Regionaler Siemens Excellence Award geht an Elektrotechnik-Studierende der FHNW

Die beiden Preisträger Pascal Merkli (links) und Glenn Kohler (rechts) mit Siemens-Vertreter Andreas Rohrbach bei der Preisverleihung.

Pascal Merkli aus Würenlos/AG (23) und Glenn Kohler aus Habsburg/AG (23) gewinnen den mit 4000 Franken dotierten regionalen Siemens Excellence Award. Ihre Bachelorarbeit mit dem Titel «Implementierung einer Testanlage für ein Energiemanagementsystem» hat die Jury überzeugt. Die beiden Studenten des Studiengangs Elektro- und Informationstechnik der Fachhochschule Nordwestschweiz (FHNW) sind damit für den mit 10 000 Franken dotierten nationalen Siemens Excellence Award 2022 nominiert.

Der steigende Energieverbrauch und die dezentrale Energieerzeugung stellen die heutige Energieverteilung vor grosse Herausforderungen. Eine Technologie, die einen grossen Beitrag zur Entschärfung dieser Probleme leisten wird, sind Smart Grids. Doch deren Leitungsfähigkeit hängt massgeblich von der Intelligenz und Robustheit der eingesetzten Energiemanagement-Algorithmen ab.

Damit solche «smarten» Steuerungen verifiziert und verglichen werden können, haben Pascal Merkli und Glenn Kohler eine computergesteuerte Testanlage errichtet, die einen kompletten Haushalt mit seinen elektrischen Lasten simuliert. Damit können verschiedene Arten von Algorithmen schnell in einer simulierten Smart-Home-/Smart-Grid-Umgebung getestet werden. Beispiele solcher Algorithmen sind etwa die Maximierung des Eigenverbrauchs von Besitzern von Photovoltaikanlagen oder sogenanntes Power Peak Shaving, also Algorithmen, die dafür sorgen, dass Grossverbraucher ihren Energieverbrauch zu Zeiten minimieren, in denen das Netz bereits stark belastet ist.

Praktische Arbeit mit hoher Relevanz

«Uns war von Beginn weg klar, dass wir ein zukunftsrelevantes Thema für unser Projekt wählen wollten», erklärt Merkli die Motivation für die Arbeit. Im Bereich intelligente Energiemanagementsysteme sah das Zweierteam ein Thema mit grossem Potenzial für die Zukunft. Ein weiterer wichtiger Aspekt war, dass die Arbeit nach Abschluss auch tatsächlich eingesetzt wird und nicht im Keller verstaubt. «Und nicht zuletzt hat uns gereizt, dass die Arbeit einen grossen Praxisanteil hat. So konnten wir selbstständig ein Konzept für einen autonom funktionierenden Teststand entwerfen und in die Tat umsetzen», ergänzt Kohler.

Die Testanlage besteht aus spezieller Hardware, Simulationseinheiten und Software, die zur Steuerung des Aufbaus, zur Speicherung von Messdaten und zur Auswertung der Algorithmen verwendet wird. Dank dieser Anlage konnten an der FHNW entwickelte Algorithmen auf Herz und Nieren geprüft und verbessert werden, bevor sie ab Oktober bei Kunden des Auftraggebers zur Anwendung kommen.

Knacknüsse und Erfolgsmomente

Während der Entwicklungsarbeit gab es auch die eine oder andere Herausforderung zu lösen. «Eine sehr grosse Knacknuss der Arbeit war die komplette Automatisierung der Anlage», erzählt Merkli. Zu Beginn mussten die Messgeräte, die simulierte PV-Anlage und die SPS Steuerung des fiktiven Haushalts manuell synchronisiert und gestartet werden. Dadurch wurden die Messresultate aber weniger reproduzierbar und die Fehleranfälligkeit stieg enorm.

«Daher war ein grosses Ziel, den kompletten Aufbau zu automatisieren. Die Kommunikation mit unterschiedlichen Endgeräten über unterschiedliche Schnittstellen und Protokolle führte zu vielen Komplikationen. Zudem war das Debugging nur beschränkt möglich, da das von uns entwickelte Programm von der realen Zeit abhängig ist. Das Testing und die Verifizierung aller Funktionen war somit ebenfalls eine der grössten Herausforderungen.»

Doch trotz der komplexen Aufgabenstellung gelang es den beiden Ingenieuren, alle angepeilten Meilensteile zu erreichen und eine funktionierende Testanlage zu entwickeln. «Ein besonderer Moment war, als wir die Testanlage zum ersten Mal in Betrieb genommen haben. Sehr gefreut hat uns auch die Begeisterung der Auftraggeber und der Experten für das Resultat unserer Arbeit», so Kohler.

Damit konnte das Team auch die Jury des Siemens Excellence Awards überzeugen. Die beiden Jungforscher haben nicht mit dem Preis gerechnet – umso mehr freut sie die Auszeichnung. «Der Award bedeutet uns viel, wir fühlen uns geehrt. Er zeigt, dass die von uns geleistete Arbeit brauchbar und von gesellschaftlicher Relevanz ist. Wir freuen uns nun auf die nationale Runde und geben noch einmal Vollgas.»