©SimBench
1
Elektrische Benchmarknetzmodelle
19.06.2019 si[email protected]
e²n, Universität Kassel IAEW, RWTH Aachen
ie³, TU Dortmund Fraunhofer IEE
©Simbench
219.06.2019
Grundlegende Informationen zu SimBench
•Zielsetzung: Bereitstellung einer „Simulationsdatenbasis zum einheitlichen
Vergleich von innovativen Lösungen im Bereich der Netzanalyse, Netzplanung und
–betriebsführung“
•Homepage: www.simbench.net (hier wird der Datensatz nach Projektende
erreichbar sein und hier sind auch weitere Erklärungen, Veröffentlichungen und
ähnliche Projekte erreichbar)
•Laufzeit: 1.11.2015 –30.4.2019
•Konsortium: e²n - Universität Kassel, IAEW - RWTH Aachen, ie³ - TU Dortmund,
Fraunhofer IEE
•Fachbeirat: DREWAG NETZ GmbH, ENSO NETZ GmbH, NetzeBW GmbH, Syna GmbH
und EnergieNetz Mitte GmbH
©Simbench
3
Informationen zum SimBench-Benchmarkdatensatz
•elektrische Parameter zur statischen Modellierung von Stromnetzen
•Die Netzdaten werden in folgender Form bereitgestellt:
•SimBench Datenformat
•PowerFactory
•Integral
•Pandapower
•Es werden mehrere Netze der verschiedenen Spannungsebenen in HöS, HS, MS
und NS bereitgestellt. Sie wurden so entwickelt, dass mehrere Netze verschiedener
Spannungsebenen geeignet zusammengeschaltet werden können.
•Jedes Netz wird in 3 Varianten (Entwicklungsszenarien), sozusagen für heute
morgen und übermorgen, bereitgestellt
•Last-, Erzeugungs- und Speicherzeitreihen in 15min-Schritten sind für ein ganzes
Jahr verfügbar
•Skalierungsfaktoren für planungsrelevante Berechnungsfälle werden
vorgeschlagen
[email protected]19.06.2019
©Simbench
4
Übersicht der Netzdaten
Name
Urbani
-
sierungs
-
charakter
Nenn
-
spannung
[kV]
Anzahl
Versor
-
gungspunkte
Transfor
-
mator
-
typen
Generatortypen
Geo
. Information
mit Bezug zur
Realität
EHV1 mixed 380, 220 390
209x600MVA
Kernkraft, Kohle, Gas ja
HV1 mixed 110 58 2x300MVA
,
4x350MVA Wind ja
HV2 urban 110 79 2x300MVA Wind ja
MV1 rural 20 92 2x25MVA
Wind, PV, Biogas, Wasser
nein
MV2
semi
-
urban
20 112 2x40MVA
Wind, PV, Biogas, Wasser
nein
MV3 urban 10 134 2x63MVA Wind, PV, Wasser nein
MV4
commercial
20 98 2x40MVA
Wind, PV, Biogas, Wasser
nein
LV1 rural 0.4 13 1x160kVA PV nein
LV2 rural 0.4 93 1x250kVA PV nein
LV3 rural 0.4 118 1x400kVA PV nein
LV4
semi
-
urban
0.4 39 1x400kVA PV nein
LV5
semi
-
urban
0.4 104 1x630kVA PV nein
LV6 urban 0.4 53 1x630kVA PV nein
©Simbench
5
Darstellung der HöS-Netz
©Simbench
6
Darstellung der HS-Netze
HS - vorwiegend städtischHS - vorwiegend ländlich
©Simbench
7
Topologiedarstellung der MS-Netze
Land Vorstadt Stadt Gewerbe
©Simbench
8
Topologiedarstellung der NS-Netze (I)
ländlich 1 ländlich 2
ländlich 3
©Simbench
9
Topologiedarstellung der NS-Netze (II)
halbstädtissch 1 halbstädtissch 2
städtisch
©Simbench
10
Beispielhafte Lastzeitreihen
Wochenverläufe zweier Lastprofile (Jahresdurchschnitt)
©Simbench
11
Subnet in SimBench
•Zu welchem der verschiedenen Netze im SimBench Datensatz ein Element gehört,
lässt sich jederzeit anhand des „subnet“ ablesen
•Das subnet eines Netzes besteht aus 2 Teilen (EHV, HV) oder aus 3 Teilen (MV, NV):
•z.B. HV2
•z.B. MV2.201
Spannungs-
ebene Nummer des Netztyps (Durchnummerierung der verschiedene
Urbanisierungscharakter je Spannungsebene), hier: 2->städtisch
Da die gleichen MV- und LV-Netze mehrfach an die vorgelagerte
Spannungsebene angeschlossen sind, sind diese Netze zur eindeutigen
Bezeichnung durchnummeriert,
jeweils startend bei 1+100*(Nummer des vorgelagerten Netztyps)
©Simbench
12
SimBench Code
•Alle vorgesehenen Ausschnitte aus der Gesamtmenge des Datensatzes lassen sich
eindeutig durch einen SimBench Code beschreiben
•z.B. 1-HVMV-mixed-1.101-0-sw
•Wenn nur eine Spannungsebene ausgewählt ist, bleibt das Feld „subnet des
nachgelagerten Netz“ frei
SimBench
Version
Ausgewählte
Spannungs-
Ebenen
Urbanisierungscharakter
der höchsten Spannungsebene
subnet des
nachgelagerten
Netz
Welches Entwicklungsszenario (0: heute, 1:“morgen“,
2: „übermorgen“)
Schalterrepräsentation:
sw: vollständig
no_sw: nur offene Leitungs- und Transformator-
Schalter
©Simbench
13
Beschreibung des SimBench Datenformats
•Datenstruktur verfolgt objektorientierten Ansatz
•Bestandteile des Datensatzes werden als einzelne Objekte mit Attributen
betrachtet, d.h. alle betrachtete Elemente eines elektrischen Netzes werden in je
einer Tabelle beschrieben (→ elementbasierter Ansatz)
•Datenhaltung in einem zeilenorientierten, relationalen Datenbankformat
•Jede Zeile ein Objekt
•Jede Spalte ein Attribut
•„Types“ beschreiben detaillierte Parameter einer Gruppe von Anlagen
•„Profiles“ sind zeitabhängige Skalierungsfaktoren
•Es gelten die folgenden Konventionen und Annahmen:
•Spannungen: Außenleiterspannung dreiphasig symmetrisch
•Ströme: Strangströme
•Leistungswerte sind 3-phasig angegeben
•Die Netzfrequenz beträgt 50 Hz
©Simbench
14
Übersicht der Tabellen des SimBench Datenformats
Elementklasse Zählpfeil-
system
Element Typ Zeitprofil Weiteres
Knoten Node
Querzweige
Erzeuger
ExternalNet
PowerPlant PowerPlantProfile
RES RESProfile
Verbraucher
Load LoadProfile
Storage StorageType StorageProfile
Shunt
Kanten
Line LineType, DCLineTpye
Transformer TransformerType
Transformer3W Transformer3WType
Switch
Weiteres
Measurement
Substation
Coordinates
[email protected]19.06.2019
©Simbench
15
Fremdbeziehungen Knoten und Querelemente
Node
…
Substation
…
* 1
Shunt
…
1
*
PowerPlant
…
1
*
RES
…
1
*
RESProfile
…
*
1
Load
…
*
Storage
…
*
StorageType
…
*
1
StorageProfile
…
*
1
1
1
ExternalNet
…
1
*
Coordinates
…
1*
PowerPlantProfile
…
*
1
LoadProfile
…
*
1
©Simbench
16
KNOTEN
©Simbench
17
Modellklasse „Node“
Node
id
: Varchar
type:
Varchar
vmSetp
: Float
vaSetp
: Float
vmR
: Float
vmMin
: Float
vmMax
: Float
substation
: Varchar
coordID
: Varchar
subnet
: Varchar
voltLvl
: Int
Node
EHV Bus 850
double
busbar
1.0
0.0
220
0.9
1.1
EHV_HV_substation_4
coord_4559
EHV1_HV2
1
[]:
-
[]:
-
[]:
p.u.
[]:
°
[]: kV
[]:
p.u.
[]:
p.u.
[]:
-
[]:
-
[]:
-
[]:
-
vm =voltage
magnitude
Setp = Setpoint
(Referenz)
va =
voltage angle
vmR = voltage
magnitude
rated
(Nennwert)
©Simbench
18
Modellklasse „Substation“
Substation
id
: Varchar
subnet
: Varchar
voltLvl
: Int
Substation
EHV_HV_substation_4
EHV1_HV2
2
[]:
-
[]:
-
[]:
-
©Simbench
19
Modellklasse „Coordinates“
Coordinates
id
: Varchar
x:
Float
y:
Float
subnet
: Varchar
voltLvl
: Int
Coordinates
Coord_1
9.75309
52.399
HV2_MV1.201
3
[]:
-
[]:
-
[]:
-
[]:
-
[]:
-
©Simbench
20
QUERELEMENTE
©Simbench
21
Modellklasse „ExternalNet“
ExternalNet
id
: Varchar
node
: Varchar
calc_type
: Varchar
dspf
: Float
pExtNet
: Float
qExtNet
: Float
pWardShunt
: Float
qWardShunt
: Float
rxWard
: Float
xXWard
: Float
vmXWard
: Float
subnet
: Varchar
voltLvl
: Int
ExternalNet
EHV
Ext_grid 5
EHV Bus 849
vavm
1.0
NULL
NULL
NULL
NULL
NULL
NULL
NULL
HV2_EHV1_eq
1
[]:
-
[]:
-
[]:
-
[]:
p.u.
[]: MW
[]:
MVAr
[]: MW
[]:
MVAr
[]:
Ω
[]:
Ω
[]:
p.u.
[]:
-
[]:
-
Art der Kalkulation in einer
Lastflussberechnung:
„vavm“, „pvm“, „pq“,
„Ward“, „xWard“
„distributed slack
participation factor“
Parameter für (Extended)
Ward Äquivalente
©Simbench
22
Modellklasse „PowerPlant“
PowerPlant
id
: Varchar
node
: Varchar
type:
Varchar
profile
: Varchar
calc_type
: Varchar
dspf
: Float
pPP
: Float
qPP
: Float
sR
: Float
pMin
: Float
pMax
: Float
qMin
: Float
qMax
: Float
subnet
: Varchar
voltLvl
: Int
PowerPlant
PP_5
Expl_12_1
hard
coal
coal
profile 1
pvm
0.3
100
30
500
25
500
-
100
100
HV2
1
[]:
-
[]:
-
[]:
-
[]:
-
[]:
-
[]:
-
[]: MW
[]:
MVAr
[]: MVA
[]: MW
[]: MW
[]:
MVAr
[]:
MVAr
[]:
-
[]:
-
Kraftwerkstyp
„distributed slack
participation factor“
Art der Kalkulation in einer
Lastflussberechnung
Zeitreihe
©Simbench
23
Modellklasse „PowerPlantProfile“
PowerPlantProfile
time
: Varchar / Date
ID1
: Varchar/Float
ID2
: Varchar/Float
…
PowerPlantProfile
01.01.2016 00:00:00
0.15
0.2
…
[]:
-
[]:
p.u.
[]:
p.u.
…
Die Modellklassen „RESProfile“, „LoadProfile“ und „StorageProfile“ sind analog
aufgebaut
©Simbench
24
Modellklasse „RES“
RES
id
: Varchar
node
: Varchar
type:
Varchar
profile
: Varchar
calc_type
: Varchar
pRES
: Float
qRES
: Float
sR
: Float
subnet
: Varchar
voltLvl
: Int
RES
MV2
Sgen 1
MV2 Bus 1
PV
PV3
pq
1.25
0.61
1.7
MV2
5
[]:
-
[]:
-
[]:
-
[]:
-
[]:
-
[]: MW
[]:
MVAr
[]: MVA
[]:
-
[]:
-
„Renewable
Energy Source“
Typ der Anlage
Zeitreihe
©Simbench
25
Modellklasse „Load“
Load
id
: Varchar
node
: Varchar
profile
: Varchar
pLoad
: Float
qLoad
: Float
sR
: Float
subnet
: Varchar
voltLvl
: Int
Load
HV2 Load 1
HV2 Bus 2
mv_suburb
32.75
12.94
35.22
HV2_MV2.201_eq
3
[]:
-
[]:
-
[]:
-
[]: MW
[]:
MVAr
[]: MVA
[]:
-
[]:
-
©Simbench
26
Modellklasse „Storage“
Storage
id
: Varchar
node
: Varchar
type:
Varchar
profile
: Varchar
pStor
: Float
qStor
: Float
chargeLevel
: Float
sR
: Float
pMin
: Float
pMax
: Float
qMin
: Float
qMax
: Float
subnet
: Varchar
voltLvl
: Int
Storage
Stor_1
Expl_1
Type1
Profile1
0.005
-
0.00045
85.2
0.02
-
0.02
0.02
-
0.02
0.02
LV3
7
[]:
-
[]:
-
[]:
-
[]:
-
[]: MW
[]:
MVAr
[]:
%
[]: MVA
[]: MW
[]: MW
[]:
MVar
[]:
MVar
[]:
-
[]:
-
©Simbench
27
Modellklasse „StorageType“
StorageType
id
: Varchar
eStore
: Float
etaStore
: Float
sdStore
: Float
rStore
: Float
StorageType
LiIon
0.8
0.95
0.03
[]:
-
[]: MWh
[]: %
[]: % pro Tag
[]:
Ω
Maximale
Ladekapazität
Wirkungsgrad
Selbstentladung
Innenwiderstand
©Simbench
28
Modellklasse „Shunt“
Shunt
id
: Varchar
node
: Varchar
p0:
Float
q0:
Float
vmR
: Float
Step
: Int
subnet
: Varchar
voltLvl
: Int
Shunt
Shunt1
Expl_11
-
1.5
15
20
1
MV1
5
[]:
-
[]:
-
[]: MW
[]:
MVAr
[]: kV
[]:
-
[]:
-
[]:
-
Leistung bei
vm = vmR
©Simbench
29
KANTENELEMENTE
©Simbench
30
Fremdbeziehungen Knoten und Kantenelemente
Node
…
Substation
…
* 1
Line
…
*
LineType
…
*
1
2
Transformer
…
*
TransformerType
…
*
1
Transformer3W
…
*
Transformer3WType
…
*
1
Switch
…
*
*
2221
DCLineType
…
*
1
*
1
1
Measurement
…
*
1*
©Simbench
31
Modellklasse „Line“
Line
id
: Varchar
nodeA
: Varchar
nodeB
: Varchar
type:
Varchar
length
: Float
loadingMax
: Float
subnet
: Varchar
voltLvl
: Int
Line
HV2 Line 1
HV2 Bus 164
HV2 Bus 165
Al/St_265/35
4.68
100
HV2
3
[]:
-
[]:
-
[]:
-
[]:
-
[]: km
[]:
%
[]:
-
[]:
-
©Simbench
32
Modellklasse „LineType“
LineType
id
: Varchar
r:
Float
x:
Float
b:
Float
iMax
: Float
LineType
NAYY 4x150SE 0.6/1kV
0.21
0.08
260.75
270
[]:
-
[]: Ω/km
[]: Ω/km
[]: µS/km
[]: A
©Simbench
33
Modellklasse „DCLineType“
DCLineType
id
: Varchar
pDCLine
: Float
relPLosses
: Float
fixPLosses
: Float
pMax
: Float
qMinA
: Float
qMinB
: Float
qMaxA
: Float
qMaxB
: Float
DCLineType
Typ_DC1
0.7
1.2
0.025
1.2
0
0.5
0
0.5
[]:
-
[]: MW
[]: %
[]: MW
[]: MW
[]:
MVAr
[]:
MVAr
[]:
MVAr
[]:
MVAr
Leistungsfluss-
abhängige Wirk-
leistungsverluste
Konstante Wirk-
leistungsverluste
©Simbench
34
Modellklasse „Transformer“
Transformer
id
: Varchar
nodeHV
: Varchar
nodeLV
: Varchar
type:
Varchar
tappos
: Int
autoTap
: Int
autoTapSide:Varchar
loadingMax
: Float
substation
: Varchar
subnet
: Varchar
voltLvl
: Int
Transformer
HV2 Trafo 1
EHV Bus 2992
HV2 Bus 163
200MVA_220/110
0
1
LV
50
EHV_HV_substation_4
HV2
2
[]:
-
[]:
-
[]:
-
[]:
-
[]:
-
[]:
-
[]:
-
[]:
%
[]:
-
[]:
-
[]:
-
„HV“ =
Oberspannung
„LV“ =
Unterspannung
Konvention in SimBench-
Daten: Transformatoren
gehören zum
unterspannungsseitigen Netz
Stufensteller-
position
1: geregelter
Stufensteller
0: kein g. S.
Maximale Belastung
bezieht sich auf sR in
Typ-Daten
Seite des
Spannungssollwerts
einer Regelung
©Simbench
35
Modellklasse „TransformerType“
TransformerType
id
: Varchar
sR
: Float
vmHV
: Float
vmLV
: Float
va0:
Float
vmImp
: Float
pCu
: Float
pFe
: Float
iNoLoad
: Float
tapable
: Int
tapside
: Varchar
dVm
: Float
dVa
: Float
tapNeutr
: Int
tapMin
: Int
tapMax
: Int
TransformerType
63 MVA 110/10 kV YNd5
63
110
10
150
18
201.6
22
0.04
1
hv
1.5
0
0
-
9
9
[]:
-
[]: MVA
[]: kV
[]: kV
[]:
°
[]: %
[]: kW
[]: kW
[]: %
[]:
-
[]:
-
[]:
p.u./Stufe
[]:
°/Stufe
[]:
-
[]:
-
[]:
-
Nennspannung der
Anschlüsse
Phasenver-
schiebung
Kurzschluss-
spannung
Kupfer- und
Eisenverluste
Leerlaufstrom
Parameter des
Stufenstellers
1: stufbar
0: nicht stufbar
©Simbench
36
Modellklasse „Transformer3W“
Transformer3W
id
: Varchar
nodeHV
: Varchar
nodeMV
: Varchar
nodeLV
: Varchar
type:
Varchar
tapposHV
: Int
tapposMV
: Int
tapposLV
: Int
autoTap
: Int
autoTapSide
: Int
loadingMax
: Float
substation
: Varchar
subnet
: Varchar
voltLvl
: Int
Transformer3W
Trafo1
Expl_11
Expl_12
Expl_13
Tr3WType_1
5
NULL
NULL
1
LV
100
HV2_MV3_Substation
MV3
3
[]:
-
[]:
-
[]:
-
[]:
-
[]:
-
[]:
-
[]:
-
[]:
-
[]:
-
[]:
-
[]:
%
[]:
-
[]:
-
[]:
-
©Simbench
37
Modellklasse „Transformer3WType“ (1/2)
Transformer3WType
id
: Varchar
sRHV
: Float
sRMV
: Float
sRLV
: Float
vmHV
: Float
vmMV
: Float
vmLV
: Float
vaHVMV
: Float
vaHVLV
: Float
vmImpHVMV
: Float
vmImpHVLV
: Float
vmImpMVLV
: Float
pCuHV
: Float
pCuMV
: Float
pCuLV
: Float
pFe
: Float
Fortsetzung auf der nächsten Folie
Transformer3WType
Tr3WType_1
63
40
31.5
110
20
10
30
60
12
10
10
15
15
15
0
[]:
-
[]: MVA
[]: MVA
[]: MVA
[]: kV
[]: kV
[]: kV
[]:
°
[]:
°
[]: %
[]: %
[]: %
[]: kW
[]: kW
[]: kW
[]: kW
Nennleistung
Anschlüsse
Phasenver-
schiebung zw.
Anschlüssen
Nennspannung der
Anschlüsse
©Simbench
38
Modellklasse „Transformer3WType“ (2/2)
Transformer3WType
iNoLoad
: Float
tapable
: Int
tapside
: Varchar
dVmHV
: Float
dVmMV
: Float
dVmLV
: Float
dVaHV
: Float
dVaMV
: Float
dVaLV
: Float
tapNeutrHV
: Int
tapNeutrMV
: Int
tapNeutrLV
: Int
tapMinHV
: Int
tapMinMV
: Int
tapMinLV
: Int
tapMaxHV
: Int
tapMaxMV
: Int
tapMaxLV
: Int
Transformer3WType
3
1
„HV“
1.0
1.5
2.5
0
0
0
0
0
0
-
10
-
5
-
3
12
5
10
[]: %
[]:
-
[]:
-
[]:
p.u./Stufe
[]:
p.u./Stufe
[]:
p.u./Stufe
[]:
°/Stufe
[]:
°/Stufe
[]:
°/Stufe
[]:
-
[]:
-
[]:
-
[]:
-
[]:
-
[]:
-
[]:
-
[]:
-
[]:
-
Spannungshub je
Anschluss & Stufe
Winkeldifferenz je
Anschluss & Stufe
„HV“, „MV“, „LV“,
„MV, LV“
Stufenstell-
parameter je
Anschluss
©Simbench
39
Modellklasse „Switch“
Switch
id
: Varchar
nodeA
: Varchar
nodeB
: Varchar
type:
Varchar
cond
: Int
substation
: Varchar
subnet
: Varchar
voltLvl
: Int
Switch
Sw_1
SampleNode1
SampleNode2
CB
1
HV2_MV3_Substation
MV3
3
[]:
-
[]:
-
[]:
-
[]:
-
[]:
-
[]:
-
[]:
-
[]:
-
CB: Leistungsschalter
LS: Lastschalter
LBS: Lasttrennschalter
DS: Trennschalter
Schaltzustand
1: geschlossen
0: geöffnet
©Simbench
40
Modellklasse „Measurement“
Measurement
id
: Varchar
element1:
Varchar
element2:
Varchar
variable:
Varchar
value
: Float
stdDev
: Float
Subnet
: Varchar
voltLvl
: Float
Measurement
Meas_1
HV2 Bus 6
NULL
p
3.5
0.01
HV2
3
[]:
-
[]:
-
[]:
-
[]: p, q, i oder
(o.) v
[]: MW,
MVAr, A o. p.u.
[]: %
[]:
-
[]:
-
Standardabweichung
Im Falle einer
Knotenmessung „NULL“
©Simbench
41
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
Kontakt für die Universität Kassel
Fachbereich Elektrotechnik/Informatik
Fachgebiet Energiemanagement und Betrieb elektrischer Netze (e²n)
Wilhelmshöher Allee 73
D-34121 Kassel, Germany
Universität Kassel,
Konsortialführung TU Dortmund RWTH Aachen Fraunhofer IEE
M.Sc
. Steffen Meinecke
Fon: +49 561 804 6084
steffen.meinecke@uni
-kassel.de
19.06.2019 si[email protected]
