Stephan_080124_OpenPowerNet.ppt (Folie 1)
OpenPowerNet – Simulation von Bahnstromsystemen IT08 Rail Userworkshop
Prof. Dr.-Ing. Arnd StephanInstitut für Bahntechnik GmbH
OpenPowerNetSimulation von Bahnstromsystemen
Stephan_080124_OpenPowerNet.ppt (Folie 2)
OpenPowerNet – Simulation von Bahnstromsystemen IT08 Rail Userworkshop
• Es gibt zeitlich und örtlich veränderliche Verbraucher.• Netzstruktur und Spannung bestimmen den Lastfluss.• Das Bahnstromsystem kann den Energiebedarf beeinflussen.
Die Lastflüsse und der Energiebedarf im Stromversorgungsnetz werden von den fahrenden Zügen und von der Gestaltung der Bahnstromversorgung bestimmt.
• zum Leistungs- und Energiebedarf• für die technische Gestaltung und Dimensionierung der Anlagen
Mit der Simulation werden Analysen und Prognosen ermöglicht.
Warum Simulation von Bahnstromsystemen?
Stephan_080124_OpenPowerNet.ppt (Folie 3)
OpenPowerNet – Simulation von Bahnstromsystemen IT08 Rail Userworkshop
• mit abnehmender Spannung steigen die Ströme und Verluste, • bei geringer Spannung greifen Strom- bzw. Leistungsbegrenzungen
der Antriebsregelung ein ⇒ Auswirkung auf die Fahrdynamik,• die Netzspannung beeinflusst maßgeblich die Bremsenergie-
rückspeisung (Energieaufnahmefähigkeit des Netzes).
Die Spannungssituation im Bahnenergieversorgungsnetz bestimmt die Lastflüsse und kann auf die Antriebe der Triebfahrzeuge zurückwirken:
• für AC-Netze weniger relevant durch meist stabile Spannung• bei DC-Netzen mit starker Lastdynamik unumgänglich
Diese Rückwirkungen sind bei der Simulation zu erfassen.
Anforderungen
Stephan_080124_OpenPowerNet.ppt (Folie 4)
OpenPowerNet – Simulation von Bahnstromsystemen IT08 Rail Userworkshop
• Fahrzustände aller Züge mit angeforderter Leistung, • Positionen aller Züge im Streckennetz,• Struktur, Schaltung und Leistungsfähigkeit des Bahnstromnetzes.
Die Simulation von Bahnstromsystemen erfordert zeitgleich detaillierte Informationen zu folgenden physikalischen Prozessen:
• entweder zur Komplexität der Eisenbahnbetriebssimulation,• oder hinsichtlich der Modellierungstiefe des elektrischen Netzes
und der Fahrzeugantriebstechnik.
Aus diesem Grund wurden bisher Kompromisse eingegangen
Ausgangslage
Stephan_080124_OpenPowerNet.ppt (Folie 5)
OpenPowerNet – Simulation von Bahnstromsystemen IT08 Rail Userworkshop
• Linienführung/Trassierung• Gleisplan• Signalsystem• Zugdaten• Antriebsdaten• Fahrplan• Abschlussbeziehungen• Bahnbetriebsregeln
Bahnbetrieb Lastfluss und Energie
• Linienführung/Trassierung• Gleisplan• Signalsystem• Zugdaten• Antriebsdaten• Fahrplan• Anschlussbeziehungen• Bahnbetriebsregeln• Einspeisung / Unterwerke• Speiseleitungen / Kabel• Fahrleitung / Rückleitung
Anforderungen an die Simulation
Stephan_080124_OpenPowerNet.ppt (Folie 6)
OpenPowerNet – Simulation von Bahnstromsystemen IT08 Rail Userworkshop
• Linienführung/Trassierung• Gleisplan• Signalsystem• Zugdaten
• Fahrplan• Anschlussbeziehungen• Bahnbetriebsregeln
Bahnbetrieb Lastfluss und Energie
• Antriebsdaten
• Einspeisung / Unterwerke• Speiseleitungen / Kabel• Fahrleitung / Rückleitung
Plug-in
Trennung der Simulationsaufgaben
OpenPowerNet
Stephan_080124_OpenPowerNet.ppt (Folie 7)
OpenPowerNet – Simulation von Bahnstromsystemen IT08 Rail Userworkshop
OpenPowerNet
Propulsion Technology
Railway Operation Simulation
ATMAdvanced
Train Module
“Co-Simulation”
Power Supply System
PSCPower Supply
CalculationInteraction
Stephan_080124_OpenPowerNet.ppt (Folie 8)
OpenPowerNet – Simulation von Bahnstromsystemen IT08 Rail Userworkshop
Ablauf der Simulation pro Zeitschritt
Fahrleitungsspannung, Geforderte Zugkraft
Zugstrom
Zugposition,Geforderte
ZugkraftErreichte Zugkraft
OpenTrack
PSC ATM
OpenPowerNet
Stephan_080124_OpenPowerNet.ppt (Folie 9)
OpenPowerNet – Simulation von Bahnstromsystemen IT08 Rail Userworkshop
a) konstante Wirkungsgrade für die Antriebsausrüstung
b) fahrzustandsabhängige Antriebswirkungsgrade
c) lastabhängige Komponentenwirkungsgrade
d) detaillierte Maschinenmodelle für Einzelkomponenten
+ Hilfsbetriebe- und Wirbelstrombremsleistung
+ zusätzlich: Grenzwerte der Antriebsregelung(z.B. spannungsabhängige Netzstrombegrenzung)
Verfügbare Modelle für die Antriebssimulation
Stephan_080124_OpenPowerNet.ppt (Folie 10)
OpenPowerNet – Simulation von Bahnstromsystemen IT08 Rail Userworkshop
Pel
Pmech
Antriebsstruktur
Stephan_080124_OpenPowerNet.ppt (Folie 11)
OpenPowerNet – Simulation von Bahnstromsystemen IT08 Rail Userworkshop
Wirkungsgradverläufe ICE 3 für maximale ZugkraftHerstellerangabe für Betrieb bei 15 kV 16,7 Hz
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
Motorfrequenz
Wirk
ungs
grad
Transformator
4-QS
Pulswechselrichter
Asynchron-Fahrmotor
Radsatzgetriebe
Gesamt
Hz
Wirkungsgradkennlinien (Beispiel: ICE3)1 AC 15 kV 16,7 Hz
Stephan_080124_OpenPowerNet.ppt (Folie 12)
OpenPowerNet – Simulation von Bahnstromsystemen IT08 Rail Userworkshop
1σL 2'σL1R sR 2'
HL1u
2'i1i
1 2'+i iΨH
1Ψ 2'Ψ
= +e le k t m e c h L ä u fe r v e r lu s teM M M23
2 22 ' '
2 2
⋅= =
π πR o to r v e r lu s te
L ä u fe r v e r lu s te
i RPM
n n
Modellierung von Antriebskomponenten (Beispiel: Asynchron-Fahrmotor)
Stephan_080124_OpenPowerNet.ppt (Folie 13)
OpenPowerNet – Simulation von Bahnstromsystemen IT08 Rail Userworkshop
23000
23500
24000
24500
25000
25500
26000
26500
27000
00:0
0
00:3
0
01:0
0
01:3
0
02:0
0
02:3
0
03:0
0
03:3
0
04:0
0
04:3
0
05:0
0
05:3
0
06:0
0
06:3
0
07:0
0
07:3
0
08:0
0
08:3
0
09:0
0
Zeit in Minuten
Spa
nnun
g in
Vol
t
-500,00
-400,00
-300,00
-200,00
-100,00
0,00
100,00
200,00
300,00
400,00
500,00
Str
om in
Am
pere
Spannung in Volt Strom in Ampere
Verifizierung des AntriebsmodellsStrom and Spannung am Stromabnehmer
Stephan_080124_OpenPowerNet.ppt (Folie 14)
OpenPowerNet – Simulation von Bahnstromsystemen IT08 Rail Userworkshop
Fahrschaubild und Leistungsverlauf ICE1Betriebsfahrt Hannover - Göttingen, Meßwerte am führenden Triebkopf,
Simulation IFB: Standardparameter und Wirkungsgradmodell ICE1/2
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Weg
v
-4
-2
0
2
4
6
8
PS
tr
v Meßfahrt
v Simulation
P Meßfahrt
P Simulation
km/h
MW
km
Fehlertoleranzen: Fahrschaubild < 1 %
Energie ab Stromabnehmer < 2 %
Quelle: IFB
Geschwindigkeit und LeistungsverlaufMessung und Simulation
ICE1 Hannover – Göttingen
Stephan_080124_OpenPowerNet.ppt (Folie 15)
OpenPowerNet – Simulation von Bahnstromsystemen IT08 Rail Userworkshop
- Simulation aller gängigen AC- und DC-Bahnstromsystem e
- Abbildung der kompletten elektrischen Netzinfrastr uktur
- uneingeschränkte Wahl der Leiteranordnung entlang d er Strecke
- Berücksichtigung der elektromagnetischen Verkopplun gen zwischen den einzelnen Leitern bei AC-Bahnstromsyst emen
- Schaltzustandsänderungen im Bahnstromnetz während d er Simulation
- Rückwirkung auf die Fahrdynamik in der Bahnbetriebs simulation (OpenTrack)
- iterative Kommunikation mit der Antriebssimulation (ATM)
- konfigurierbare Datenausgabe
- Schnittstellen für Nachbearbeitung und Visualisieru ng
Anforderungen an das elektrische Netzmodell
Stephan_080124_OpenPowerNet.ppt (Folie 16)
OpenPowerNet – Simulation von Bahnstromsystemen IT08 Rail Userworkshop
Modellierung der Infrastruktur
Fahrleitungsanordnung und -schaltung
Stephan_080124_OpenPowerNet.ppt (Folie 17)
OpenPowerNet – Simulation von Bahnstromsystemen IT08 Rail Userworkshop
Modellierung Bahnenergieversorgung / Fahrleitungsne tz
- Abbildung der elektrischen Netzstruktur (Sektoren, Speisepunkte,Schaltung) in Kongruenz zur Gleisnetztopologie
- Elektrische Eigenschaften des speisenden Netzes
- Elektrische Eigenschaften der Unterwerke
- Elektrische Eigenschaften der Leiter (Kabel, Fahrle itung, Gleise)
- Elektrische Eigenschaften Gleis – Erde
- Modellierung von Zusatzverbrauchern (z.B. Weichenhe izungen)
- Belastbarkeit (Leiter und Unterwerke)
- Schutzeinstellungen
Stephan_080124_OpenPowerNet.ppt (Folie 18)
OpenPowerNet – Simulation von Bahnstromsystemen IT08 Rail Userworkshop
Aufbau der Bahnenergieversorgung (DC 0,6 … 3,0 kV)
Netzanbindung3 AC 10 / 20 / 30 kV
OLA
Schiene
Zug NICHT im Abschnitt
Zug im Abschnitt
Unterwerk
GO1
GR1
GO3
GR2
GO4
GR3
GO5
GR4
s
s
Uw1
s
s
Uw2
s
s
Uw3
s
s
Uw4
Erde
G’RE G’RE G’RE G’RE G’RE G’RE G’RE
s s s s
GO2
einseitig zweiseitig zweiseitig
0.6 kV
Stephan_080124_OpenPowerNet.ppt (Folie 19)
OpenPowerNet – Simulation von Bahnstromsystemen IT08 Rail Userworkshop
Aufbau der Bahnenergieversorgung (1 AC 15 kV 16,7 Hz )
Hochspannungsnetz1 AC 110 kV 16,7 Hz
OLA
Schiene
Unterwerk
YO1
YR1
YO2
YR2
YO3
YR3
s
s
Uw1
s
s
Uw2
Erde
Y’RE Y’RE Y’RE Y’RE Y’RE Y’RE Y’RE
s ss
KS
s
15 kV
Stephan_080124_OpenPowerNet.ppt (Folie 20)
OpenPowerNet – Simulation von Bahnstromsystemen IT08 Rail Userworkshop
Aufbau der Bahnenergieversorgung (2 AC 25 kV ~ 50 / 60 Hz)
OLA
Schiene
Negative Feeder
Zug NICHT im Abschnitt
Zug im Abschnitt
AutotransformatorUnterwerk
YO1
YR1
YN1
Autotransformator Autotransformator
YO2
YR2
YN2
YO3
YR3
YN3
YO4
YR4
s
s
s
Uw
s
s
s
AT1
s
s
s
AT2
s
s
s
AT3
Hochspannungsnetz3 AC 110 / 220 kV
Erde
Y’RE Y’RE Y’RE Y’RE Y’RE Y’RE Y’RE
25 kV
-25 kV
Stephan_080124_OpenPowerNet.ppt (Folie 21)
OpenPowerNet – Simulation von Bahnstromsystemen IT08 Rail Userworkshop
Aufbau des Unterwerkes (2 AC 25 kV ~ 50/60 Hz)
Stephan_080124_OpenPowerNet.ppt (Folie 22)
OpenPowerNet – Simulation von Bahnstromsystemen IT08 Rail Userworkshop
Streckenseitige Leiteranordnung (z.B. Tunnel)
Source: DB KoRiL 997
Stephan_080124_OpenPowerNet.ppt (Folie 23)
OpenPowerNet – Simulation von Bahnstromsystemen IT08 Rail Userworkshop
300
mRL RR
E
RF
NF
MW
CW
Streckenseitige Leiteranordnung (z.B. freie Strecke )
Stephan_080124_OpenPowerNet.ppt (Folie 24)
OpenPowerNet – Simulation von Bahnstromsystemen IT08 Rail Userworkshop
„Scheibe“
Geometrische Anordnung der Oberleitung
Stephan_080124_OpenPowerNet.ppt (Folie 25)
OpenPowerNet – Simulation von Bahnstromsystemen IT08 Rail Userworkshop
y
x
(0; 0)
(x1; y1)
Material, Querschnitt
elektromagnetischeVerkopplung
Scheibe n
Geometrisches Leitermodell der Oberleitung
Stephan_080124_OpenPowerNet.ppt (Folie 26)
OpenPowerNet – Simulation von Bahnstromsystemen IT08 Rail Userworkshop
Abfolge der Scheiben
Scheibe 0 Scheibe 1 Scheibe 2
Knoten
Abschnitt Verbinder
Ortskoordinate
Leiter
Erde
Schiene
OLA
Negative Feeder
Stephan_080124_OpenPowerNet.ppt (Folie 27)
OpenPowerNet – Simulation von Bahnstromsystemen IT08 Rail Userworkshop
Mathematisches Netzwerkmodell
Stephan_080124_OpenPowerNet.ppt (Folie 28)
OpenPowerNet – Simulation von Bahnstromsystemen IT08 Rail Userworkshop
Elektrische Netzberechnung durch Erweitere Knotenspannungsanalyse
Spannungsfälle über den Selbst- und Gegeninduktivitäten
Stephan_080124_OpenPowerNet.ppt (Folie 29)
OpenPowerNet – Simulation von Bahnstromsystemen IT08 Rail Userworkshop
Verifizierung der Simulation
� punktuelle theoretische Prüfung
- Stromsumme Null für Netz-Schnitte
- Energieabgabe gleich Energieaufnahme
- Korrespondenz von Spannungs-Minima/Maxima/Sprüngen mit der Netzstruktur bei Konstantlastfahrt
� Vergleich Messfahrt / Simulation für definierte Bet riebsfälle
- fahrdynamisches Verhalten
- Strom- und Spannungsverläufe
Stephan_080124_OpenPowerNet.ppt (Folie 30)
OpenPowerNet – Simulation von Bahnstromsystemen IT08 Rail Userworkshop
AB07, Messfahrt F8, mit Halt
0
10
20
30
40
50
60
0 20 40 60 80 100 120
Zeit [s]
Ges
chw
idni
gkei
t [km
/h]
v_TFZ_2099 v_Tfz_Simu
Verifizierung: Messfahrt und Simulation
Stephan_080124_OpenPowerNet.ppt (Folie 31)
OpenPowerNet – Simulation von Bahnstromsystemen IT08 Rail Userworkshop
Verifizierung: Messfahrt und Simulation
AB07, Messfahrt F8, mit Halt
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
0 20 40 60 80 100 120
Zeit [s]
Spa
nnun
g [V
]
-500
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
Str
om [A
]
Toleranz U (EN 50163) U_nenn U_TFZ_2099 U_Tfz_Simu I_TFZ_2099 I_Tfz_Simu
675 A
673 A
Stephan_080124_OpenPowerNet.ppt (Folie 32)
OpenPowerNet – Simulation von Bahnstromsystemen IT08 Rail Userworkshop
HGV-Strecke 300 km/h
100 km Doppelspur2AC 25 kV 50 Hz
Stephan_080124_OpenPowerNet.ppt (Folie 33)
OpenPowerNet – Simulation von Bahnstromsystemen IT08 Rail Userworkshop
Train Current
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
200 210 220 230 240 250 260
km
I [A
]
Zugstrom I = f(s)
Simulationsergebnisse: HGV-Strecke 2AC 25 kV
Stephan_080124_OpenPowerNet.ppt (Folie 34)
OpenPowerNet – Simulation von Bahnstromsystemen IT08 Rail Userworkshop
Train Current
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
200 210 220 230 240 250 260
km
I [A
]
Train Voltage
25000
25500
26000
26500
27000
27500
28000
200 210 220 230 240 250 260
km
U [V
]
Zugstrom I = f(s), Fahrdrahtspannung am Stromabnehmer U = f(s)
Simulationsergebnisse: HGV-Strecke 2AC 25 kV
Stephan_080124_OpenPowerNet.ppt (Folie 35)
OpenPowerNet – Simulation von Bahnstromsystemen IT08 Rail Userworkshop
Multiple Train Voltage
25000
25500
26000
26500
27000
27500
28000
200 210 220 230 240 250 260
km
U [V
]
Spannungen am Stromabnehmer aller Züge U = f(s)
Simulationsergebnisse: HGV-Strecke 2AC 25 kV
Stephan_080124_OpenPowerNet.ppt (Folie 36)
OpenPowerNet – Simulation von Bahnstromsystemen IT08 Rail Userworkshop
26600
26800
27000
27200
27400
27600
27800
28000
2820010
:00:
00
10:0
0:06
10:0
0:12
10:0
0:18
10:0
0:24
10:0
0:30
10:0
0:36
10:0
0:42
10:0
0:48
10:0
0:54
10:0
1:00
10:0
1:06
10:0
1:12
10:0
1:18
10:0
1:24
10:0
1:30
10:0
1:36
10:0
1:42
10:0
1:48
10:0
1:54
10:0
2:00
10:0
2:06
10:0
2:12
10:0
2:18
10:0
2:24
10:0
2:30
10:0
2:36
10:0
2:42
10:0
2:48
10:0
2:54
10:0
3:00
10:0
3:06
10:0
3:12
10:0
3:18
10:0
3:24
10:0
3:30
10:0
3:36
10:0
3:42
10:0
3:48
10:0
3:54
10:0
4:00
U[V
]
26600
26800
27000
27200
27400
27600
27800
28000
2820010
:00:
00
10:0
0:06
10:0
0:12
10:0
0:18
10:0
0:24
10:0
0:30
10:0
0:36
10:0
0:42
10:0
0:48
10:0
0:54
10:0
1:00
10:0
1:06
10:0
1:12
10:0
1:18
10:0
1:24
10:0
1:30
10:0
1:36
10:0
1:42
10:0
1:48
10:0
1:54
10:0
2:00
10:0
2:06
10:0
2:12
10:0
2:18
10:0
2:24
10:0
2:30
10:0
2:36
10:0
2:42
10:0
2:48
10:0
2:54
10:0
3:00
10:0
3:06
10:0
3:12
10:0
3:18
10:0
3:24
10:0
3:30
10:0
3:36
10:0
3:42
10:0
3:48
10:0
3:54
10:0
4:00
U[V
]
10:02:30 AT-Station ausgeschaltet
Fahrleitungsspannung U = f(t)
Simulationsergebnisse: HGV-Strecke 2AC 25 kV
Stephan_080124_OpenPowerNet.ppt (Folie 37)
OpenPowerNet – Simulation von Bahnstromsystemen IT08 Rail Userworkshop
Conductor Current
0
20
40
60
80
100
120
140
0 3 6 9 12 15 18 21 24
km
I [A] Return Feeder
Earth
Erdstromverteilung I = f(s)T
rain
Pos
ition
SS AT1 AT2
Simulationsergebnisse: HGV-Strecke 2AC 25 kV
Stephan_080124_OpenPowerNet.ppt (Folie 38)
OpenPowerNet – Simulation von Bahnstromsystemen IT08 Rail Userworkshop
T ra n s fo rm e r P o w e r
0
5
1 0
1 5
2 0
2 5
3 0
3 5
4 0
0:00
:00
10:0
6:46
10:0
6:53
10:0
7:00
10:0
7:07
10:0
7:14
10:0
7:21
10:0
7:28
10:0
7:35
10:0
7:42
10:0
7:49
10:0
7:56
10:0
8:03
10:0
8:10
10:0
8:17
10:0
8:24
10:0
8:31
10:0
8:38
10:0
8:45
10:0
8:52
10:0
8:59
10:0
9:06
10:0
9:13
10:0
9:20
10:0
9:27
10:0
9:34
10:0
9:41
10:0
9:48
10:0
9:55
10:1
0:02
10:1
0:09
10:1
0:16
10:1
0:23
P [M
W]
Transformatorleistungsgang im Unterwerk P = f(t)
Simulationsergebnisse: HGV-Strecke 2AC 25 kV
Stephan_080124_OpenPowerNet.ppt (Folie 39)
OpenPowerNet – Simulation von Bahnstromsystemen IT08 Rail Userworkshop
T ra n s fo rm e r E n e rg y C o n s u m p tio n
0 ,0 0 0
0 ,2 0 0
0 ,4 0 0
0 ,6 0 0
0 ,8 0 0
1 ,0 0 0
1 ,2 0 0
0:00
:00
10:0
6:46
10:0
6:53
10:0
7:00
10:0
7:07
10:0
7:14
10:0
7:21
10:0
7:28
10:0
7:35
10:0
7:42
10:0
7:49
10:0
7:56
10:0
8:03
10:0
8:10
10:0
8:17
10:0
8:24
10:0
8:31
10:0
8:38
10:0
8:45
10:0
8:52
10:0
8:59
10:0
9:06
10:0
9:13
10:0
9:20
10:0
9:27
10:0
9:34
10:0
9:41
10:0
9:48
10:0
9:55
10:1
0:02
10:1
0:09
10:1
0:16
10:1
0:23
E [M
Wh]
Energiebezug ab Sammelschiene Unterwerk E = f(t)
Simulationsergebnisse: HGV-Strecke 2AC 25 kV
Stephan_080124_OpenPowerNet.ppt (Folie 40)
OpenPowerNet – Simulation von Bahnstromsystemen IT08 Rail Userworkshop
Stadtbahnnetz300 km TRAM 220 km Trolley
DC 600 V
Stephan_080124_OpenPowerNet.ppt (Folie 41)
OpenPowerNet – Simulation von Bahnstromsystemen IT08 Rail Userworkshop
Fahrzeugmodellierung TRAM und Trolleybus
2 x Mirage Cobra
Tram2000 Tram2000+Pony Tram2000 Sänfte
Mercedes GTB Hess DGTB Hess
Stephan_080124_OpenPowerNet.ppt (Folie 42)
OpenPowerNet – Simulation von Bahnstromsystemen IT08 Rail Userworkshop
Bildfahrplan Strecke A
Stephan_080124_OpenPowerNet.ppt (Folie 43)
OpenPowerNet – Simulation von Bahnstromsystemen IT08 Rail Userworkshop
Stephan_080124_OpenPowerNet.ppt (Folie 44)
OpenPowerNet – Simulation von Bahnstromsystemen IT08 Rail Userworkshop
minimale Spannung an der Fahrleitung und am Stromab nehmerNormalbetrieb
ST
RV
t [5.
804]
HE
GA
[5.3
98]
IHA
G [5
.017
]
FR
IE [4
.681
]
FR
IB [4
.304
]
HO
EF
[3.7
48]
GO
LPt [
3.46
9]
ZW
IN [3
.175
]
KA
LKt [
2.76
2]
KE
RN
[2.4
93]
HE
LVt [
2.31
1]
MIL
A [1
.913
]
RO
EN
[1.5
81]
LIM
Mt [
1.28
8]
Heu
ri-F
riese
n
Heu
ri-H
öfliw
e
Bad
en-K
alkb
reB
aden
-Lan
gstr
Alb
is-S
chw
eig
Lette
-Lim
mat
p
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6
Weg [km]
Spa
nnun
g [V
]
Trenner Toleranz U (EN 50163) U_nenn U_min_abs U_min_Tfz
Stephan_080124_OpenPowerNet.ppt (Folie 45)
OpenPowerNet – Simulation von Bahnstromsystemen IT08 Rail Userworkshop
Gleis-Erde-Potenzial Normalbetrieb
FR
AN
[6.9
15]
WIN
Z [6
.494
]
WA
RT
[6.0
51]
ZW
IE [5
.691
]
ME
IE [5
.374
]
SC
HT
[4.9
98]
AT
RO
[4.6
02]
EG
UT
[4.2
34]
WA
IF [3
.754
]
WIP
K [3
.297
]
EW
YS
[3.0
63]
DA
MM
[2.6
89]
QU
EL
[2.4
16]
LIM
M [2
.092
]LI
MM
p [2
.003
]
MU
FG
[1.7
32]
SIH
L [1
.391
]
Fra
nk-ä
.Lim
ma
Tob
el-m
_Lim
ma
Lette
-i.Li
mm
a
Lette
-Wip
king
Lette
-o.L
imm
a
0
10
20
30
40
50
60
70
80
1 2 3 4 5 6 7
Weg [km]
Spa
nnun
g [V
]
Stephan_080124_OpenPowerNet.ppt (Folie 46)
OpenPowerNet – Simulation von Bahnstromsystemen IT08 Rail Userworkshop
Gleichrichterbelastung und Sammelschienenspannung Normalbetrieb
400
450
500
550
600
650
700
750
0 450 900 1350 1800 2250 2700 3150 3600 4050 4500 4950 5400 5850 6300 6750 7200
Zeit [s]
Spa
nnun
g [V
]
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10000
Str
om [A
]
U-Sammelschiene I-Sammelschiene
Stephan_080124_OpenPowerNet.ppt (Folie 47)
OpenPowerNet – Simulation von Bahnstromsystemen IT08 Rail Userworkshop
Gleichrichterbelastung und Sammelschienenspannung Depotausfahrt
400
450
500
550
600
650
700
750
0 450 900 1350 1800 2250 2700 3150 3600 4050 4500 4950 5400 5850 6300 6750 7200 7650 8100
Zeit [s]
Spa
nnun
g [V
]
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
Str
om [A
]
U-Sammelschiene I-Sammelschiene
Stephan_080124_OpenPowerNet.ppt (Folie 48)
OpenPowerNet – Simulation von Bahnstromsystemen IT08 Rail Userworkshop
Belastung und Belastbarkeit UnterwerkNormalbetrieb, Ausfall Nachbarunterwerk
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
1 10 100 1000 10000
Zeit [s]
Effe
ktiv
stro
m [A
]Sammelschiene
SK i.Limmatst
SK i.Hardturm
SK Rosengarte
SK Hardbrücke
SK ZWest
RK Hardturmst
RK Rosengarte
BK V, 2381 A
BK VI, 2381 A
Stephan_080124_OpenPowerNet.ppt (Folie 49)
OpenPowerNet – Simulation von Bahnstromsystemen IT08 Rail Userworkshop
Belastungsgrößen Unterwerk, Normalbetrieb ohne Ausfälle
Station Sektor Imax Ieff Pmax Eab Eauf Everl IEinst IKmin IKmin /IEinst Imax/IEinst[A] [A] [kW] [kWh] [kWh] [kWh] [kA] [kA]
1 s 7200 s soll > 110% soll < 90%
2 h
SK -o.Rämistraße 1915 588 1221 520 -10 4 3,5 14,0 400% 54,7%SK -Seilergraben 1686 404 1072 264 0 2 3,0 11,7 390% 56,2%SK -Hottingerstraße 1961 475 1252 417 0 3 3,0 10,4 347% 65,4%SK -Klosbachstraße 1665 332 1048 257 0 4 3,5 10,4 297% 47,6%SK -Kreuzbühlstraße 3710 1018 2312 1000 -33 36 4,2 12,7 302% 88,3%SK -Heimplatz 1128 310 720 290 0 1 3,0 34,0 1133% 37,6%SK -u.Rämistraße 40 172 50 111 36 0 0 3,0 23,0 767% 5,7%SK -u.Rämistraße 129 1145 316 738 220 0 1 3,0 38,2%SK -Bellevueplatz 2824 1075 1770 1226 -6 18 3,5 16,6 474% 80,7%SK -Zeltweg TB 912 279 582 153 -28 1 2,5 2,7 108% 36,5%RK -Heimplatz 2 Kabel -1242 513 -749 0 -627 3RK -Kreuzbühlstraße -2164 678 -1324 2 -789 8RK -o.Rämistraße -649 238 -393 0 -281 2RK -Heimplatz -3425 1375 -2065 0 -1683 8RK -Bellevueplatz -1742 657 -1050 0 -804 7RK -Zeltweg TB -912 279 -582 28 -153 1gesamt 8773 3527 5289 4305 0 97
SK: SpeisekabelRK: Rückleiterkabel
Pro
men
ade
Stephan_080124_OpenPowerNet.ppt (Folie 50)
OpenPowerNet – Simulation von Bahnstromsystemen IT08 Rail Userworkshop
Belastung und Belastbarkeit Fahrdraht am Speisepunk tNormalbetrieb, Ausfall Nachbarunterwerk
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1 10 100 1000 10000
Zeit
Str
omst
ärke
Belastbarkeit Ri107 Abnutzung 0 %
Belastbarkeit Ri107 Abnutzung 20 %
Ieff je VL Abnutzung 0 %
Ieff je FD Abnutzung 20 %
s
A
Stephan_080124_OpenPowerNet.ppt (Folie 51)
OpenPowerNet – Simulation von Bahnstromsystemen IT08 Rail Userworkshop
Energiebilanz
Fall 1 Fall 2 Fall 3 Fall 4
Stephan_080124_OpenPowerNet.ppt (Folie 52)
OpenPowerNet – Simulation von Bahnstromsystemen IT08 Rail Userworkshop
Verlustbilanz
Fall 1 Fall 2 Fall 3 Fall 4
Stephan_080124_OpenPowerNet.ppt (Folie 53)
OpenPowerNet – Simulation von Bahnstromsystemen IT08 Rail Userworkshop
Bremsenergiebilanz
Fall 1 Fall 2 Fall 3 Fall 4
Stephan_080124_OpenPowerNet.ppt (Folie 54)
OpenPowerNet – Simulation von Bahnstromsystemen IT08 Rail Userworkshop
Visualisation
Weiterverarbeitung: Elektromagnetische Felder bei 1AC 15 kV 16,7 Hz
Stephan_080124_OpenPowerNet.ppt (Folie 55)
OpenPowerNet – Simulation von Bahnstromsystemen IT08 Rail Userworkshop
1. Bahnbetriebssimulation (OpenTrack)• Co-Simulation mit dem elektrischen Netzsimulator Op enPowerNet• Online-Kommunikation zwischen Bahnbetriebs- und Netz simulation über ein
SOAP-Interface• Rückwirkung der elektrischen Netzberechnung auf die Fahrdynamik der Züge• zusätzlich: automatische / interaktive Generation v on Störzuständen
2. Lastfluss- und Energieberechnung (OpenPowerNet)• Vollständige elektrische Netzberechnung im Modul PS C• Vorgabe der elektrischen Netzparameter über Leitera nordnung und Material-
eigenschaften • Schaltzustandsänderungen im elektrischen Netz währe nd der Simulation• konfigurierbare Modellierungstiefe für die Antriebs simulation• Umfangreiche Analysemöglichkeiten (Energie, Lastflu ss, Ströme, Spannungen,
zeitlich / örtlich)• Datenexport für Post-Processing
Zusammenfassung
Stephan_080124_OpenPowerNet.ppt (Folie 56)
OpenPowerNet – Simulation von Bahnstromsystemen IT08 Rail Userworkshop
Eine Expertenrunde für das Gesamtsystem Bahn
The Expert Team for the Complete Railway System
IFB Niederlassung Dresden, Wiener Str. 114-116, 01219 Dresden, GermanyPhone: +49 351 87759-0 E-Mail: ifb-dresden@bahnt echnik.de www.bahntechnik.de