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Konzept der Modellierung

Konzept der Modellierung

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Konzept der Modellierung

Elementarkomponenten, die sogenannten Elementarys, stellen jeweils eine bestimmte Funktionalität, die wiederholt in verschiedenen Komponenten vorkommt, in einer kleinen geschlossenen Form dar. Es gibt zum Beispiel Elementarkomponenten für Energieumwandlung, in welchen eine Leistung_ein in kW mit einem bestimmten Wirkungsgrad in % in die Leistung_aus in kW umgewandelt wird, und Elementarkomponenten für Kosten, die einen Preis pro Energiemenge in ct/kWh darstellen. Diese vorgefertigten kleinen Einheiten, die Elementarkomponenten wie z. B. Betriebskosten, können in verschiedenen Komponenten verwendet werden, ohne für jede Komponente einzeln modelliert zu werden. Die Eingabeformulare verschiedener Komponenten ähneln sich. Das erleichtert es Anwendern, sich zu orientieren und bestimmte Funktionen zu finden. Neue Features und Fehlerkorrekturen müssen nur in eine Elementarkomponente implementiert werden und können von dort für alle Komponenten übernommen werden.

Das Grundkonzept der Modellierung mit Elementarkomponenten besteht darin, Komponenten in einer möglichst einfachen Konfiguration auszuliefern (z. B. eine Komponente ohne Kosten) und sie durch Zuschalten von Funktionalitäten schrittweise entsprechend den Anforderungen des Anwenders zu erweitern (z. B. durch Hinzufügen einzelner Kostenbestandteile). Dadurch bleiben die Komponente und ihr mathematisches Modell auf die notwendige Komplexität beschränkt.

Der gewünschte Standardzustand einer Komponente wird vom Modellierer vor dem Speichern einer Komponentenvorlage aus dem Vorlageneditor spezifiziert und beim Instanziieren der Komponentenvorlage auf einem Schema wiederhergestellt. Anwender, die ihre eigenen Komponenten modellieren, müssen ihre Komponenten nicht mit den komplexen Auswahlmöglichkeiten einer Standardkomponente versehen, sondern sie können einfach eine Aktion abbilden (z. B. nur eine Kennlinie ohne die Auswahlmöglichkeit der Abbildung der Energiewandlung durch den konstanten Wirkungsgrad oder eine absolute oder relative Kennlinie).

Jede Elementarkomponente enthält ein Datenmodell und eine Formularbeschreibung.
Eine Elementarkomponente kann in mehrere Hierarchieebenen gegliedert sein.
Im Inneren einer Elementarkomponenten wird Energie nicht nach ihrer Art, z. B. elektrischer, thermischer oder chemischer Enthalpie, unterschieden.

Die Elementarkomponenten werden über Pins, die sich von von den bekannten Pins auf dem TOP-Energy-Schema unterscheiden, miteinander verbunden.

Eine Box ist eine Elementarkomponente, die in ihrem Inneren weitere Elementarkomponenten enthält. Sie ist durch den Namensbestandteil box gekennzeichnet. Boxen können die Funktionen der Elementarkomponenten aggregieren und eine daraus zusammengesetzte Funktionalität abbilden.

Auf der obersten Ebene der Hierarchie im Template-Explorer ergibt die Kombination aus Funktionen (Elementarkomponenten) eine Komponente.

Die folgende Abbildung zeigt das Subschema der Power-to-Heat-Komponente mit den Konnektoren (grün eingerahmt), Boxen (z. B. grau eingerahmt), einfachen Elementarys (z. B. blau eingerahmt), äußeren Pins (gelb eingerahmt) und unterschiedlichen Pintypen für innere Pins (rot eingerahmt).

Drei Kategorien Elementarkomponenten

Es gibt drei Kategorien Elementarkomponenten:

  • einfaches Elementary (einfache Funktion, die nicht untergliedert ist),
  • Konnektor (Schnittstelle zum Stoffmodell und Zustandsänderung des Stoffes) und
  • Box (hierarchisch strukturierte Zusammenfassung von Elementarys in Boxen oder Containern).
Die Ordnerstruktur in der Elementarkomponentenbibliothek entspricht ungefähr der hierarchischen Struktur innerhalb der Komponenten. Sollten Sie darin auf höchster Ebene eine Box finden (z. B. boxOperatingCosts.e-ctpl), können Sie diese (bis auf wenige Ausnahmefälle) als ganze verwenden. Alle internen Funktionalitäten werden mitgeliefert. Sie müssen nicht tiefer in die Struktur schauen und auch nicht selbst die untergeordneten Elementarkomponenten zusammenstellen.

Zwei Kategorien Pins

Man unterscheidet zwei Kategorien Pins:

  • Stoffmodellpins zur Verbindung von äußeren Komponentenpins mit den Konnektoren und
  • Pins, die nur eine Variable repräsentieren. Die Pins, die nur eine Variable repräsentieren, sind durch folgende Eigenschaften charakterisiert:
    • den Variablentyp, wie er im Modell und in der PML verwendet wird: linear, algebraisch oder binär,
    • die Pins und zugehörigen Netze (Farbe je Variablentyp) und
    • die Einheit der Pinvariable.
    • Durch ein Netz verbundene Pinvariablen werden gleichgesetzt (im Gegensatz zur Bilanzbildung der Netze auf dem TOP-Energy-Schema).
    • Pinvariablen haben je nach Bedeutung und Konvention unterschiedliche Vorzeichen: die Antriebsenergie ist als „verbrauchte Leistung“ negativ, die produzierte Energie ist als „erzeugte Leistung“ positiv, z. B. ist in der Power-to-Heat-Komponente die elektrische Leistung negativ und die Wärmeleistung positiv.
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