Die Leistungsaufnahme von Rechenzentren wächst stetig und stellt ein relevantes Volumen im Energiesektor dar, sie lässt sich allerdings nicht bzw. nur unzureichend steuern. Maßgeblich wird die Leistungsaufnahme von der Rechenleistung bestimmt, die durch die jeweils betriebenen Applikationen abgerufen wird. In dieser Arbeit wird das auf dem Prinzip einer Ressourcen-Überprovisionierung beruhende Online Heuristic Machine Allocation (OHMA)-Verfahren vorgestellt. Mittels Server-Virtualisierung als Basis-Technologie werden virtuelle Maschinen als Vehikel zum Verschieben von Rechenlast verwendet und so eine Serverauslastung erzeugt, die einer geforderten Leistungsaufnahme entspricht. Eine Steuerung der Serverleistungsaufnahme wird so ermöglicht. Das Verfahren wird als Automaten-Modell in der Simulationsumgebung Uppaal modelliert und anhand von Datensätzen aus der Industrie evaluiert. Es wird eine Leistungsanpassung von bis zu 50% mit der Technik einer Ressourcen-Überprovisionierung bei linearer Komplexität des Verfahrens erreicht.
The power consumption of data centers is growing steadily and represents a relevant volume in the energy sector, but it cannot be controlled or can only be controlled insufficiently. The power consumption is largely determined by the computing power that is demanded by the applications being operated. This thesis presents the Online Heuristic Machine Allocation (OHMA) approach, which is based on the principle of resource over-provisioning. Using server virtualization as a base technology, virtual machines are used as a vehicle to shift computational load and thus generate a server workload that corresponds to a required power consumption. Control of server power consumption is thus enabled. The method is modeled as an automaton model in the Uppaal simulation environment and evaluated against industry data sets. A power adjustment of up to 50% is achieved using the technique of resource over-provisioning with linear complexity of the approach.
Durch die erneuerbaren Energien und neue Mobilitätskonzepte befindet sich das Energiesystem in Deutschland in einem tiefgreifenden Wandel. Die daraus resultierende Dynamik der Einspeisung und Entnahme von elektrischer Energie bei gleichzeitiger Liberalisierung des Energiemarktes führt zu neuen Herausforderungen in der Energiewirtschaft. Ein Ansatz zur Integration dieser Ressourcen ist die Bündelung zu Virtuellen Kraftwerken, wobei die Aggregation durch die Volatilität der Ressourcen dedizierte Risiken beinhaltet. Die Arbeit beschreibt einen Lösungsansatz durch dynamische Energiedienstleistungen zur flexiblen Einbindung von Energieressourcen in die Virtuellen Kraftwerke von Aggregatoren. Dies erlaubt die Schließung der konzeptionellen Lücke zwischen Netzdienstleistungen und existierenden Energiemärkten. Durch Nutzung der existierenden und zukünftigen IKT-Kapazitäten werden virtuelle Kraftwerke so zu dynamischen, skalierbaren und marktnahen Treibern der Energie- und Mobilitätswende.
Due to the energy transition and the general shift towards a smarter demand-side new challenges in the electrical power system arise. One approach to solve these challenges is bundling the resources in Virtual Power Plants. While this approach makes the complexity of control transparent, it comes with operational risks, due to the nature of the heterogeneous, distributed and fluctuating resources. This thesis proposes Energy Services as a solution for the integration of small-scale, heterogeneous resources in Virtual Power Plants. The concept allows the efficient and dynamic exchange of capabilities of energy resources with the virtual power plant. Energy Services and the corresponding market can close the conceptual gap between existing energy markets and ancillary services. By using existing and future ICT-capabilities of the distributed energy resources, energy services will support the virtual power plant concept through the dynamic and efficient integration of resources.
Smart Cities, Green Technologies, and Intelligent Transport Systems Cham : Springer International Publishing, 2019 (2019), Seite 3-26 Online-Ressource (XIV, 355 p. 153 illus., 121 illus. in color, online resource)
Durch die Energiewende ist es zukünftig nötig, kleinere dezentrale Geräte zu nutzen, um das Energienetz zu stabilisieren. Dies kann durch verteilte Energiemanagement-Algorithmen gewährleistet werden. Ein objektiver Vergleich oder eine Bewertung dieser Algorithmen ist jedoch aufgrund der Komplexität schwierig. An diesem Punkt setzt die Arbeit an. Zentrale Faktoren für die Bewertung von Energiemanagement-Algorithmen sind die Energiemanagement-Qualität sowie das Kommunikationsverhalten. Der vorgestellte Simulator SiENA ermöglicht die Simulation des Stromverbrauchs von Haushalten sowie deren Kommunikationsverhalten bei Teilnahme an einem Energiemanagement. Im Simulator stehen mehrere Kommunikationstechniken und Energiemanagement-Algorithmen zur Verfügung. Die Ergebnisse zeigen, dass sich das Verhalten der Algorithmen deutlich unterscheidet. Mithilfe der eigens entwickelten normierten Qualitätsbewertung können die Algorithmen verglichen werden. Anhand von Simulationen werden die Kommunikationseigenschaften analysiert, Stärken und Schwächen der Algorithmen aufgezeigt und Verbesserungsvorschläge erarbeitet. <dt.>
Due to the ongoing energy transition, the stability of the power grid will depend on the behaviour of small decentralized devices. Stability can be achieved by using distributed energy management algorithms. However, due to their complexity, a comparison or evaluation of such algorithms is difficult. Central factors for their evaluation are the energy management quality as well as the communication requirements. The simulator SiENA, allowing the simulation the power consumption of households, as well as their communication behaviour when participating in an energy management, is presented. The simulator supports various communication technologies and three different energy management algorithms. Simulation results indicated significant different performance of the algorithms. For evaluation, the number of households, their devices and communication parameters are varied. Based on normalised metrics for the energy management quality and the communication requirements, the suitability of the management algorithms is rated. Finally, strengths and weaknesses of the algorithms are discussed and suggestions for improvements are elaborated. <engl.>
Progress in IS: Advances and New Trends in Environmental and Energy Informatics : Selected and Extended Contributions from the 28th International Conference on Informatics for Environmental Protection
Softcover reprint of the original 1st edition 2016,
2018
Die Arbeit beschreibt DYCE, eine neue agentenbasierte Methode, die es Energieeinheiten wie Solar- oder Windkraftanlagen erlaubt, Koalitionen für den gemeinsamen Handel von Elektrizitätsprodukten zu bilden. Hierdurch können diese ihre Potenziale aggregieren und Produkte erfüllen, die ihre individuellen Fähigkeiten übersteigen. Der präsentierte Ansatz ist vollständig verteilt und optimiert sowohl den Nutzen der einzelnen Einheiten als auch den des globalen Versorgungssystems. Außerdem berücksichtigt er lokale Elektrizitätsprodukte, die von Netzbetreibern für den Netzbetrieb genutzt werden können. Nach einem erfolgreichen Handel wird der erzielte Mehrwert auf Basis eines spieltheoretischen Modells fair unter den Koalitionsmitgliedern verteilt. Die Methode wird abschließend mittels einer umfangreichen Simulationsstudie evaluiert, die auf Techniken der Versuchsplanung zurückgreift. Diese zeigt, dass der Ansatz hinsichtlich seiner Performanz und Effizienz hervorragende Ergebnisse liefert. <dt.>
The thesis presents DYCE, a new agent-based aggregation method which enables energy units like solar power or wind energy plants to form coalitions for the cooperative trade of power products. Coalition formation allows units to cumulate their potentials and fulfill products which exceed their individual capabilities. The proposed approach is fully distributed and optimizes both the utility of the energy units and that of the global supply system. Moreover, it allows for the trade of localized power products which can be utilized by system operators for network management. If a product was successfully traded, the gained surplus is distributed among the coalition members in a fair way based on a game-theoretical model. The aggregation method is finally evaluated by means of a comprehensive simulation study drawing on techniques from the domain of Design of Experiments. The examinations show that the approach yields excellent results in terms of its performance and efficiency. <engl.>
Im Zuge der Energiewende werden große zentrale Kraftwerke mehr und mehr durch viele kleine dezentrale Energieanlagen ersetzt. In diesem Rahmen spielen Virtuelle Kraftwerke (VK) eine entscheidende Rolle. VK bündeln die Kapazitäten der kleinen dezentralen Anlagen. Die Planung des VK Betriebs basiert auf den Flexibilitiäten der steuerbaren VK Teilnehmer, wie beispielsweise Blockheizkraftwerke, Wärmepumpen oder Batterien. Zur Nutzung dieser Flexibilitäten werden Flexibilitätsbeschreibungen benötigt. Das Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung einer abstrakten, einheitlichen und genauen Flexibilitätsbeschreibung für die VK Planung. Dazu habe ich das Kaskaden-Klassifikations-Modell, einen anpassbaren Klassifikator entwickelt. Anschließend wird das Kaskaden-Klassifikations-Modell experimentell evaluiert und die Erfüllung der Flexibilitätsbeschreibungs Anforderungen analysiert. Abschließend wird die Anwendbarkeit des Kaskaden-Klassifikations-Modells in der VK Planung evaluiert. <dt.>
In the ongoing paradigm shift of the energy market from big power plants to more and more small and decentralized power plants, virtual power plants (VPPs) play an important role. VPPs bundle the capacities of the small and decentralized resources (DER). Planing of VPP operation, that is also called scheduling, relies on the flexibilities of controllable DER in the VPP, e.g., combined heat and power plants (CHPs), heat pumps and batteries. The aim of this thesis is the development of an abstract, consistent and precise flexibility description for VPP scheduling. Therefore I have developed the cascade classification model, an adaptable classifier. Later on the cascade classification model is evaluated experimentally and the fulfillment of the flexibility description requirements is analyzed. Finally the applicability of the cascade classification model as a flexibility description in VPP scheduling tasks is analyzed. <engl.>
D-A-CH+ Energy Informatics Conference (5. : 2016 : Klagenfurt) 5th D-A-CH+ Energy Informatics Conference in conjunction with 7th Symposium on Communications for Energy Systems (ComForEn) Wien : Eigenverlag des Österreichischen Verbandes für Elektrotechnik, 2016 (2016), Seite 62-73 93 Seiten
