Netzberechnungsprogramm ATPDesigner

Das Netzberechnungsprogramm ATPDesigner (www.atpdesigner.de) ist eine grafische Benutzeroberfläche zur Berechnung von Spannungen, Strömen, Leistungen und verschiedenen mechanischen Parametern in Stromnetzen, welches das Netzberechnungsprogramm ATP (Alternative Transients Program, www.eeug.org) verwendet. Die Schnittstelle zwischen ATPDesigner und ATP wird über Textdateien hergestellt. Bei der Berechnung erzeugt ATPDesigner eine .ATP-Ausgabedatei, die alle erforderlichen Daten des Stromnetzes beinhaltet und vom ATP berechnet werden kann. Dadurch ist es nicht erforderlich, sich mit dem komplexen Regelwerk des Netzberechnungsprogramms ATP auseinanderzusetzen. Als Ergebnis liefert das ATP eine .LST-Datei (Lastflussergebnisse) und eine Diagrammdatei (.PL4-Datei).

ATPDesigner enthält alle wichtigen Betriebsmittel der Elektroenergieversorgung wie z.B. Transformatoren oder Leitungen als Vorlagen. Die Betriebsmittel lassen sich in ihren physikalischen Eigenschaften verändern und so den jeweiligen Betriebsverhältnissen anpassen. Durch die einfache Auswahl der gewünschten Betriebsmittel und durch die einfachen Verbindungsmöglichkeiten der Betriebsmittel untereinander lassen sich schnell auch große elektrische Energieversorgungsnetze erstellen und berechnen. Mit Hilfe von ATPDesigner ist es auch möglich, Netzstörungen wie z.B. Kurzschlüsse zu berechnen. Die Ergebnisse d.h. Spannungen, Ströme und Leistungen werden für die einzelnen Betriebsmittel in Tooltips oder in der Netzgrafik angezeigt.

Das Stromnetz kann von ATPDesigner mit dem Rechenkern ATP in seinem stationären als auch in seinem transienten Verhalten untersucht werden. Daher ist ATPDesigner besonders für die Analyse und Auswertung von Kurzschlüssen in Stromnetzen geeignet, aber auch zur Lastflussberechnung.

ATPDesigner bietet als integrierte Benutzeroberfläche vielfältige Möglichkeiten:

Planung und Überprüfung von Stromnetzen mit den typischen Betriebsmitteln wie z.B. Transformatoren und Leitungen.
Berechnung des stationären Netzzustandes auf Basis der komplexen Wechselstromrechnung
Darstellung der Messwerte in Tooltips oder als Text an den Betriebsmitteln in der Netzgrafik
Berechnung von Fahrplänen und Lastgängen mit Lastprofilen und Prognosen, Bewertung der Betriebsmittelauslastung z.B. nach einem Ampelkonzept
Berechnung von Netzverlusten und Netzauslastungsanalysen
Kurzschlussstromberechnung in Anlehnung an VDE 0102 (IEC 60909)
Netzschutztechnik und Selektivschutzanalysen
Berechnung dynamischer Netzvorgänge1 in Stromnetzen, Berechnung der Zeitverläufe von Spannungen und Strömen an beliebigen Netzknoten, Darstellung der berechneten Zeitverläufe von Spannungen und Strömen in Diagrammen.
Analyse der Zeitverläufe mit Hilfe der Diskreten Fourier Transformation (DFT) und Berechnung der komplexen Zeiger, Effektivwertberechnung.
Darstellung der komplexen Zeiger in Listenform oder als Zeigerdiagramm.
Import und Export der zeitlichen Verläufe von Spannungen, Strömen, etc. als spaltenorientierte Textdatei oder in Textdateien entsprechend dem COMTRADE Format als universelle Schnittstelle zu anderen Analysesystemen.
Nachbildung von Netzschutzfunktionen in Höchst-, Hoch-, Mittel- und Niederspannungsnetzen
Analyse der Reaktionen der Netzschutzfunktionen

Ergebnisse der Lastflussberechnung in Netzgrafik, Tooltips und in Berichten

Die Ergebnisse der Lastflussberechnung
werden direkt in der Netzgrafik und mit Hilfe von Tooltipsan der Position des Mauscursors angezeigt. Die Netzgrafik kann mit Copy&Paste als Bild (Enhanced Meta File Format (EMF)) in andere Applikationen mit Hilfe der Zwischenablage übertragen werden. Auch kann das Bild alls .EM-Ddatei werden. In der nachfolgenden Abbildung ist ein vermascht betriebenes 110-kV-Stromnetz abgebildet, das die Ergebnisse der Lastflussberechnung als Textelemente anzeigt und die Betriebsmittel abhängig von der Auslastung farblich einfärbt. Die Netzgrafik ist mit einem Zoomfaktor 5 als Bild (erweitertes Meta File Format EMF) direkt aus ATPDesigner über die Zwischenablage in das Handbuch eingefügt worden.

ATPDesigner - Ein Programm zur Berechnung von Stromnetzen

Unter einem Netzberechnungsprogramm wird i.a. eine Software verstanden, die eine Berechnung elektrischer Größen wie z.B. Spannungen, Ströme und Leistungen in Stromnetzen aller Spannungsebenen und beliebiger Topologien ermöglicht. Basis der Netzberechnung sind numerische Modelle, die von den physikalischen Eigenschaften der in Stromnetzen eingesetzten Betriebsmittel wie z.B. Transformatoren oder Leitungen abgeleitet werden. Für die Berechnung dynamischer Netzvorgänge werden Modelle basierend auf i.a. linearen Differentialgleichungen höherer Ordnung verwendet, die durch Integrationsverfahren numerisch gelöst werden. Ergebnis sind zeitliche Verläufe der physikalischen Größen wie z.B. u(t).

Wird auf den Aspekt der Netzdynamik verzichtet genügt es, eine Lastflussberechnung oder erweiterte Lastflussberechnung zu verwenden. Ausgehend von einem physikalisch eingeschwungenen Netzzustand (d.h. alle dynamischen Netzvorgänge sind vollständig abgeklungen) können Spannungen, Ströme, etc. an beliebigen Netzknoten gegen Bezugspotenzial (i.a. Erde) oder zwischen zwei beliebigen Netzknoten als komplexe Zeiger mit Hilfe z.B. der Knotenpotenzialanalyse berechnet werden. Die komplexen Zeiger geben entweder Betrag (z.B. in V oder A) und den absoluten Phasenwinkel in Grad oder Real- und Imaginärteil im Sinne einer komplexen Zahl an. Voraussetzung einer Lastflussberechnung ist u.a. eine konstante Netzfrequenz, die nicht zwangsweise Nennfrequenz betragen muss.

Das Bild zeigt als Beispiel den zeitlichen Verlauf vom 15min-Fahrplänen über einen Tag.

Berechnung dynamischer Netzvorgänge mit ATPDesigner

Die besonderen Fähigkeit von ATPDesigner/ATP besteht in der Berechnung dynamischer Netzvorgänge, die z.B. durch Kurzschlüsse oder das fluktuierende Einspeiseverhalten dezentraler Energieerzeugungsanlagen verursacht wird. Diese Modelle sind auch mit den generischen Modellen der Netzschutzgeräte kombinierbar. Damit können komplexe Fragestellungen simuliert und analysiert werden, die sich im Rahmen der die Energiewende z.B. den Netzbetreibern auf allen Spannungsebenen stellen.

Erweiterte Lastflussberechnung mit ATPDesigner

ATPDesigner/ATP ermöglicht die Berechnung stationärer Netzzustände auch mit dezentralen Ernergieerzeugungsanlagen wie Wind- oder Solarparks auf allen Spannungsebenen. Die Ergebnisse der Lastflußberechnung werden in Tooltips und in einem Textfenster oder direkt in der Netzgrafik dargestellt.

Historisch gesehen versteht man unter einer Lastflussberechnung die Berechnung von Leistungsflüssen (Wirk- und Blindleistung) im fehlerfreien symmetrischen Normalbetrieb von Stromnetzen. Insofern berechnet die klassische Lastflussberechnung lediglich das Mitsystem der Stromnetze. Der Begriff der erweiterten Lastflussberechnung soll aufzeigen, dass mit den mathematischen Verfahren auch unsymmetrische Netzzustände mit/ohne Kurzschluss berechnet werden können, die eine Betrachtung von Mit-, Gegen- und Nullsystem der Stromnetze erfordert.

Die Ergebnisse der erweiterten Lastflussberechnung werden durch im Netzberechnungsprogramm verfügbare Mess/Schutzgeräte auf Verletzung definierter Grenzwerte überwacht: Verletzung des zulässigen Spannungsbandes, Überlastung von Betriebs-mitteln, etc. Die Ergebnisse werden durch anwenderspezifische Farbbänder in der Netzgrafik visualisiert und können zur weiteren Verarbeitung durch nachgelagerte Software in Textdateien exportiert werden. Umgekehrt können Randbedingungen einer wie z.B. Wirk- und Blindleistung von Lasten und/oder Einspeiser oder Schaltzustände von Schaltern aus Textdateien importiert und in der Lastflussberechnung verarbeitet werden.

Flexibilitäten, Fahrpläne, E-Mobilität

ATPDesigner bietet die Möglichkeit, das zeitliche Verhalten von Einspeise- und Bezugsanlagen mit Hilfe von Lastprofilen nachzubilden. Netzauslastung sowie die Auslastung der Betriebsmittel können über beliebige Zeiträume mit den für die Energiewirtschaft typischen 15min-Zeitscheiben berechnet und mit einem Ampelkonzept hinsichtlich der Leiterströme und Spannungen überprüft und bewertet werden. Die Fahrpläne können als zeitliche Diagramme angezeigt werden. Weiterhin ist es möglich, das Ladeverhalten von E-Mobilen entweder durch geeignete Lastprofile oder durch technische Merkmale wie Ein-/Ausschaltzeitpunkte und Ladeleistung zu berücksichtigen.

Das Bild zeigt als Beispiel den zeitlichen Verlauf von 15min-Fahrplänen über einen Tag.

Kurzschlusstromberechnung mit ATPDesigner

ATPDesigner unterstützt die Kurzschlussstromberechnung in Anlehnung an VDE 0102 (IEC 60909) in einem großen Umfang. Die Ergebnisse der Kurzschlussstromberechnung werden in Tooltips und in einem Textfenster dargestellt.

Was ist das ATP (Alternative Transients Program) ?

Lesen Sie auch www.eeug.org, www.emtp.org

Das ATP ist ein weltweit eingesetztes Software-Tool zur Berechnung speziell 3-phasiger, elektrischer Energieversorgungsnetze. Mit Hilfe des Programms ATPDesigner als grafische Benutzeroberfläche lassen sich auf einfache Art auch komplexe und umfangreiche elektrische Energieversorgungsnetze aufbauen und berechnen. Eine Kenntnis des ATP-spezifischen Regelwerkes im Einzelnen ist nicht erforderlich. ATPDesigner enthält alle wichtigen Betriebsmittel der Elektroenergieversorgung wie z.B. Transformatoren oder Leitungen als Vorlagen. Die Betriebsmittel lassen sich in ihren physikalischen Eigenschaften verändern und so den jeweiligen Betriebsverhältnissen anpassen. Durch die einfache Auswahl der gewünschten Betriebsmittel und durch die einfachen Verbindungsmöglichkeiten der Betriebsmittel untereinander lassen sich schnell auch große elektrische Energieversorgungsnetze erstellen und berechnen. Mit Hilfe von ATPDesigner ist es auch möglich, Netzstörungen wie z.B. Kurzschlüsse zu berechnen. Das Elektroenergieversorgungsnetz kann von ATPDesigner mit dem Rechenkern ATP in seinem stationären als auch in seinem transienten Verhalten untersucht werden. Daher ist ATPDesigner besonders für die Analyse und Auswertung von Kurzschlüssen in Elektroenergieversorgungsnetzwerken geeignet, aber auch zur Lastflussberechnung.