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Abstract (German)

Die Netzzustandsbewertung als Teilaufgabe der Betriebsführung elektrischer Energieversorgungsnetze stützt sich auf eine umfangreiche und inhomogene Informationsmenge. Diese muss zur Bewertung des globalen Netzzustands vom Betriebspersonal aufgenommen, mit Hilfe eines mentalen Modells des Energieversorgungsnetzes organisiert und analysiert werden. Dies stellt für das Betriebspersonal auf Grund der hohen Komplexität und des Umfangs der Informationsmenge eine schwierige Aufgabe und eine erhebliche mentale Belastung dar. Durch eine an die menschliche Informationsaufnahme und -verarbeitung angepasste Visualisierung der relevanten Informationen kann das Betriebspersonal unterstützt und deren Arbeitsbelastung reduziert werden. Hierbei wird auf die besonderen Fähigkeiten der visuellen Wahrnehmung des Menschen, wie zum Beispiel eine ausgeprägte Sensitivität gegenüber Symmetrien und Unsymmetrien, zurück gegriffen. Obwohl die vollgrafischen Bildschirme und Großbild-Projektionswände heutiger Netzleitsysteme umfangreiche Möglichkeiten zur Gestaltung aussagekräftiger Visualisierungen bereit stellen, werden diese Möglichkeiten in den heutigen Netzleitsystemen nur zum Teil ausgenutzt. In dieser Arbeit wird die Integrale Netzzustandsanzeige (INA) als ein neuartiges Visualisierungssystem zur Unterstützung des Betriebspersonals bei der Netzbetriebsführung vorgestellt. Es ermöglicht mit einem dreistufigen Darstellungskonzept die Visualisierung sowohl des globalen Netzzustands auf einen Blick als auch wesentlicher Informationen zu einzelnen Teilbereichen des Netzzustands (z.B. Spannungssituation). Jede der drei Darstellungsebenen des hierarchischen Konzepts ist durch einen unterschiedlich großen Detaillierungsgrad der darzustellenden Informationen gekennzeichnet und erfüllt unterschiedliche Aufgaben. In der oberen Darstellungsebene erfolgt als Hauptaufgabe der INA die Visualisierung des globalen Netzzustands in einem für diesen Zweck entwickelten Kreis-Diagramm. Neben der Aussage, ob sich der globale Netzzustand im Sollzustand befindet, vermittelt dieses Diagramm auf einen Blick auch Informationen über die zeitliche Entwicklung des Netzzustands und über Abweichungen in dessen Teilbereichen. Zur Verdichtung der für den globalen Netzzustand relevanten Informationen wird eine numerische Datenreduktion in Form skalarer Kenngrößen für die Teilbereiche des Netzzustands und eine grafische Datenreduktion durch die gemeinsame Visualisierung der Kenngrößen im Kreis-Diagramm verwendet. Für die mittlere Darstellungsebene wurden Diagramme zur Visualisierung sowohl mehrerer Teilbereiche, deren Informationen örtlich einem Knoten oder Zweig eindeutig zugeordnet werden können, als auch einzelner Teilbereiche entwickelt. Die Diagramme besitzen einen höheren Detaillierungsgrad als das Kreis-Diagramm in der oberen Darstellungsebene. Im Vergleich zu den bisherigen Netzleitsystemen werden die zur Beurteilung der einzelnen Teilbereiche wesentlichen Informationen verdichtet und aussagekräftig visualisiert. Dadurch können beispielsweise höherwertige Informationen, die sich nur aus der Gesamtheit der für einen Teilbereich relevanten Informationen ergeben, intuitiv vom Betriebspersonal aufgenommen werden. Die Diagramme der unteren Darstellungsebene enthalten Detailinformationen wie zum Beispiel einzelne Spannungsbeträge an Netzknoten. Der Detaillierungsgrad dieser oftmals in numerischer Form angegebenen Informationen ist auf Grund des jeweils geringen Informationsumfangs hoch. Als Ergänzung zu den bereits existierenden, in der Praxis bewährten und in das Konzept der INA einbezogenen Darstellungen wurden in dieser Arbeit zwei weitere Diagramme für die untere Darstellungsebene entwickelt.

Abstract (English)

It is an important task of operators in control centres of electrical power systems to assess the current power system operating state based on a substantial and inhomogeneous amount of data. The operators have to take in and process relevant data. For this purpose they use a mental model of the power system to organise and analyse the data. Due to the high complexity and amount of data this is a difficult task and a severe mental strain for the operators. A compact visualisation of relevant data, which is adapted to the human way of taking in and processing information, can be helpful for the operators and can reduce their work load. The usage of compact visualisation techniques takes advantage of special visual abilities of humans like a strong sensitivity against symmetry and asymmetry. Although there are a lot of new technologies available within the full graphic environment of current energy management systems, they are only used in parts to improve the user interface of energy management systems. In this thesis the Compact System State Display (CSSD) is introduced as a new visualisation system to support the monitoring of electrical power systems. The hierarchical approach with three different display levels enables the visualisation of both, the global power system state at a glance and essential information about single aspects of the power system state (e.g. voltage situation and line flows). Each of the three display levels is characterised by a different degree of information detail and fulfils a different task. The top level display shows the global, overall power system state. For this purpose a new circle-diagram has been developed. On the one hand, the main intention of this display level lies in the fact that it shows the operator whether the system is in a desired operating state or not. On the other hand, it gives the operator – in case of a non-desired operating state – an idea about the amount of deviation and some trend information about the power system state. The necessary data compression of the underlying data is realised by means of numerical and graphical methods. Each aspect of the system state is represented by a single index, which is determined by usage of numerical calculation. The joint visualisation of the numerical indices within the circle-diagram allows, as graphical data compression, the visualisation of the global power system state at a glance. Several new diagrams have been developed for the middle display level to visualise the essential information of only one or more aspects of the power system state. Some of these diagrams comprise geographical information, too, to show the power system state of certain regions. The degree of information detail in the diagrams of the middle display level is higher than in the circle-diagram of the top display level. They only show the essential information, which is necessary for the assessment of the aspects of the power system state, in a more compact way compared to the displays of current energy management systems. Therefore, some high-level information can easily be taken in by the operators. The diagrams in the bottom display level of the CSSD show detailed information like individual bus voltages and line flows. The degree of information detail is very high in this diagrams due to the small amount of data shown. Two new diagrams have been developed for the bottom display level in addition to the already existing and well-established displays of energy management systems, which have been included into the concept of the CSSD, too.

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