Architekturdesign zur Langzeitmessung von Gebäude-Energieprofilen

Thesis category:
Master-Projekt
Supervisors:
Hielscher, Kai-Steffen Jens
Chair of Computer Science 7 (Computer Networks and Communication Systems)
Phone +49 9131 85 27932, Fax +49 9131 85 27409, E-Mail: kai-steffen.hielscher@fau.de
Description:
Im Rahmen des Forschungspraktikums/Projektarbeit soll eine Architektur inklusive Sensorik entwickelt werden, die es ermöglicht minimal-invasiv und kostengünstig wichtige Messgrößen für die Simulation von vernetzten intelligenten Energiesystemen in Wohnhäusern über einen langen Zeitraum aufzuzeichnen. Die Daten sollen zusammen mit Wettervorhersagen zur weiteren Aufbereitung zentral in der Lehrstuhldatenbank hinterlegt werden. Eine Online Wartung und Diagnose soll ebenfalls implementiert werden. Wichtige Messgrößen:
  • Innen-/Außentemperatur

  • Sonneneinstrahlung

  • Wind

  • Energieerzeugung und Verbrauch (Strom und Wärme)

Durch Unterstützung und Zuarbeit für wissenschaftliche Mitarbeiter können Masterstudenten/innen Erfahrung in der Projekt- und Forschungstätigkeit gewinnen. Die Anforderungen an wissenschaftlicher Durchdringung sind dabei nicht so gestellt, wie bei der Erstellung einer Abschlussarbeit. Als Ergebnis sollte ein 6-10 seitiger Bericht sowie eine Dokumentation/Bedienungsanleitung des geschaffenen Aufbaus bzw. Programms abgeliefert werden. Allgemeine Informationen

  • Zeitlicher Umfang: 5 bzw. 10 ECTS

  • Teilnehmerzahl: 1-8 (Gruppenarbeit)

  • Ansprechpartner: Dr.-Ing. Jürgen Eckert (juergen.eckert@fau.de)

Voraussetzung

  • JAVA, C und/oder Python Programmierung

  • Netzwerkkommunikation

  • Datenbanksysteme

  • Schaltungsentwurf und Fertigung

Progress status:
The thesis is still available for assignment.


Comparison between electric vehicles and stationary batteries to increase the penetration of solar energy in an urban distribution grid

Thesis category:
Master Thesis
Supervisors:
Pruckner, Marco
Chair of Computer Science 7 (Computer Networks and Communication Systems)
Phone 09131-85-27697, Fax 09131-85-27409, E-Mail: marco.pruckner@fau.de

Ballarin, Andrea
Chair of Computer Science 7 (Computer Networks and Communication Systems)
Phone 28700, E-Mail: andrea.ballarin@fau.de

Description:
Motivation
The share of distributed energy resources (DERs) such as photovoltaic systems in the power grid is steadily increasing. We expect the same to happen with electric vehicles (EVs) in the coming years. While DERs threaten the stability of the grid due to their variability and unpredictability, EVs pose challenges when it comes to the coordination of the charging process. Stationary batteries are often proposed as a solution to the first problem (batteries would store energy from solar systems and give it back when the sun does not shine) although EVs could offer similar benefits. In fact, EVs are batteries that can be connected to the grid more than 90% of the day and could be used as flexible resources to favor an increased penetration of solar energy within a city. This thesis aims to analyze in detail this potential.

Scope
The thesis will consist of three main parts. The first part entails the analysis of vehicles mobility in Germany and the implementation of a stochastic model within a portion of a city. The analysis will help to answer the question: “when (time of the day) and where (home or work) are EVs connected within the distribution network of a city and thereby what is their availability to act as storage devices for the grid”. This task will require the improvement (C++ code) of the EV charging station already developed in GridLAB-D, an open-source power distribution system software. Second, it is necessary to model a portion of the distribution grid and populate it with residential as well as commercial electric loads, photovoltaic systems, electric vehicle stations and/or stationary batteries. Simple algorithms will be formulated which control the charge/discharge of batteries and EVs. Third and last, some scenarios will be analyzed in order to compare the potential of both batteries and EVs to favor an increased penetration of solar energy in the network without compromising its stability.

Assumed lectures or skills:
Requirements
  • Student in one of the following fields: Computer Science, Computational Engineering, Energy Technology or other Engineering/Natural science study programs

  • Interest in/first experience with electro-mobility and renewable energy as well as modelling and simulation

  • Preferred good knowledge of C++. Alternative: Python, Matlab

  • Ability to work independently

Progress status:
The thesis is still available for assignment.


Entwicklung von Modellierungskonzepten zu Alterungsphänomenen diverser elektrochemischer Speichertechnologien

Thesis category:
Studien-/Bachelor-/Diplom-/Masterarbeit
Supervisors:
Dicke, Paul
Chair of Computer Science 7 (Computer Networks and Communication Systems)
Phone +49 9131 85 27914, E-Mail: paul.dicke@fau.de

German, Reinhard
Chair of Computer Science 7 (Computer Networks and Communication Systems)
Phone +49 9131 85 27916, Fax +49 9131 85 27409, E-Mail: reinhard.german@fau.de

Description:
Motivation:
Ob beispielsweise zur Erbringung von Regelleistung, als Heimspeicher zur Eigenverbrauchsoptimierung erneuerbarer Stromerzeugung oder in mobiler Anwendung im Elektrofahrzeug – elektrochemische Speicher sind ein essentieller Bestandteil des Energiesystems der Zukunft. Jedoch stellen in der unternehmerisch konservativ orientierten und lange vorausplanenden Energiebranche Prognostizierbarkeit und Beständigkeit der Anlagen eine Kernvoraussetzung für ein risikoarmes Investment dar, weswegen präzise Modelle zur Simulation des Alterungsverhaltens der eingesetzten Speichertechnologie von besonderem Interesse sind.
Aufgabenstellung:
Ziel der Arbeit ist es, im Rahmen des Projektes „Multi Battery Systems Hybrid and New Storage Simulation Tool", einen differenzierten Überblick über kalendarische und zyklische Degradationsprozesse von Batterien verschiedener Technologien und deren Berücksichtigung in einschlägigen Modellen zu geben. Dazu sollen in einer breit gefächerten Literaturrecherche sowohl die zugrundeliegenden Mechanismen der Alterungs­phänomene unter Berücksichtigung des jeweiligen Einsatzgebietes und der Betriebsmodi beschrieben, als auch deren Umsetzung in bestehenden Batteriemodellen dargelegt werden. Darauf aufbauend sollen Konzepte erarbeitet werden, in welcher Form das Alterungsverhalten in Modelle implementiert werden kann, wie diese parametriert werden können und welche operativen Restriktionen für einen ökonomischen Betrieb der jeweiligen Zelltypen existieren. Betrachtete Batteriechemien sind neben geläufigen Lithium-Ionen und Blei-Technologien, auch Systeme der Post-Lithium Generation, also beispielsweise von Redox-Flow-Batterien oder Thermalbatterien. Abgesehen von eigenständiger und vorhandener lehrstuhlseitiger Literaturrecherche kann dazu auch auf Ergebnisse und Messdaten aus Projekten der Forschungs- und Entwicklungs­abteilung der Siemens AG (Corporate Technology) zurückgegriffen werden.
Assumed lectures or skills:
  • vorzugsweise Studierende(r) im Bereich der Energietechnik, Informatik,Computational Engineering oder vergleichbarer Ingenieurwissenschaft
  • Interesse und erste Erfahrungen in den Themenbereichen Speichertechnologien, Energiesystemanalyse, Modellierung und Simulation

  • selbstständige, strukturierte und gewissenhafte Arbeitsweise

Keywords:
elektrochemische Speicher, Energie, Batteriealterung, Modellierung und Simulation
Progress status:
The thesis is still available for assignment.


Herleitung charakteristischer Typtage für die Einspeisung aus Wind- und Solarenergie unter Verwendung moderner Methoden der Datenanalyse

Thesis category:
Master Thesis
Supervisors:
Pruckner, Marco
Chair of Computer Science 7 (Computer Networks and Communication Systems)
Phone 09131-85-27697, Fax 09131-85-27409, E-Mail: marco.pruckner@fau.de
Description:
Motivation
Mit den Beschlüssen der deutschen Bundesregierung zur Energiewende wird die deutsche Energieversorgung nachhaltig umgestaltet. Die Hauptziele sind dabei, eine der umweltschonendsten und energiesparsamsten Volkswirtschaften bei gleichzeitig wettbewerbsfähigen Energiepreisen zu werden. Hierfür bedarf es der Unterstützung von erweiterten Analysesystemen, die sowohl die technischen als auch marktregulatorischen und rechtlichen Rahmenbedingungen gleichermaßen berücksichtigen.

Aufgabenstellung
Durch die Weiterentwicklung eines Simulationsmodells für elektrische Energiesysteme auf europäische Maßstabe nimmt die Komplexität dieser Aufgabenstellung auf vielfältige Weise zu. Das bisherige Modell beschränkt sich auf Deutschland. Dabei wird die Einspeisung aus Wind- und Solarenergie durch Zeitreihen modelliert. Dieser Ansatz ist aufgrund der zunehmenden Komplexität nicht länger anwendbar. Im Rahmen dieser Arbeit sollen deshalb aus den von den Übertragungs-netzbetreibern veröffentlichten Zeitreihen für die Windenergie- und Solarenergieeinspeisung charakteristische Typtage unter Einsatz moderner Datenanalyse-Methoden (Deep Learning, Shallow Learning, Neuronale Netze, etc.) hergeleitet werden. Typtage sollen dabei die wesentlichen Einspeisecharakteristika abhängig von der Außentemperatur, Jahres- und Tageszeit sowie weiteren Parametern repräsentieren. Anschließend sollen die Ergebnisse im Rahmen eines Simulationsmodells zur Modellierung der Wind- und Solarenergieeinspeisung umgesetzt und validiert werden.

Assumed lectures or skills:
  • Studierende im Bereich der Informatik, Mathematik oder Ingenieur-wissenschaften
  • Interesse an Methoden der Datenanalyse

  • Erste Programmierkenntnisse wünschenswert

  • Selbständige und gewissenhafte Arbeitsweise

Keywords:
Windenergie, Solarenergie, Einspeisung
Progress status:
The thesis is still available for assignment.


Integration einer standard-basierten Middleware für verteilte Simulationen in SimTAny Framework

Thesis category:
Studien-/Bachelor-/Diplom-/Masterarbeit
Supervisors:
Deitsch, Anna
Chair of Computer Science 7 (Computer Networks and Communication Systems)
Phone 09131-85-27931, Fax 09131-85-27409, E-Mail: anna.deitsch@fau.de

Alagöz, Ibrahim
Chair of Computer Science 7 (Computer Networks and Communication Systems)
Phone 09131-85-27931, Fax 09131-85-27409, E-Mail: Ibrahim.Alagoez@fau.de

Description:
Neben generischen Middlewarelösungen für die Steigerung der Ausführungsgeschwindigkeiten einer Simulation und für die Integration von Teilsimulationen zu komplexeren Simulationen existieren spezielle Integrationsframeworks wie das IEEE-Standard High-Level Architecture (HLA). Diese bieten Lösungen um verschiedenartige Simulations- Animations- und Supporttools miteinander zu vernetzen bzw. zu koppeln. Insbesondere unterstütz HLA die Simulation von heterogenen Systemen. Das SimTAny Framework, welches am Lehrstuhl 7 entwickelt wird, unterstützt die Erstellung von Systemmodellen und deren Simulation in der OMNeT++ Umgebung. Die Simulation von Systemmodellen in früheren Entwicklungsphasen dient der frühen Absicherung funktionaler und nicht-funktionaler Anforderungen. Auf Basis des HLA Konzeptes soll das Potential vom SimTAny Framework zur Validierung heterogener komplexer Simulationen untersucht werden.

Ziele und Teilaufgaben:
Für diese Arbeit sollen folgende Teilaufgaben bearbeitet werden:

  • Einarbeitung: SimTAny, Diskrete-Event Simulation (DES) und IEEE-Standard HLA

  • Konzeption von Strategien zur Integration von HLA in die vorhandene SimTAny Werkzeugumgebung

  • Implementierung von HLA-Schnittstellen für Teilsimulation in OMNeT++ und MATLAB anhand eines geeignetes Beispiels

  • Persistierung der Simulationsergebnisse für Analyse-, Monitoring- und Visualisierungsdiensten

Assumed lectures or skills:
  • Programmierspachen: Java, C/C++
  • Freude an der selbstständigen lösungsorientierten Arbeit

Keywords:
Discrete-Event Simulation, Verteilte Simulation, Heterogene Systeme
Progress status:
The thesis is still available for assignment.


IRIG-H-Referenzuhr-Treiber

Thesis category:
Studien-/Bachelor-/Diplom-/Masterarbeit
Supervisors:
Hielscher, Kai-Steffen Jens
Chair of Computer Science 7 (Computer Networks and Communication Systems)
Phone +49 9131 85 27932, Fax +49 9131 85 27409, E-Mail: kai-steffen.hielscher@fau.de
Description:
Für die Anbindung von externen Uhren wird häufig ein PPS-Impuls (Pulse-per-Second) verwendet, der von externen Uhren wie beispielsweise GPS-Empfängern oder DCF77-Funkuhren ausgegeben wird. Viele Betriebssysteme enthalten im Kernel Mechanismen, die es ermöglichen, eintreffende PPS-Pulse mit einem Zeitstempel der lokalen Uhr des Systems zu versehen. Da ein PPS-Signal den Sekundenbeginn markiert, kann mittels der Zeitstempel für die Pulse der Offset der lokalen Uhr bestimmt werden. Aus Zeitstempeln aufeinanderfolgender Pulse kann zudem der Frequenzfehler der Uhr ermittelt werden, da die Frequenz der eintreffenden Pulse genau 1 Hz beträgt. NTP bietet die Möglichkeit, solche Zeitstempel zu verarbeiten. Leider ist zusätzlich zu den PPS-Pulsen noch ein weiterer Zeitgeber nötig, der festlegt, auf welche Sekunde sich die Pulse beziehen, d.h. das Datum und die Uhrzeit müssen dem System genauer als eine halbe Sekunde bekannt sein.

Der IRIG-H-Standard erlaubt die zusätzliche Codierung des aktuellen Datums und der aktuellen Zeit in die PPS-Pulse, indem die Pulslängen variiert werden. Ein ähnliches Verfahren kommt auch bei der Übertragung des DCF77-Zeitsignals zum Einsatz.

Ziel einer studentischen Arbeit wäre, einen NTP-Referenzuhr-Treiber zu programmieren, der die PPS-API moderner Betriebssysteme nutzt, um aus den Zeitstempeln für IRIG-H-Pulse die aktuelle Uhrzeit und das Datum zu extrahieren und NTP zur Verfügung zu stellen. Zudem soll im Rahmen der Arbeit die Genauigkeit der erreichbaren Synchronisation evaluiert werden. Wird die Aufgabenstellung im Rahmen einer Masterarbeit bearbeitet, so soll auch der zugehörige IRIG-H-Sender implementiert werden (weitere Informationen dazu in gesonderter Aufgabenstellung).

Further information
Keywords:
NTP, IRIG-H, Refclock
Progress status:
The thesis is still available for assignment.


IRIG-H-Senderhardware

Thesis category:
Studien-/Bachelor-/Diplom-/Masterarbeit
Supervisors:
Hielscher, Kai-Steffen Jens
Chair of Computer Science 7 (Computer Networks and Communication Systems)
Phone +49 9131 85 27932, Fax +49 9131 85 27409, E-Mail: kai-steffen.hielscher@fau.de
Description:
Für die Anbindung von externen Uhren wird häufig ein PPS-Impuls (Pulse-per-Second) verwendet, der von externen Uhren wie beispielsweise GPS-Empfängern oder DCF77-Funkuhren ausgegeben wird. Viele Betriebssysteme enthalten im Kernel Mechanismen, die es ermöglichen, eintreffende PPS-Pulse mit einem Zeitstempel der lokalen Uhr des Systems zu versehen. Da ein PPS-Signal den Sekundenbeginn markiert, kann mittels der Zeitstempel für die Pulse der Offset der lokalen Uhr bestimmt werden. Aus Zeitstempeln aufeinanderfolgender Pulse kann zudem der Frequenzfehler der Uhr ermittelt werden, da die Frequenz der eintreffenden Pulse genau 1 Hz beträgt. NTP bietet die Möglichkeit, solche Zeitstempel zu verarbeiten. Leider ist zusätzlich zu den PPS-Pulsen noch ein weiterer Zeitgeber nötig, der festlegt, auf welche Sekunde sich die Pulse beziehen, d.h. das Datum und die Uhrzeit müssen dem System genauer als eine halbe Sekunde bekannt sein. Dazu kann beispielsweise der serielle NMEA-Datenstrom eines üblichen GPS-Empfängers genutzt werden.

Die PPS-Pulse können bei Hardware-Messungen, wie wir sie in unserem Smart-Grid-Labor durchführen, auch problemlos mit aufgezeichnet werden, z.B. beim Sampling mittels eines Digitalspeicheroszilloskops. Leider besteht auch hier das Problem, dass die resultierende Ereignisspur nicht erkennen lässt, an welchem Tag und zu welcher Uhrzeit die Spur erstellt wurde, auch hier sind zusätzliche Informationen nötig, um dies zu ermöglichen.

Der IRIG-H-Standard erlaubt die Codierung des aktuellen Datums und der aktuellen Zeit in die PPS-Pulse, indem die Pulslängen variiert werden. Ein ähnliches Verfahren kommt auch bei der Übertragung des DCF77-Zeitsignals zum Einsatz.

Ziel einer studentischen Arbeit wäre, ein kleines eingebettetes System zu erstellen, das ankommende PPS-Pulse und den seriellen Datenstrom eines GPS-Empfängers verarbeitet und ein neues PPS-Signal daraus generiert, bei dem die Länge der PPS-Pulse die Uhrzeit und das Datum nach IRIG-H codiert. Am besten sollte die steigende Flanke des IRIG-H-Signals direkt in Hardware von dem ankommenden PPS-Signal übernommen werden, während die fallende Flanke, je nach Uhrzeit und Datum, von der Software auf dem eigebetteten System erzeugt werden kann. In Vorarbeiten hatten wir dazu ein flankengetriggertes D-Flipflop mit asynchronem Reset genutzt, es sind jedoch auch andere Schaltungsvarianten denkbar.

Further information
Keywords:
NTP,IRIG-H, embedded, STM32
Progress status:
The thesis is still available for assignment.


Master Thesis at IEE: Integration of Stochastic Models and Simulation Control into a Simulation Framework

Thesis category:
Master Thesis
Supervisors:
German, Reinhard
Chair of Computer Science 7 (Computer Networks and Communication Systems)
Phone +49 9131 85 27916, Fax +49 9131 85 27409, E-Mail: reinhard.german@fau.de

Djanatliev, Anatoli
Chair of Computer Science 7 (Computer Networks and Communication Systems)
Phone +49 9131 85 27099, Fax +49 9131 85 27409, E-Mail: anatoli.djanatliev@fau.de

Hielscher, Kai-Steffen Jens
Chair of Computer Science 7 (Computer Networks and Communication Systems)
Phone +49 9131 85 27932, Fax +49 9131 85 27409, E-Mail: kai-steffen.hielscher@fau.de

Description:
In the Master’s Thesis, the following aspects will be covered
  • Identifying stochastic system parameters, i.e. uncertainties or variations in software and system behavior or in the surrounding world

  • Finding suited probability distributions

  • Implementing stochastic sampling and simulation control into an existing Matlabbased simulation framework

  • Conducting of validation studies

The Master’s Thesis offers challenging research on mathematical methods and sophisticated simulation concepts for Autonomous Driving
Furthermore, it offers the chance to work with specialists with long-term experience in this area in a start-up environment.

For further information and to submit your application please visit our website http://careers.iee.lu.

Assumed lectures or skills:
  • A course of studies in a technical area (e. g. computer science, mathematics, physics, electrical engineering)
  • Good mathematical understanding and analytical competencies

  • Strong interest in new and trendsetting technologies in the automotive industry

  • Good programming skills in Matlab and/or C/C++

  • Knowledge of standard business software products (Microsoft Office, Outlook, etc.)

  • Fluency in German and English are required, any other language is considered an asset

  • Strong coordination, negotiation, organization and communication skills

  • The ability to work autonomously in an international environment, creativity, team spirit and a pro-active attitude are imperative

Further information
Keywords:
Modelling, Simulation, Autonomous Driving, Automotive
Progress status:
The thesis is still available for assignment.


Masterarbeit bei BMW: Ereignisgesteuerte Versendung auf Automobilnetzwerken (BMWevNet)

Thesis category:
Master Thesis
Supervisors:
Hielscher, Kai-Steffen Jens
Chair of Computer Science 7 (Computer Networks and Communication Systems)
Phone +49 9131 85 27932, Fax +49 9131 85 27409, E-Mail: kai-steffen.hielscher@fau.de
Description:
Um Informationen zwischen Fahrzeugfunktionen auszutauschen, können Steuergeräte auf Kommunikationsnetzwerken sowohl zyklisch als auch ereignisgesteuert die notwendigen Daten an andere Empfänger senden. Dabei ist die Modellierung von ereignisgesteuerten Mustern mit mehr Problemen behaftet, oft wird eine Entprellzeit als Pseudozykluszeit für die Analyse und Simulation angenommen. Das führt in der Regel aber zu einer Überabschätzung der Informationsmenge und Übertragungshäufigkeit und somit zu nicht realistischen Vorhersagen.
Aufgabenstellung:
Ziel der Abschlussarbeit ist sowohl die Ermittlung, die Modellierung von ereignisgesteuerten Mustern auf verschiedenen Automobilnetzwerken (CAN, FlexRay, Ethernet) als auch deren prototypische Softwareimplementierung in industriell genutzten Simulations- und Analysewerkzeugen.

Detaillierung:

  • Ableitung von Mustern der Versendung von ereignisgesteuerten Nachrichten aus Traces unter unterschiedlichen Umgebungsbedingungen, auf unterschiedlichen Netzwerken (CAN, FlexRay, Ethernet), unter unterschiedlichen Steuergeräte-Sende-Charakteristiken und bei verschiedenen Fahrzeugen.

  • Herausarbeiten von Unterschieden in der Versendung ereignisgesteuerter Nachrichten zwischen signalbasierten und service-orientierten Netzwerken.

  • Ermittlung und Eliminierung von pseudozyklischen Nachrichten.

  • Erstellung und Modellierung von relevanten Mustern.

  • Prototypische Implementierung der Modelle (z.B. in SymtaVision Symta/S) für Last-, WCRT- und Offset-Analyse/-Simulation und Ermittlung der Relevanz im Vergleich mit der Fahrzeugimplementierung.

Keywords:
ereignisgesteuerte Nachrichten, Automobil, Netzwerk, Trace-Analyse, Simulation
Progress status:
The thesis is still available for assignment.


Masterarbeit bei BMW: Semi-Automatische Generierung FlexRay-Schedule (BMWautFR)

Thesis category:
Master Thesis
Supervisors:
Hielscher, Kai-Steffen Jens
Chair of Computer Science 7 (Computer Networks and Communication Systems)
Phone +49 9131 85 27932, Fax +49 9131 85 27409, E-Mail: kai-steffen.hielscher@fau.de
Description:
Ziel dieser Masterarbeit ist die Entwicklung und Software-Implementierung eines semi-automatischen Verfahrens zur Generierung solcher Nachrichten-Schedules für den FlexRay-Bus. Die Erstellung eines Nachrichten-Schedules stellt ein komplexes Optimierungsproblem dar, verschie-dene Optimierungskriterien müssen bei der Erstellung des Schedules berücksichtigt werden. Das Ergebnis des zu entwickelnden Scheduling-Algorithmus kann daher nur ein angenähertes Ergebnis sein, das eine möglichst minimale Menge von Vorschlägen für einen FlexRay-Schedule liefert. Zur Erreichung des Ziels müssen die folgenden Meilensteine erreicht werden:
  • Identifikation aller Parameter, die den Nachrichten-Schedule beeinflussen können

  • Aus den identifizierten Parametern, Ableitung von Optimierungskriterien für den Nachrichten-schedule

  • Formalisierung der Optimierungskriterien, so daß diese als Eingangsgröße für eine semi-auto-matische Schedule-Erzeugung genutzt werden können.

  • Beschreibung/Definition eines Verfahrens zur Erzeugung eines Schedule-Vorschlags: Optimierungskriterien müssen, wenn sinnvoll, gewichtet werden können, Schedulingverfahren muß berücksichtigen, daß der FlexRay-Bus nicht leer ist, d.h. Nachrichten sind bereits auf dem Bus vorhanden

  • Das in Schritt 4 beschriebene Verfahren soll prototypisch implementiert und in ein bestehendes Analysetool integriert werden.

Das zu implementierende Verfahren ist anhand von realen Bordnetz-Daten der BMW-AG zu evaluieren.

Keywords:
FlexRay, Schedule, Optimierung
Progress status:
The thesis is still available for assignment.


Modellierung eines Warmwasserspeichers für Haushalte mit AnyLogic

Thesis category:
Studien-/Bachelor-/Diplom-/Masterarbeit
Supervisors:
Bazan, Peter
Chair of Computer Science 7 (Computer Networks and Communication Systems)
Phone +49 9131 85 27414, Fax +49 9131 85 27409, E-Mail: Peter.Bazan@fau.de
Description:
Im Rahmen der Arbeit soll ein Simulationsmodell eines Warmwasserspeichers für die Beheizung eines Hauses erstellt werden. Dabei soll das System mittels einfacher thermischer Energieflüsse modelliert werden. Die Umsetzung geschieht in AnyLogic z.B. mittels System Dynamics Modellen für die Energieflüsse und State Charts für die Steuerentscheidungen. Die Modelle werden für den Simulationsbaukasten i7AnyEnergy benötigt, der die Simulation von Hausverbünden (Smart Grids) mit Energieverbrauchern und Energieerzeugern ermöglicht. Im ersten Schritt wird durch Literaturrecherche die grundlegende Arbeitsweise eines Warmwasserspeichers ermittelt. Dazu gehören die Schichtung der Warmwasserzonen im Speicher und die Energieverluste bezüglich der Oberfläche und Isolierung. Die gewonnenen Erkenntnisse dienen zur Erstellung eines ersten AnyLogic-Simulationsmodells der prinzipiellen Vorgänge. Es wird untersucht welche Eigenschaften dieses Modells zur Verbesserung der Genauigkeit verfeinert werden müssen und mit den Ergebnissen ein detaillierteres Modell erstellt. Durch Simulationsläufe werden die Modelle diskutiert und der Einsatz in einem Testszenario durchgeführt.
Assumed lectures or skills:
Qualifikationen / Required skills: Java Programmiererfahrung, Interesse an thermodynamischen Abläufen, Kenntnisse in diskreter und kontinuierlicher Simulation
Progress status:
The thesis is still available for assignment.


Modellierung und Simulation von Energiesystemen

Thesis category:
Diplom-/Masterarbeit
Supervisors:
Pruckner, Marco
Chair of Computer Science 7 (Computer Networks and Communication Systems)
Phone 09131-85-27697, Fax 09131-85-27409, E-Mail: marco.pruckner@fau.de
Description:
Im Rahmen der Diplom- oder Masterarbeit können Fragestellungen rund um das Projekt "Energiesystemanalyse Bayern" beantwortet werden. Das Projekt befasst sich mit der Modellierung und Simulation des bayerischen Energiesystems. Die Modellierung und Simulation konventioneller Kraftwerke, fluktuierender Stromerzeuger und Stromspeicher stehen im Vordergrund. Energiewirtschaftliche Rahmenbedingungen sollen dabei berücksichtigt werden. Mögliche Fragestellungen:
  • Modellerweiterungen, um den Kraftwerkseinsatz für Gesamt-Deutschland in aggregierter Form abzubilden

  • Modellierung der Stromhandelbörse oder von Regelenergiemärkten

  • Modellierung und Simulation von erneuerbaren Energieträgern (Wind- und Sonnenenergie)

  • Prognosemodelle

Nähere Informationen erhalten Sie in einem persönlichen Gespräch.

Keywords:
Modellierung von Energiesystemen, Simulation, Smart Grid, Zeitreihenanalyse, stochastische Modellbildung
Progress status:
The thesis is still available for assignment.


MQTT als flexible Schnittstelle im Bereich erneuerbare Energien

Thesis category:
Master Thesis
Supervisors:
German, Reinhard
Chair of Computer Science 7 (Computer Networks and Communication Systems)
Phone +49 9131 85 27916, Fax +49 9131 85 27409, E-Mail: reinhard.german@fau.de

Luchscheider, Philipp
Chair of Computer Science 7 (Computer Networks and Communication Systems)
Fax +49 9131 85 27409, E-Mail: philipp.luchscheider@fau.de

Description:
Projekt Smart Grid Solar Das Projekt „Smart Grid Solar“ entwickelt in Hochfranken Methoden und Technologien, mit denen der erneuerbare Stromanteil (und insbesondere der Photovoltaikstrom-Anteil) am bayerischen Erzeugungsmix erhöht und nachhaltig in eine Vollversorgung überführt werden kann. Um dieses Ziel zu erreichen, wird der optimale Einsatz verschiedener Komponenten (Erzeugung, Speicher, Verbraucher) auf einem Testfeld gemeinsam erprobt. Die bereits in Betrieb genommenen Komponenten verschiedener Hersteller müssen hierfür in einer zentralen Logik verarbeitet werden. Zum Datenaustausch ist hierfür das Protokoll MQTT vorgesehen, welches sich durch seine leichte Protokollarchitektur und die flexiblen Einsatzmöglichkeiten qualifiziert. In der Arbeit sollen hierfür die Grundlagen in Zusammenarbeit mit dem Lehrstuhl Informatik 7 erarbeitet und vor Ort angewandt werden. Die Arbeit bietet darüber hinaus die Möglichkeit, sich in Themen aus dem Bereich der erneuerbaren Energien einzuarbeiten und Ideen ins interdisziplinäre Team einzubringen. Eine zumindest zeitweise Anwesenheit in Hof ist erwünscht. Eine Vergütung der Aufenthalte in Hof ist möglich.

Thema der Arbeit

  • Theoretische Vorbetrachtungen zum Protokoll MQTT

  • Aufstellen eines Schemas für MQTT-Topics

  • Anbindung der realen Komponenten an den MQTT Broker

Assumed lectures or skills:
Anforderungsprofil:
  • Studium im Bereich der Ingenieur- oder Naturwissenschaften (insb. der Informatik)

  • Selbständige Arbeitsweise (in Erlangen und Hof/Arzberg)

Beginn: ab sofort in Erlangen und am Standort Hof.

Kontakt:
ZAE Bayern
Dr.-Ing. Philipp Luchscheider
c/o Stadtwerke Hof
Unterkotzauer Weg 25
95028 Hof
+49 9131 9398-404
Philipp.Luchscheider@zae-bayern.de

Keywords:
Smart Grid Solar
Progress status:
The thesis is still available for assignment.


NTP: u-Blox-Referenzuhr

Thesis category:
Studien-/Bachelor-/Diplom-/Masterarbeit
Supervisors:
Hielscher, Kai-Steffen Jens
Chair of Computer Science 7 (Computer Networks and Communication Systems)
Phone +49 9131 85 27932, Fax +49 9131 85 27409, E-Mail: kai-steffen.hielscher@fau.de
Description:

Für die Anbindung von externen Uhren an NTP sind im Quellcode von NTP einige Referenzuhr-Treiber vorhanden. Viele dieser Treiber sind jedoch für veraltete Hardware. Moderne Hardware wird meist über generische Treiber in Kombination mit der PPS-API oder gpsd eingesetzt.

Ziel der Arbeit ist es, einen NTP-Referenzuhr-Treiber für aktuelle GPS-Empfänger der Firma u-Blox zu entwickeln, da diese GPS-Empfänger weit verbreitet und günstig sind sowie gute Leistungsparameter besitzen. Dabei soll der Referenzuhr-Treiber Typ 30 (Motorola UT Oncore) als Ausgangsbasis dienen, denn dieser Treiber hat sich in vielen Projekten bewährt, die sich mit hochgenauer Zeitsynchronisation beschäftigen. Viele der in dieser Referenzuhr vom Typ 30 umgesetzten Mechanismen lassen sich direkt auf u-Blox-Empfänger übertragen. Je nachdem, in welchem Rahmen die Arbeit bearbeitet wird, sind einige Erweiterungen denkbar. So soll im Rahmen einer Masterarbeit das von uns in diversen anderen Arbeiten umgesetzte Konzept der individuellen Messung der Interrupt-Latenz für jeden einzelnen PPS-Puls standardisiert in diesen Treiber integriert werden. Die Idee hierbei ist, dass es die PPS-API im Betriebssystem erlaubt, mit einem Echo-Impuls auf eingehende PPS-Pulse zu antworten. Die Timing-Varianten des uBlox-Chipsatzes (z.B. uBlox Neo-M8T) können diese Echo-Pulse mit einem eigenen Zeitstempel versehen. NTP kann dann wiederum die somit gemessene individuelle Interrupt-Latenz in die Zeitsynchronisation einbeziehen. Diese Mechanismen wurden in Vorarbeiten bereits evaluiert, jedoch existiert bislang keine standardisierte Umsetzung in einem eigenen Referenzuhr-Treiber für NTP.

Further information
Keywords:
NTP,u-Blox, GPS, Refclock
Progress status:
The thesis is still available for assignment.


Software Defined Networking for Time-Critical Smart Grid Applications

Thesis category:
Studien-/Bachelor-/Diplom-/Masterarbeit
Supervisors:
Awad, Abdalkarim
Chair of Computer Science 7 (Computer Networks and Communication Systems)
E-Mail: abdalkarim.awad@cs.fau.de
Description:
Description: Building and maintaining efficient data communication networks can be done either by continuously installing very expensive and up-to-date network elements (e.g. the newest switch with highest capabilities) or using intelligence. Software Defined Networking (SDN) presents a new paradigm for networking. It separates the data plan, from control plan and hence the intelligence in the network can be easily updated or modified. For instance, it will be possible to react very quickly to any situation in the network (e.g., failure of a switch). The intelligence of the network is done on the so-called controller, which could be a computer outside the network. This way, it will be possible to build an efficient network from relatively cheap network elements (e.g. SDN-enabled Switches).

Tasks: The main goal of this work is to implement a simulation model of an SDN network. Then a typical time-critical smart grid scenario will be implemented and explored. The simulation model will be implemented in the SDN simulator, Mininet.

Assumed lectures or skills:
C++ is preferable
Further information
Progress status:
The thesis is still available for assignment.


Stochastische Analyse sowie simulative Abbildung des Prognosefehlers der Einspeisung volatiler erneuerbarer Energien

Thesis category:
Studien-/Bachelor-/Diplom-/Masterarbeit
Supervisors:
Pruckner, Marco
Chair of Computer Science 7 (Computer Networks and Communication Systems)
Phone 09131-85-27697, Fax 09131-85-27409, E-Mail: marco.pruckner@fau.de

Steber, David
Chair of Computer Science 7 (Computer Networks and Communication Systems)
Phone +49 9131 85 27907, Fax +49 9131 85 27409, E-Mail: david.steber@fau.de

Description:
Im Rahmen der Weiterentwicklung eines Simulationsmodells zur Energiesystem-analyse des europäischen Energieversorgungssystems ist im Rahmen dieser Arbeit basierend auf vorliegenden historischen Daten ein energieträgerscharfes stochastisches Modell zur Berücksichtigung des Prognosefehlers der Einspeisung aus volatilen erneuerbaren Energien (z.B. Wind- und Solarenergie) zu entwickeln und simulativ abzubilden. Die hieraus resultierenden Erkenntnisse gilt es in einem Prognosemodul des Simulationsmodells zu implementieren, um den einzelnen Akteuren im Energiemarkt eine Vorhersage zur Optimierung ihres Anlagenparks bereitzustellen. Hierzu sind verschiedene Prognosehorizonte zu berücksichtigen und dafür entsprechende Methoden zu entwickeln.

Motivation
Mit den Beschlüssen der deutschen Bundesregierung zur Energiewende wird die deutsche Energieversorgung nachhaltig umgestaltet. Die Hauptziele sind dabei, eine der umweltschonendsten und energiesparsamsten Volkswirtschaften bei gleichzeitig wettbewerbsfähigen Energiepreisen zu werden. Hierfür bedarf es der Unterstützung von erweiterten Analysesystemen, die sowohl die technischen als auch marktregulatorischen und rechtlichen Rahmenbedingungen gleichermaßen berücksichtigen.

Assumed lectures or skills:
Studierende(r) im Bereich der Informatik, Ingenieurwissenschaften, Mathematik oder Naturwissenschaften Interesse an und erste Erfahrungen mit den Themenbereichen der elektrischen Energieversorgung sowie Simulation und/oder Programmierung Selbstständige und gewissenhafte Arbeitsweise
Progress status:
The thesis is still available for assignment.


SWARM - Simulativer Vergleich verschiedener elektrischer Speicherkonzepte

Thesis category:
Studien-/Bachelor-/Diplom-/Masterarbeit
Supervisors:
German, Reinhard
Chair of Computer Science 7 (Computer Networks and Communication Systems)
Phone +49 9131 85 27916, Fax +49 9131 85 27409, E-Mail: reinhard.german@fau.de

Steber, David
Chair of Computer Science 7 (Computer Networks and Communication Systems)
Phone +49 9131 85 27907, Fax +49 9131 85 27409, E-Mail: david.steber@fau.de

Description:
Im Rahmen des Kooperationsprojekts der N-ERGIE Aktiengesellschaft Nürnberg) und der Caterva GmbH (Pullach/München) mit dem Projekttitel „SWARM“ sollen technische und ökonomische Fragestellungen analysiert werden, die sich unter anderem mit der wirtschaftlichen und netzverträglichen Betriebsweise eines virtuellen Batteriespeichers, bestehend aus 65 einzelnen Batteriespeichersystemen in der Niederspannungsebene beschäftigen. Dabei wird der virtuelle Batteriespeicher zur Erbringung von Primärregelleistung im europäischen elektrischen Verbundnetz sowie die einzelnen Batteriespeichersysteme zur Steigerung des PV-Eigenverbrauches in Haushalten eingesetzt. Der Lehrstuhl für Informatik 7 hat hierfür zeitlich hochaufgelöste Simulationen eines Systems von dezentralen koordinierten elektrischen Kleinspeichern erstellt. Diese berücksichtigen stochastische Lastprofile, wetterabhängige photovoltaische Stromerzeugung, Batterien, Steueralgorithmen, die Erbringung von Primärregelleistung sowie verbundene Geldflüsse. Dies ermöglicht die Analyse des ökonomischen Nutzens sowohl für beteiligte Privathaushalte als auch für das gesamte System und die Abschätzung technischer Auswirkungen.

Inhalt der Abschlussarbeit
Ziel der Arbeit ist die Untersuchung einer Variante der im Feld befindlichen Batteriespeichersysteme. Dazu soll das bestehende Konzept eines kombinierten Kleinspeichers gegenüber dem zweier getrennter Kleinspeicher (einer für die Erbringung von Primärregelleistung und einer für die Speicherung von PV-Strom) simulativ miteinander verglichen werden. Ersteres ist bereits in einem Simulationsmodell umgesetzt, in das ein entsprechendes Modell der getrennten Batteriespeicher zu implementieren ist. Das bestehende und zu erweiternde Simulationsmodell wurde in der Simulationsumgebung AnyLogic (Java) implementiert. Hiermit sind beide Konzepte des virtuellen Großspeichers zu simulieren und über geeignete technische und ökonomische Zielgrößen voneinander abzugrenzen.

Assumed lectures or skills:
Anforderungsprofil:
-Studierende(r) im Bereich der Informatik, Ingenieurwissenschaften oder Naturwissenschaften -Interesse an und erste Erfahrungen mit den Themenbereichen der Erneuerbaren Energien sowie Simulation und/oder Programmierung -Selbstständige und gewissenhafte Arbeitsweise
Keywords:
Speicherkonzepte, SWARM, Energie
Progress status:
The thesis is still available for assignment.

Teaching newsRSS

Teaching overview

Kolloquiumsvortrag: 23. Januar 2018, Julian Vogel

reserviert

Published on 2017-11-06 12:56:32 (Permalink)

Kolloquiumsvortrag: 14. November 2017, Marc Ammon

Effektive Experimentplanung und automatisierte Optimierung im Kontext modellgetriebener Simulation

Mit dem am Lehrstuhl für Informatik 7 der Universität Erlangen-Nürnberg entwickelten Framework SimTAny können UML-Modelle in OMNeT++ Simulationen transformiert werden. Das Framework besitzt eine Komponente, welche die Experimentverwaltung für breit angelegte Simulationsstudien vereinfacht. Mit dieser ist es möglich Experimentkonfigurationen vorab statisch zu generieren, diese auszuführen und die Ergebnisse auszuwerten. Diese Arbeit beschäftigt sich mit dem Thema, wie Parameteroptimierungsstudien mittels einer dynamischer Experimentgenerierung umgesetzt werden können. Dazu wurde in dieser Arbeit ein Konzept entwickelt, welches auf Basis von genetischen Algorithmen eine dynamische und automatisierte Optimierung von Experimentkonfigurationen vornimmt. Diese erfolgt anhand von Zielvorgaben, welche der Benutzer für die Simulation vorgibt. Das entwickelte Konzept wurde anschließend für das SimTAny Framework realisiert und in die vorhandene Komponente für Experimentverwaltung integriert.   Ort: Raum 04.137, Martensstr. 3, Erlangen

Published on 2017-10-12 12:55:07 (Permalink)

Kolloquiumsvortrag: 19. Dezember 2017, Benedikt Hümmer

Herleitung des Einsatzes regionaler KWK-Anlagen zur Deckung der lokalen thermischen Last und Ableitung der resultierenden elektrischen Must-Run-Leistung

Im Rahmen der Weiterentwicklung eines Simulationsmodells zur Energiesystemanalyse des europäischen Energieversorgungssystems ist im Rahmen dieser Arbeit zunächst ein bestehendes Regionenmodell zur belastbaren Ableitung der regionalen Nachfrage elektrischer sowie thermischer Leistung auf Ebene der Landkreise basierend auf öffentlich verfügbaren Daten zu erweitern. Anschließend soll eine Analyse der bestehenden Nah- und Fernwärmeversorgung in Deutschland und des Einsatz der bestehenden Infrastruktur der Wärmeversorgung erfolgen. Hieraus kann in Verbindung mit einer anlagenscharfen Betrachtung die elektrische Must-Run-Leistung zur Berücksichtigung in der bundesweiten Kraftwerkseinsatzplanung hergeleitet werden. Abschließend soll die Analyse des Reduktionspotenzials der Must-Run-Leistung mittels thermischen Speichern erfolgen.   Ort: Raum 04.137, Martensstr. 3, Erlangen

Published on 2017-10-12 12:49:26 (Permalink)

Kolloquiumsvortrag: 16. Januar 2018, Christian Gürtner

Vergleichende Herleitung der Residuallast im deutschen elektrischen Energieversorgungssystem mittels eines Top-Down sowie eines Bottom-Up Ansatzes

Im Rahmen der Weiterentwicklung eines Simulationsmodells zur Energiesystemanalyse des europäischen Energieversorgungssystems ist im Rahmen dieser Arbeit ein Vergleich zweier Möglichkeiten zur Herleitung der elektrischen Residuallast im elektrischen Energieversorgungssystem durchzuführen. Zum einen sind historische Profile (Last, Einspeisung Erneuerbare Energien) für einen Top-Down Ansatz heranzuziehen und diese mit abzuleitenden Kenngrößen auf Modellregionen (z.B. Bundesländer) zu beziehen. Zum anderen sind auf Basis vorhandener und zu ergänzenden Daten zu den Modellregionen mittels eines Bottom-Up Ansatzes regionenscharf korrespondierende Zeitreihen (Last, Einspeisung Erneuerbare Energien) zu ermitteln. Anschließend gilt es, die Ergebnisse beider Ansätze zu vergleichen und zu bewerten. Ort: Raum 04.137, Martensstr. 3, Erlangen

Published on 2017-10-12 12:47:49 (Permalink)

Kolloquiumsvortrag: 28. November 2017, Rebekka Rupp

IT-Sicherheitszonenkonzept für ein Querverbundunternehmen unter Berücksichtigung der besonderen Anforderungen an die Bereiche ÖPNV, Strom- und Wasserversorgung

Ein IT-Sicherheitszonenkonzept hat das Ziel durch Bildung von sicherheitstechnisch getrennter Zonen die IT-Sicherheit innerhalb eines Unternehmens zu erhöhen. So wird verhindert, dass leicht angreifbare Systeme den Zugriff auf das gesamte Unternehmensnetz ermöglichen. Das entwickelte Zonenkonzept beinhaltet Zuordnungskriterien für die verschiedenen Zonen, Kommunikationsregeln an den Zonenübergänge, Verantwortlichkeiten und die wesentlichen Sicherheitsmaßnahmen. Dabei wurden gesetzliche und interne Vorgaben, sowie die Anforderungen der Stakeholder berücksichtigt.   Ort: Raum 04.137, Martensstr. 3, Erlangen

Published on 2017-09-26 10:00:43 (Permalink)