Echtzeitsimulation und Netzintegration einer Mikrogasturbine

In dieser Arbeit wurde eine Versuchsumgebung für eine kommerzielle Mikrogasturbine erstellt. Mit der Umgebung wurde die Einbindung einer realen Mikrogasturbine in einen virtuellen Haushalt analysiert. Die Einbindung erfolgte mittels Echtzeitsimulationssystem. Darüber hinaus wurden im Rahmen dieser Arbeit Simulationsmodelle der Mikrogasturbine und des Haushalts implementiert. Das Ziel war die Untersuchung der Machbarkeit eines autarken Haushalts mittels einer Mikrogasturbine. Neben der Autarkie wurden als weitere Entscheidungsmerkmale technische, ökonomische und ökologische Faktoren eingeführt. Damit wurden Wechselwirkungen beispielsweise zwischen Ladezuständen, Betriebskosten und CO2 Emissionen verglichen. Die Einbindung der realen Mikrogasturbine in einen virtuellen Haushalt erfolgte mittels zweier Echtzeitsimulationssysteme unterschiedlicher Hersteller. Die Charakteristiken beider Simulatoren wurden detailliert untersucht. Dabei standen Integrierbarkeit, Softwarenutzung und Datenerfassung im Vordergrund. Von der Inbetriebnahme, über die Modellierung bis zur den Anwendungsszenarien wurde jeder Arbeitsschritt in beiden Systemen redundant durchgeführt. Der Modellierungsvorgang der Mikrogasturbine in den Echtzeitsimulatoren ähnelt sich. Zuerst wurde das grundlegende mathematische Modell erstellt und anschließend zum Testen in Simulink implementiert. Nach ausführlichen Test in der Simulink Umgebung wurde das Modell in die Programmieroberfläche der Simulatoren übersetzt. Dieser Ablauf wurde für drei verschiedene Modelle der Mikrogasturbine wiederholt. Die drei erstellten Modelle unterscheiden sich in ihrer Komplexität. Die verschiedenen Modelle wurden auf ihre Anwendbarkeit im Echtzeitsimulator untersucht. Dabei wurde konkret untersucht welche Mikrogasturbinenmodelle die geringste Rechenzeit im Verhältnis zur Genauigkeit aufweisen. Das geeignetste Modell wurde für die Anwendungsuntersuchungen ausgewählt. Als bestes Modell der Mikrogasturbine hat sich das Modell der Änderungsrate erwiesen. Die Abweichung zu den Messdaten beträgt weniger als 3 %. Die Messunsicherheit ist bereits in diese Rechnung einbezogen und detailliert dargestellt. Um die Autarkie sicherstellen zu können, muss die minimale Speicherkapazität des Batteriesystems 10,2 kWh betragen. Dies ist gleichzeitig auch der optimale Punkt in Bezug auf die Gesamtkosten. Eine Erhöhung der Speicherkapazität führt zu höheren Gesamtkosten. Die Größe des Warmwasserspeichers beeinflusst nicht signifikant die Gesamtkosten, jedoch die Anzahl der thermisch bedingten Startvorgänge. Kleinere Batteriespeicher mit einer Kapazität von beispielsweise 7,7 kWh sind mit einem minimalen Ladezustand von 30% nicht autarkiefähig. Wird dieser minimale Ladezustand im Regler auf 70 % erhöht, kann die Autarkie erreicht werden. Jedoch erhöhen sich durch das häufigere Zuschalten der Mikrogasturbine die Gesamtkosten um 6%. Die CO2 Emissionen steigen sogar um 10%. Die optimale Größe der PV-Anlage in Bezug auf Gesamtkosten und Energieüberschuss liegt für den untersuchten Beispielhaushalt bei 10 m². Bei der Variation der PV-Anlagengröße wurde ersichtlich, dass jede praktikable PV-Anlagengröße hilft die Gesamtkosten zu senken und somit empfehlenswert ist. Auf Grund der aktuellen hohen Erdgaspreise liegen die Gesamtkosten im Bereich eines wirtschaftlichen Betriebs mit Wasserstoff. Die neueste Generation der Mikrogasturbinen ist in der Lage mit Wasserstoff betrieben werden zu können. Mit Hilfe des Echtzeitsimulators wurde das Modell der Mikrogasturbine durch die reale Gasturbine ersetzt. Das vereinfachte Modell der Mikrogasturbine stößt bei den nichtdeterministischen Startvorgang der Gasturbine an seine Anwendungsgrenze. Das reale Verhalten der Mikrogasturbine führt, im Gegensatz zum vereinfachten Modell zu einem Stromausfall im Haushalt. Als Gegenmaßnahme wird im Fall eines kritischen Ladezustands die minimale Ladegrenze auf 50% erhöht. Damit wurde die Autarkie des Haushalts wieder sichergestellt. Die Beeinflussung auf die jährliche Energiebilanz der Gegenmaßnahme in die Ladezustandsregelung ist vernachlässigbar

Die Systemsoftware für den First Level Trigger des HERA-B Experiments

Für das HERA-B Experiment am DESY in Hamburg entwickelt der Lehrstuhl für Informatik V die Hard-und Software der ersten Triggerstufe. Das benötigte System muß hoch selektiv und effizient interessante Messungen bei einer Meßrate von 10 Mhz herausfiltern. Für die Analyse stehen 9 Mikrosekunden zur Verfügung, in denen aus einer Messung Spuren rekonstruiert werden müssen. Hierfür wird ein Multiprozessorsystem mit massiv paralleler und gepipelineter Architektur aufgebaut. Es besteht aus etwa 80 diskret aufgebauten Spezialprozessoren, die bis zu 600 Millionen Spuren/s rekonstruieren. Die Daten werden mit einer Rate von 1 Terabit/s über 1600 optische Verbindungen empfangen. Jedes Prozessorboard ist als VME-Einschub ausgeführt, der zusätzlich einen Mikroprozessor zur Steuerung besitzt. Insgesamt besteht das heterogene Steuerungssystem des Triggers aus etwa 90 Rechnern, die über VME-Bus und Ethernet kommunizieren. Während der Server und die VME-Host-Rechner mit Unix arbeiten, besitzen die Board-Mikroprozessoren kein Betriebssystem und nur den VME-Bus als Schnittstelle nach außen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine Entwicklungs- und Laufzeitumgebung implementiert, die das Programmieren dieser Rechner in C und die Verwendung der C-Standardbibliothek erlaubt. Weiterhin wurde ein Prototyp für ein zentrales Trigger-Steuerprogramm, mit grafischer Oberfläche und Netzwerkkommunikation zu den einzelnen Board-Prozessen, in der Sprache Tcl/Tk entwickelt. Für Tests, Inbetriebnahme und physikalische Fragestellungen wird eine Simulation des Triggers und der vorgeschalteten drei Pretriggersysteme, die an anderen Instituten entwickelt werden, benötigt. Im Rahmen der Arbeit wurde ein objektorientiertes Framework entwickelt, mit dem logische Simulationen digitaler Schaltungen implementiert werden können. Es wird von den Instituten eingesetzt, um ihre Subsystemsimulationen zu entwickeln, die dann aufgrund der gemeinsamen Basis zu einer Gesamtsimulation zusammengefügt werden können

Das erweiterte X-in-the-Loop-Framework zur durchgängigen Integration von Optimierungsverfahren in den Produktentwicklungsprozess am Beispiel der Entwicklung energieeffizienter Fahrzeuge = The advanced X-in-the-Loop-Framework for continuous integration of optimization procedures into the product development process using examples of the development of fuel efficient vehicles

Die Anforderungen an die Individualmobilität steigen weiter an: So erwartet der Konsument innovative Fahrzeuge - bei gleichbleibenden Kosten. Gleichzeitig muss gesetzesinduziert die Abgasemission weiter reduziert und im Hinblick auf die schwindenden Ressourcen der Kraftstoffverbrauch gesenkt werden. Deshalb wird in der vorliegenden Arbeit das erweiterte X-in-the-Loop-Framework zur durchgängigen Integration von Optimierungsverfahren in den Produktentwicklungsprozess entwickelt und validiert

Untersuchung von Einflussfaktoren auf SPEC CINT95- und CFP95-Benchmarks

Die Arbeit untersucht Einflussfaktoren auf die SPEC-CPU- Benchmarks CINT95 und CFP95. Es werden die Messbedingungen bei Messungen von Rechnerherstellern fuer SPEC-Veroeffentlichungen und bei Messungen im Universitaetsrechenzentrum verglichen. Aus den unterschiedlichen Bedingungen werden moegliche Einflussfaktoren abgeleitet, die fuer die Abweichung der Benchmarkergebnisse unter Lastbedingungen ursaechlich sein koennten. Fuer diese Einflusskomponenten eines Rechnersystems werden charakteristische Lastmasse erarbeitet. Im experimentellen Teil der Arbeit werden 4 Rechner des Universitaetsrechenzentrums mit 4 gezielt ausgewaehlten SPEC- CPU-Benchmarks untersucht. Ueber mehrere Wochen hinweg werden dabei Messungen unter verschiedensten Lastverhaeltnissen durchgefuehrt, wobei jeweils die Benchmarklaufzeit und die mittleren Werte fuer die definierten Lastmasse erfasst werden. Auf Basis dieser 16 Messreihen von jeweils 20 bis 60 Messungen werden schliesslich Aussagen zu Einflugroessen auf einzelne Benchmarks, zum generellen Einfluss einzelner Teilsysteme, sowie zum differenzierten Lastverhalten der einzelnen betrachteten UNIX-Rechnersysteme gewonnen