Ordnungsreduktion hierarchisch gekoppelter dynamischer Systeme
Michael Popp
Die effiziente Simulation transienter Vorgänge in großen gekoppelten Systemen ist in vielen Bereichen der Technik von großer Bedeutung. Am Beispiel von Elektroenergiesystemen wird dies besonders deutlich, wenn eine Vielzahl von Betriebsmitteln über ein Energieversorgungsnetz verbunden dynamisch miteinander wechselwirken. Um praktische Fragestellungen zu klären, die sich aus der Planung und dem Betrieb derartiger Systeme ergeben, ist eine große Zahl transienter Simulationen durchzuführen. Hieraus erwächst die Notwendigkeit effizienter Verfahren für die Durchführung derartiger Simulationsrechnungen.
In der vorliegenden Arbeit wird aus diesem Grund ein Simulationskonzept vorgestellt, mit dessen Hilfe die Recheneffizienz gegenüber herkömmlichen Berechnungsmethoden gesteigert werden kann. Zum Einsatz kommt hierfür ein eigens entwickeltes Verfahren zur Beschreibung hierarchischer Systemstrukturen, das in bisher einzigartiger Weise die Kombination mit Methoden der linearen und nichtlinearen Ordnungsreduktion ermöglicht. Es wird gezeigt, dass aus einer derartigen Verfahrenskombination zusätzliche Freiheitsgrade entstehen, die sich vorteilhaft für das Ziel einer effizienten transienten Simulation ausnutzen lassen.
Um die vorgestellten theoretischen Konzepte für die praktische Anwendung zu erschließen, wurde der für Forschungszwecke ausgelegte Simulator CoSimMA entwickelt. Die wesentlichen Gestaltungsmerkmale sowie einige Hinweise zur objektorientierten Umsetzung einer derartigen Simulationsumgebung sind in der vorliegenden Arbeit erhalten.
Zur Demonstration der Leistungsfähigkeit und Grenzen des präsentierten Ansatzes wird ein praxisorientiertes Beispielnetz mit verschiedenen Verfahrensvarianten bearbeitet. Eine kritische Betrachtung der auf diesem Weg gewonnenen Ergebnisse rundet die Darstellung ab.
