begrenzten Zeitabschnitt untersucht. Bei
Trainingssimulatoren vereinfacht sich einerseits die Situation, weil der darzustellende Zeitbereich
durch die Observationsmöglichkeiten in der Warte und die Reaktionsfähigkeit des Menschen
begrenzt und a priori bekannt ist, andererseits wird sie schwieriger, weil alle Phänomene, die von
der Warte aus gesehen und beeinflusst werden können, nicht nur parallel, sondern auch im
dauernden Lauf berechnet werden müssen.
2. Trainingssimulatoren für elektrische Netze
Bei Trainingssimulatoren für elektrische Netze kommt vonseiten des abzubildenden Prozesses
ein Datenproblem hinzu: Der Aufbau jedes einzelnen Netzes ist geographisch und historisch
bedingt; seine hieraus folgenden Betriebsmöglichkeiten und seine Bezeichnungen sind absolut
individuell. Beides aber muss im Trainingssimulator abgebildet werden, erfordert bei
Netzerweiterungen und -umbauten einen Änderungsdienst, und beides führt dazu, dass ein
Trainingssimulator, der auf ein spezielles Netz zugeschnitten und parametriert ist, nur von den
Betriebsführern genau dieses Netzes sinnvoll nutzbar ist.
Es ist aber bereits ein erheblicher Aufwand, den betrieblichen Datenbestand eines einzigen
Netzes zu erfassen und für den Rechner zu codieren, weil es nicht genügt, einen einzigen Netz-
Schaltzustand zu codieren (aktuelle Topologie). Aus betrieblicher Sicht ist die aktuelle Topologie
eine Variable, die infolge von Schaltbefehlen laufenden Änderungen unterworfen ist. Es müssen
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daher sämtliche existierenden Geräte und deren Verbindung in den Unterstationen (potentielle
Topologie) erfasst und es muss über den aktuellen Schaltzustand der einzelnen Geräte
buchgeführt werden, um die für die Simulation bedeutsame Topologie ermitteln zu können, die
gerade aktuell ist. Hinzu kommt die datenmäßige Beschreibung der Meldungen und Messwerte
aus den Primär-, Sekundär- und Hilfsanlagen der Unterstationen sowie die Erstellung der Netzund
Stationsgraphiken und Formate.
Vielfach wird daher der Weg beschritten, die vorliegenden Datensätze und Bilder einer realen
Warte auch für einen angeschlossenen Trainingssimulator zu nutzen. Man spricht dann von einer
„attached version“. Dabei wird die nochmalige Datenerfassung für Netz und Diagramme
gespart, es verbleibt aber der Datendienst für die zu simulierenden Geräte und Komponenten
(Kraftwerke, Schutzeinstellungen etc.), deren Werte normalerweise nicht in der Warte geführt
werden. Der Simulator ist in der Anwendung auf genau das von der Warte betreute Netz
beschränkt.
3. Der DUtrain-PSH
Der DUtrain-PSH für den Betrieb elektrischer Netze ist eine „stand alone version“. D.h., er ist
mit keiner Warte gekoppelt und kann beliebige Netze – auch Ihr Netz – mit allen Betriebsdaten
modellieren. Dabei tritt nun das o.g. Datenproblem in aller Schärfe auf. Um dieses Datenproblem
zu entschärfen wurde für den DUtrain-PSH
a) ein effizientes Datenerfassungs- und Handlingsystem (GDL, für Grid Data Language) und
b) eine weitgehend automatisierte Herstellung der Betriebsoberflächen entwickelt.
c) Schließlich ermöglicht es das Datensystem auch, Beschreibungen parallel und/oder
hierarchisch verbundener Netze zusammenzuführen und die Simulationsergebnisse
wieder auf die Oberflächen von mehreren zugehörigen „Leitwarten“, d.h. mehrerer
gekoppelter Rechner, zu verteilen
Dadurch wird es auch möglich, die Zusammenarbeit der Betriebsführer in verschiedenen Warten
und Steuerstellen (Lastverteiler / Steuerstellen, Hochspannung / Mittelspannung, Netz- /
Kraftwerksleitstellen etc.) zu trainieren, wie sie besonders beim Netzwiederaufbau nach
Großstörungen erforderlich wird.
Der DUtrain-PSH wurde seit 1992 an der Universität Duisburg, und wird seit 1996 vom Hause
DUtrain (Siehe Internetadresse http://www.dutrain.de) für Netzstudien sowie in Kursen für
Betriebsführer genutzt, die auf diese Weise das Verhalten ihrer eigenen Netze in ungewohnten
Betriebszuständen und Störungen sowie die Zusammenarbeit bei der Störungsbehebung
erfahren können.
Pro dargestellte Warte werden bis zu 4 Bildschirme für die Ausgabe der Anlagengraphiken,
Meldeprotokolle, Messwertverläufe und zur Schaltersteuerung zur Verfügung gestellt. Wenn bei
einer größeren Zahl darzustellender Warten nur je ein Bildschirm verfügbar ist, dann werden alle
Informationen je einer Warte in anwählbaren Fenstern untergebracht.
Bild 1 zeigt einen Trainingslauf mit offener Kommunikation von sechs Warten mit je 2 bis 3
Bildschirmen. In anderen Trainingsläufen werden zwischen die einzelnen „Warten“ Bretterwände
eingefahren und nur noch telephonische Kommunikation zugelassen (Siehe Bild 2).
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Bild 1: Training der Betriebsführer von 6 kooperierenden Warten bei DUtrain (offene
Kommunikation)
Bild 2: Training mit kooperierender Warten und beschränkter (telephonischer)
Kommunikation
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4. Aufdatung (siehe Bild 3)
(1) GDL ist ein sprachorientiertes Datensystem. Seine Quellbeschreibung eines Netzes bei der
Datenerfassung beruht im Prinzip auf vier Listen:
Dem Diktionar, in welchem die Betriebsobjekte nach Namen und Art definiert und mit
Attributreihen verzeigert werden.
Der Attributquelle, in welcher die Attributreihen für die Betriebsobjekt-Arten
definiert werden.
Der Netzquelle, welche die Netzorganisation mit allen im Netz vorhandenen Betriebsmittel,
Meldungen und Messwerte als Alphatext in Betriebsterminologie beschreibt. Mittels einer
Erweiterung der betrieblichen Sprachsyntax werden gleichzeitig auch die Verbindungen
zwischen den einzelnen Betriebsmitteln und Anschlussstellen der Kraftwerke und
Fremdnetze, d.h. die gesamte potentielle Topologie, deklariert. Syntaktisch gliedert sich
die Netzquelle in die Beschreibungen der einzelnen Unterstationen sowie eine oder
mehrere Leitungslisten.
Der Kraftwerksquelle, in welcher die angeschlossenen Maschinenblöcke nach Typ und
Parametern eingetragen werden.
Lediglich das Diktionar ist formatgebunden, die übrigen Listen sind syntaktisch strukturiert und
könnten mit einem Texteditor niedergeschrieben werden. Zur bequemeren Niederschrift wurde
ein GDL-Editor erstellt, der neben dem Format des
Diktionars auch vor-ausgefüllte Typtexte für die Kraftwerksquelle zur Verfügung stellt und eine
Konsistenzprüfung über alle Listen erlaubt.
Bild 3: Aufdatungsschema des DUtrain-PSH
(1) Im Prinzip besteht bei der Datenerfassung jeder Eintrag in die Netz- und Kraftwerksquelle aus
einem hierarchisch aufgebauten Alpha-Deskriptor, umfassend:
Lokation, Objekt, Attributreihe.
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Die Lokation besteht ihrerseits aus einer dreistufigen technologischen Adresse (z.B. Station –
Spannungsebene – Abzweig). Durch gekettete Schreibung von Lokation und Objekten wird
gleichzeitig der Anlagenaufbau und in ihm die Existenz aller Objekte definiert. Attribute, die sich
im Betrieb nicht verändern (z.B. Leitungsparameter und die Konstruktionsparameter der
Kraftwerkseinheiten) können bereits in die Netzquelle geschrieben und beim Aufbau der
Prozessdatenbank gleich mit eingetragen werden. Dagegen sind betrieblich variable Attribute
(z.B. die Schalterattribute EIN/AUS oder die Leistungssollwerte der Kraftwerksblöcke) beim
Training vielfachen und laufenden Änderungen durch Eingaben der Betriebsführer und des
Trainers unterworfen. Da ein und dasselbe Netz für verschiedene Trainingsaufgaben mit
unterschiedlichen Anfangszuständen verwendet wird, ist es sinnvoll, die zu den
Anfangszuständen gehörigen Attributsätze in Form von Szenarien (siehe Abschnitt 6) abzulegen
und vor dem betreffenden Trainingslauf in die Prozessdatenbank einlaufen zu lassen.
Die betriebliche Beschreibung eines typischen, von einer Leitstelle verwalteten
Hochspannungsnetzes, mit ca. 50 Schaltanlagen inklusive der Meldungen aller Hilfsanlagen
umfasst in den 4 Listen ca. 500 kByte, ist also bequem auf einer Diskette zu transportieren. Ihre
Erstellung von Hand ist eine Arbeit von ca. 1 Mannmonat.
(2) Über ein Konverterprogramm können Datensätze des INTEGRAL-Datensystems der FGH
(Tauschformat) in GDL-Text überführt werden. Da INTEGRAL jedoch keine Tools für eine
Beschreibung der potentiellen Topologie von Schaltanlagen und Unterstationen aufweist, muss
die Beschreibung dann mit dem GDL-Editor noch weiter anhand der Stations-Schaltpläne
überarbeitet werden.
(3) Die Quelltexte der obigen vier Listen werden – etwas verdichtet, und automatisch mit einer
effizienten Zugriffsverzeigerung versehen – in die GDL-Prozessdatenbank eingelagert. Diese
Umsetzung erfolgt in wenigen Minuten. Von Bedeutung für die Prozessanwendung der
Datenbank ist, dass dabei sowohl die alphanumerischen Betriebsnamen als auch die
topologische Syntax erhalten bleiben. Der Verdichtungsprozess ist reversibel, so dass aus der
Prozessdatenbank Quelltexte – mit und ohne Attributeintrag – zurückgewonnen werden
können.
(4) Die GDL-Prozessdatenbank ist der Dreh- und Angelpunkt des Systems. Von hier geht der
automatische Aufbau des Dynamischen Modells und das automatische Design der
Oberflächen aus; im späteren Betrieb werden mittels der Ereignisverarbeitung alle Schaltund
Steuerbefehle und die Ergebnisse des dynamischen Modells hier als Attribute
eingetragen, und alle Oberflächen und Modelle versorgen sich aus der Datenbank. Nur der
Trainer kann zum Teil auch direkt mit dem Dynamischen Modell kommunizieren.
(5) Das Dynamische Modell umfasst folgende Einzelmodelle:
Die Topologieauswertung, welche in jedem Rechentakt des Hauptzyklus aus der
potentiellen Topologie der GDL-Datenbank und den dort eingetragenen Schaltattributen
die jeweils aktuelle Knoten-/Zweigtopologie für die Lastflussrechnung herstellt, sowie die
Rückübertragung der Lastflussergebnisse an diejenigen Messstellen bewirkt, die in der
GDL-Netzquelle beschrieben sind.
Sind mehrere topologische Inseln im Netz vorhanden, so werden sie durch die
Topologieauswertung erkannt und die folgenden Modelle werden entsprechend
zugeordnet bzw. parametriert. Die Inseln werden nacheinander berechnet.
Die Lastflussrechnung (voller Newton-Raphson).
Das Lastmodell für Punktlasten und Lasttrajektorien.
Modelle für Kraftwerksblöcke verschiedenen Typs (Langzeitverhalten), im
Einzelnen:
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Öl-, kohle- und gas-gefeuerte thermische einzel und Kombi-Einheiten,
Gasturbinen,
Wasserkrafteinheiten,
Nuklearblöcke,
Windkonverter,
Einspeisungen von nicht detailliert dargestellten Fremdnetzen.
Frequenzmodell (Mittelzeitverhalten)
Grenzwertüberwachung
Parallelschaltgeräte
Netzschutzmodelle (Lastabwurfrelais und Überlastschutz; Modelle für Differential-,
Distanzschutz)
Generatorschutz (Unter- und Überfrequenzschutz, Erregungsschutz, Rückwattschutz)
Die Einzelmodelle der Kraftwerksblöcke werden unmittelbar aus den zugehörigen Quelllisten
aufgebaut und parametriert; das Lastmodell aus den in der Netzquelle beschriebenen Punktlasten
zusammengestellt.
Ein Frequenzmodell wird pro Insel aufgebaut. Es läuft im 100ms-Takt und wird in jedem
Rechenschritt des Hauptzyklus entsprechend den in der Insel vorgefundenen Schwungmassen,
Leistungen und Lasten nachparametriert.
Modelle für ein Parallelschaltgerät oder eine Parallelschaltsperre werden im Betrieb des
Simulators ad hoc aufgebaut, wenn ein Einschaltbefehl an einen in der Netzquelle entsprechend
gekennzeichneten Leistungsschalter abgesetzt wird.
Die Fehlerschutzmodelle, Überlast- und Rückwattschutz sind mit der GDL-Datenbank verknüpft.
Der Lastabwurf und die Unter-/Überfrequenzauslösung werden innerhalb des Dynamischen
Modells unmittelbar mit dem Frequenzmodell der zugeordneten Insel verbunden.
(6) In der GDL-Prozessdatenbank ist vielfach ein zusammenhängendes Gesamtnetz
beschrieben, das aus einzelnen Teilnetzen und Kraftwerksensembles besteht, die realiter von
verschiedenen Leitstellen aus überwacht und gesteuert werden. Sollen die Warten dieser
Leitstellenbereiche auch im Training dargestellt und betrieben werden, dann muss dem
Trainingssimulator mitgeteilt werden, wie diese Bereiche definiert sind und von welcher der
dargestellten Warten sie gesteuert werden. In der Datei „Leitstellenbereiche“ werden nach
Bedarf in einer Kurzform der GDL-Sprache die Teilnetze bzw. Objektensembles, die jeweils zu
einer Leitstelle gehören, definiert und mit einem Namen versehen. Diese Bereiche dürfen sich
durchaus überschneiden (z.B. wenn eine Anlage wahlweise von zwei verschiedenen Warten aus
überwacht werden soll). Die Zuordnung der PCs, die jeweils eine Warte darstellen sollen, erfolgt
später zu Beginn des Trainingslaufs, indem der Name des Leitstellenbereichs vom PC her
aufgerufen wird. Dadurch wird der Zugriff dieser Warte auf das betreffende Teilnetz beschränkt.
Vom Trainerplatz kann sowohl auf das Gesamtnetz, als auch auf die einzelnen Teilnetze bzw.
Kraftwerksensembles zugegriffen werden.
(7) Bei der Konzeption der automatisch erstellten Betriebsoberflächen wurden folgende
Bedingungen eingehalten:
Absolute Flexibilität bezüglich der individuellen Darstellung verschiedener Netze; d.h.
Verzicht auf festverdrahtete Hardwareaufbauten. Maximale Nutzung von Monitoren.
Es soll im Extremfall (Parallelarbeit vieler „Warten“) möglich sein, alle Betriebsdaten je
einer Warte auf einem Bildschirm zu sehen; d.h. Gliederung der Daten in mehrere
nacheinander oder parallel anwählbare Fenstern. Übersichtliche und eingängige Abbildung
des Netzes, besonders für den Schaltbetrieb; d.h. hierarchisch gegliederte Netzgraphiken
mit zügigem Übergang.
Automatisierbarkeit des Designs der Oberflächen aus der GDL-Datenbank.
Hierbei war von Vorteil, dass der syntaktische Aufbau der GDL-Netzquelle dem Aufbau von
Stations- und Schaltanlagengraphiken weitgehend parallel läuft.
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Die automatische Erstellung der Betriebsoberflächen bei der Aufdatung erstreckt sich auf die
Übersichts- und Anlagenbilder für die Überwachung und den Schaltbetrieb. Die übrigen
Oberflächen werden während des Betriebs nach Aufruf durch den Trainierenden just in time
erzeugt und bereitgestellt. Bei der Bereitstellung der Bilder, Formate und Daten werden die in der
Datei „Leitstellenbereiche“ festgelegten Grenzen beachtet.
5. Betriebsoberflächen
Für den Schaltbetrieb (siehe Bild 4) wird pro Leitstellenbereich ein virtuelles Netzbild
(Übersichtsbild) mit annähernd geographisch angeordneten Stationen in Kastendarstellung
erstellt. Wenn das Übersichtsbild zu groß ist, um insgesamt auf dem Bildschirm dargestellt zu
werden, erscheinen auf dem Bildschirm Ausschnitte daraus, die über das gesamte virtuelle Bild
verschiebbar und mittels eines Navigationsfensters navigierbar sind. Das Navigationsfenster stellt
in gedrängter Form das virtuelle Bild dar und weist rot blinkend auf ereignisbehaftete Stationen
hin, zu denen dann auch sprunghaft navigiert werden kann.
Spannungsebenen werden farbcodiert, Stationen mit mehreren Spannungsebenen erscheinen auf
dem Bildschirm weiß (im Druckbild schwarz dargestellt). Im Übersichtsbild werden dynamisch
offene Leitungsenden und pro Station 4 Sammelmeldungen angezeigt.
Bei der Aufdatung werden alle Elemente der Übersichtsbilder – d.h. Stationskästen und Leitungen
- automatisch erzeugt und an die Prozessdatenbank angebunden. Die räumliche Verteilung der
Stationen im virtuellen Bild erfolgt interaktiv mittels Mausklick in einem Bildeditor. Die fertigen
Übersichtsbilder werden in die Bilddatenbank gestellt.
Für die weitere Navigation in und zwischen den Betriebsbildern sind folgende Möglichkeiten
realisiert:
Die Stationskästen werden „geöffnet“; d.h.: Bei Anklicken der Station wird anstelle des
Stationskasten im Übersichtsbild ein Knotenpunktbild mit dem aktuellen Schaltzustand
der Anlage eingebettet. Der erforderliche Platz hierfür wird durch elliptische Expansion des
Übersichtsbildes gewonnen. Sind in einer Unterstation mehr als eine Schaltanlage
vorhanden („weißer Kasten“), dann wird ein Zwischenbild mit allen vorhandenen
Spannungsebenen in Kastendarstellung eingeblendet, in dem die gewünschte Anlage
angeklickt werden kann. Auf diese Weise können nacheinander auch mehrere
Stationskästen geöffnet werden, um aktuelle Durchverbindungen über mehrere
Schaltanlagen verfolgen zu können.
Durch Mausklick können aus dem Übersichtsbild oder Zwischenbild auch die detaillierten
Anlagenbilder aufgerufen werden. Das Anlagenbild zeigt den Aufbau der jeweils
angewählten Schaltanlage mit allen Schaltgeräten und Messwerten. Aus dem Anlagenbild
kann interaktiv geschaltet und gesteuert werden. Wenn – bei umfangreichen
Schaltanlagen - die Sammelschienen länger sind als die Monitorbreite, dann kann das
Anlagenbild gescrollt werden.
Das Anlagenbild bietet auch die Möglichkeit, durch Anklicken der Abgänge das Bild der
jeweiligen Gegenschaltanlage aufzurufen. Dies erleichtert das beidseitige Schalten von
Betriebsmitteln wie Leitungen und Trafos.
Die Knotenpunktbilder werden nach Anklicken „just in time“ erzeugt und in das Übersichtsbild
eingebettet; das automatische Design der aller Anlagenbilder erfolgt im Zuge der Aufdatung. Sie
werden in der Bilddatenbank hinterlegt.
Im Betrieb des Trainingssimulators werden in der Regel die Bilder für den Schaltbetrieb bzw. für
den Kraftwerksbetrieb auf dem Bildschirm stehen gelassen. Die Fenster weiterer Betriebsbilder
werden nach Bedarf aufgerufen und weggeblendet oder – wenn pro Warte mehrere Monitore zur
Verfügung stehen – auf einem Zweitmonitor gezeigt.
Weitere Betriebsbilder (siehe Bild 5) umfassen:
Kraftwerks-Betriebsübersicht. Ein bei Aufruf automatisch erstelltes Format, in das die
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Generatorblöcke jeweils eines Leitstellenensembles zeilenweise eingetragen und ihr
Betriebszustand ausgegeben wird. Nach Anklicken einer Zeile in der Übersicht wird der
betreffende Block auf das Menue rechts im Bild geschaltet, wo weitere Daten des Blockes
sichtbar werden und der Block gesteuert werden kann,
Block-Betriebsdiagramme können ebenfalls nach Anklicken des Blocks in der
Betriebsübersicht aufgerufen werden.
Protokollfenster. Hier werden chronologisch geordnet alle Ereignisse des
Leitstellenbereichs gesammelt und als Textmeldungen ausgegeben. Zur Erhöhung der
Übersicht können nach Bedarf während des Betriebs weitere Filter (vorformuliert oder ad
hoc in GDL) vorgegeben werden, wie z.B.: „nur Meldungen an Transformatoren“ oder „Nur
Trennerbewegungen in Station XXX“
Messwertfenster. Neben den Messwerten, die in den Anlagenbildern bzw. der
Kraftwerksübersicht erscheinen und im Rechentakt aktualisiert werden, gibt es die
Möglichkeit, eine Auswahl von bis zu 8 Messwerten zu deklarieren, deren Verlauf dann im
weiteren gespeichert wird und in einem Messwertfenster mit variabler Zeitachse dargestellt
werden kann.
Vom Messwertfenster können Hardcopies gezogen werden. Es empfiehlt sich auch, für
einen Trainingslauf besonders aussagefähige Messwerte (z.B. Frequenz einer Netzinsel
oder maximale und minimale Spannung im Netz) von Beginn an zu deklarieren, um eine
entsprechende Hardcopy für die anschließende Manöverkritik zur Verfügung zu haben.
Weitere Alphaformate, die eine rasche Übersicht über das Netz ermöglichen und auch Details
aus dem Dynamischen Modell (z.B. Spannungswinkel) zeigen, die den Trainierenden nicht zur
Verfügung stehen, können vom Trainerplatz her aufgerufen werden.
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Hochspannungsnetz Mittelspannungsnetz
Bild 4: Fenster für Schaltbetrieb und Netzübersicht
Virtuelles
Übersichtsbild eines
Netzes, das größer ist
als das Bildformat
Ausschnitt daraus, wie er
navigierfähig auf dem
Bildschirm erscheint.
Einzelbild einer Schaltanlage
mit angewähltem Schalter
und Schaltfenster
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Ausschnitt mit “geöffneten”
Stationen

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Kraftwerksführung
Messwertrekorder
Protokoll
Bild 5: Weitere Betriebsbilder
Lastführung
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6. Szenarioerstellung
Nach dem Aufbau der Prozessdatenbank und der Erstellung der in der Bilddatenbank abgelegten
Betriebsbilder für ein spezielles Energiesystems muss als dritter Schritt das simulierte
Energiesystem in den Schalt-, Last- und Versorgungszustand versetzt werden, von dem aus die
Studie bzw. der nächste Trainingslauf beginnen soll. Das heißt: es müssen bei allen Objekten in
der Prozessdatenbank die Attribute entsprechend eingetragen werden.
Die Einstellung der Anfangsszenarien kann im Prinzip erfolgen, indem eine entsprechende Folge
von Deskriptoren über einen Texteditor erstellt wird und zum Einlauf über die
Ereignisverarbeitung (Siehe Abschnitt 7) gebracht wird. Da jedoch bereits interaktive
Betriebsbilder zur Verfügung stehen, ist es bequemer, die gewünschten Zustände über diese
Oberflächen einzugeben. Für die effiziente Zustandseingabe bei der Szenarioerzeugung stehen in
GDL weiterhin Sammelbefehle (z.B. „Alle Trenner in Station X auf Sammelschiene 1“) zur
Verfügung. Nach Fertigstellung des Szenarios kann die Deskriptoren-Folge als Auszug aus der
Prozessdatenbank gewonnen und bis zur nächsten Nutzung getrennt gespeichert werden.
Neben der Erzeugung von (statischen) Anfangsszenarien besteht die Möglichkeit, dynamische
Szenarien zu erstellen, die aus editierten Folgen von zeitdatierten Deskriptoren bestehen. Diese
werden gespeichert, entsprechend ihrer Zeitangabe aktiviert, über die Ereignisverarbeitung
eingegeben und ändern den Systemzustand entsprechend. Auf diese Weise können z.B.
Laständerungen während des Trainingslaufs oder sich entwickelnde Störzustände modelliert
werden. Die Aktivierung von dynamischen Szenarien kann auch von Prozesszuständen abhängig
gemacht werden oder durch den Trainer erfolgen.
7. Betrieb des DUtrain-PSH
Die Aufdatung des DUtrain-PSH vom GDL-Quelltext her sowie das automatische Design der
Bilder, die in der Bilddatenbank hinterlegt werden, spielt sich im wesentlichen auf einem gut
ausgerüsteten PC ab, der im weiteren als Server benutzt wird.
Auf diesem PC mit einem Monitor kann im Prinzip auch das gesamte
Programmsystem installiert werden und ablaufen. Das ist u.U. sinnvoll, wenn der Simulator nur für
Netzstudien benutzt wird, oder wenn für ein oder mehrere künftige Trainingsläufe
Szenarien erzeugt und gespeichert werden sollen. Die beschränkte Rechenleistung eines PCs
bringt natürlich gewisse Verzögerungen im Ablauf mit sich.
Der Trainingsbetrieb spielt sich typischerweise auf einem „Cluster“ von mehreren LANgekoppelten
PCs ab (Bild 6). Zwei PCs dienen als Server für das Dynamische Modell bzw. für
das Prozess- und Bild-Datenbanksystem. Die Oberflächen dieser PCs können gleichzeitig als
Trainerplatz dienen. Jeder dargestellten Warte werden je nach Aufgabenstellung oder Bedeutung
der Leitstelle ein bis drei PCs zugeordnet.
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Bild 6: Typischer PC-Cluster, wie er im Trainingsbetrieb des DUtrain-PSH benutzt wird.
Die Zuordnung der einzelnen PCs zu den dargestellten Warten geschieht entsprechend der in
Bild 7 gezeigten Matrix, indem von dem betreffenden PC aus
der in der Datei „Leitstellenbereiche“ festgelegte Name aufgerufen wird,
die zugehörigen Oberflächenarten aufgerufen werden
Bild 7: Definition der Wartenart durch Zuordnung von Leitstellenbereichen und Oberflächen
Der Datenverkehr im DUtrain-PSH (Bild 8) spielt sich auf drei Zeitebenen ab, von denen zwei in
festem Zeittakt und eine asynchron ablaufen:
im 100ms-Takt läuft das Frequenzmodell mit den daran unmittelbar angeschlossenen
Modellen für Lastabwurfrelais und den Frequenzschrieb. Diese Modelle laufen intern auf
dem PC, der das Dynamische Modell aufnimmt und geben nach außen (asynchron)
Ereignismeldungen ab.
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Bild 8: Datenverkehr im Trainingssimulator
Im 5 oder 10sec-Takt läuft der Hauptzyklus des Trainingssimulators, d.h. die
Topologieauswertung aus der Prozessdatenbank und die Weitergabe der Stellbefehle an
das Dynamische Modell. Über Lastmodell, Kraftwerksmodelle und Lastfluss ermittelt das
Dynamische Modell die neuen Rechenwerte für die kontinuierlichen (Mess-)werte und
liefert sie an die Prozessdatenbank zurück. Ebenso werden Ereignisse, die z.B. vom
Überlastschutzmodell geliefert werden, an die Ereignisverarbeitung abgegeben.
Asynchron (im Bild rot eingetragen) laufen vor allem die Schaltbefehle und Stellaktionen,
die von den trainierenden Betriebsführern an den Arbeitsplätzen eingegeben werden;
ebenso die Ereignisse aus dem Dynamischen Modell. Sie werden von der
Ereignisverarbeitung aufgesammelt, protokolliert und vor Beginn des nächsten
Rechenschrittes des Hauptzyklus in die Prozessdatenbank eingetragen.
Anwahlen von Anlagenbildern und Formaten von den Arbeitsplätzen werden asynchron
bearbeitet, die Erneuerung der Messwerte in den Bildern und Formaten erfolgt im
Hauptzyklus.
8. Anwendung
Eine der Hauptanwendungen ist das Training des Netzwiederaufbaus nach Großstörungen
(Netzzusammenbrüchen). Hier kommt es auf das Zusammenspiel mehrerer bis vieler Leitstellen
in Partnerschaft und auf verschiedenen Netzebenen an. Auch – was dabei früher als
selbstverständlich angesehen wurde – nämlich das Zusammenspiel von Kraftwerken und
Netzen beim Wiederaufbau, ist durch die Liberalisierung problematisch geworden.
Großstörungen sind aber noch selten und können auch nicht zu Übungszwecken herbeigeführt
werden, so dass beim Betriebspersonal keine Erfahrungen aufgebaut werden. Der Dutrain-PSH
bietet die Möglichkeit,
- den Betriebsführern ein getreues Abbild ihres eigenen Netzes zu geben,
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- alle Steuermöglich keiten der realen Warten zur Verfögung zu stellen
- in den Kraftwerksmodellen den vollen Betriebsbereich in normaler und Bypass Operation
nachzubilden.
- mehrere kooperierende Warten darzustellen.(inter utility training)
So könen die Betriebsführer das Verhalten ihrer eigenen Netze im Störzustand erleben. Wie oben
bereits angedeutet, kann dabei der offene Informationsaustausch zwischen den „Warten“ auch
verhindert werden, indem der Trainingsraum mit Bretterwänden unterteilt wird und den
Trainierenden eine Telephonverbindung zur Verfügung gestellt wird (Bild 2). Dies gibt der Übung
größeren Realismus.
Wie sich bei DUtrain gezeigt hat, ist aber u. U. auch das Training mit offener Kommunikation
(siehe Bild 1) zweckmäßig, da dabei die Betriebsführer (z.B. der Netzwarte) mitverfolgen können,
was auf ihre Veranlassung hin in der anderen Warte (z.B. der Kraftwerks-Leitstelle) passiert. Dies
steigert das Teamgefühl bei der gestellten Aufgabe.
Natürlich kann der Trainingssimulator auch für das Durchspielen kleinerer Störungen oder des
Normalbetriebes genutzt werden (z.B. Störungsbeseitigung und Umlastung im
Mittelspannungsnetz). Hier kann das Betriebspersonal zwar auch im Beruf Erfahrungen sammeln,
aber das spezielle Training bleibt sinnvoll für die Einarbeitung neuer Mitarbeiter oder wenn
erfahrene Mitarbeiter mit neuen Netzteilen oder Betriebsmitteln konfrontiert werden.
Die Möglichkeit, den Simulator zu Studienzwecken einzusetzen, wurde bereits erwähnt. Im
Gegensatz zu üblichen Simulatoren sind hier die Schaltanlagenaufbauten im vollen Detail
verfügbar. Man kann also auch studieren, ob bestimmte (z.B. Not-)Schaltungen überhaupt und in
welcher Zeit durchführbar sind.
Zusätzliche Studienaufgaben resultieren aus der Integration großer Windkraft- leistung in die
Verteil- und Transportnetze. Der DUtrain-PSH erlaubt das generelle Verhalten der so belasteten
Netze im Normal- und im gestörten Betrieb aus der Sicht des Betriebsführers zu erfahren.
Einen erheblichen Vorteil bietet die große Flexibilität des Duisburger Trainingssimulator in der
Netzbeschreibung und dem Hard- und Softwareaufbau. Es ist damit einerseits sehr leicht möglich,
die Netzbeschreibungen vieler bis aller Netzteile eines oder mehrerer EVU auf Stand zu halten;
kurzfristig in erwünschter Kombination in den Simulator einzuspielen und die Leitstellen zu
definieren. So kann der Simulator im Wechsel für die verschiedensten Netze und
Trainingsaufgaben eingesetzt werden.
Nicht zuletzt sei der Einsatz des Trainingssimulators im Praktikum der Elektrischen
Energietechnik und der Netzleittechnik erwähnt, wie er an der Gerhard Mercator Universität
Duisburg schon seit 10 Jahren mit gutem Erfolg stattfindet. Die Studenten können darin den Netzund
Wartenbetrieb mit gutem Realismus nachvollziehen.
Duisburg Jan.2005
DUtrain GmbH
Dr.-Alfred-Herrhausen-Allee 16
47228 Duisburg
Deutschland
Telefon: 02065 6899-99,
Fax: 02065 6899-98
http://www.dutrain.de
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