title: Co-Simulation elektrischer Energiesysteme mit kommerziellen Programmsystemen: Architektur, Methodik und Anwendungen
title: Co-Simulation of Electrical Energy Systems using Commercial Software: Architecture, Methodology, and Applications
Creators: name: Scheibe, Christian
Publisher: name: FAU University Press
Year: 2025
Subjects: subject: Co-Simulation
subject: Elektrische Energiesysteme
subject: Architektur
subject: Methodik
subject: Anwendungen
subject: Netzsimulation
subject: Numerische Stabilität
subject: Leitungsmodelle
subject: Koppelstellen
subject: Shared Memory
subject: DDC Classification::6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften::62 Ingenieurwissenschaften::620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Bereiche

description: Parallel erschienen als Druckausgabe bei FAU University Press, ISBN: 978-3-96147-804-0
description: 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.
description: This work describes the development, implementation, and validation of universal coupling methods for various power system simulation tools. The goal is to establish co-simulation as a widely applicable tool that delivers reliable results and promotes everyday use. Emphasis is placed on the precision and numerical stability of the methods while ensuring their universal applicability in common power system analysis tools. Initially, the current capabilities and possibilities of power system analysis methods are briefly explained. Steady-state techniques like power flow analysis are used mainly for parameter initialization. Phasor-based methods (RMS simulation) and instantaneous value-based methods (EMT analysis) are introduced, highlighting their strengths and weaknesses. RMS methods are typically used for large grids with larger time steps, while EMT simulations analyze small grids in broad frequency ranges with smaller time steps. Coupling these methods using co-simulation aims to overcome these limitations. A shared memory-based algorithm enables data exchange between programs using standardized interfaces while minimizing computation time impact. The integration of values is achieved using electrical equivalents like ideal transformer models or Norton and Thévenin network equivalents. Transformations, correction, and filter methods are implemented and analyzed. To demonstrate the usability, precision, and performance of co-simulation, progressively complex models are built and simulations conducted. The work shows that co-simulation is an effective solution for better utilization of limited simulation resources. Standard simulation tools support this method by providing standardized interfaces.
description: FAU Studien aus der Elektrotechnik