Strategic Development of Electricity Distribution Networks – Concept and Methods

Strategic development of distribution networks plays a key role in the asset management in electricity distribution companies. Owing to the capital-intensive nature of the field and longspan operations of companies, the significance of a strategy is emphasised. A well-devised strategy combines awareness of challenges posed by the operating environment and the future targets of the distribution company. Economic regulation, ageing infrastructure, scarcity of resources and tightening supply requirements with challenges created by the climate change put a pressure on the strategy work. On the other hand, technology development related to network automation and underground cabling assists in answering these challenges. This dissertation aims at developing process knowledge and establishing a methodological framework by which key issues related to network development can be addressed. Moreover, the work develops tools by which the effects of changes in the operating environment on the distribution business can be analysed in the strategy work. To this end, the work discusses certain characteristics of the distribution business and describes the strategy process at a principle level. Further, the work defines the subtasks in the strategy process and presents the key elements in the strategy work and long-term network planning. The work delineates the factors having either a direct or indirect effect on strategic planning and development needs in the networks; in particular, outage costs constitute an important part of the economic regulation of the distribution business, reliability being thus a key driver in network planning. The dissertation describes the methodology and tools applied to cost and reliability analyses in the strategy work. The work focuses on determination of the techno-economic feasibility of different network development technologies; these feasibility surveys are linked to the economic regulation model of the distribution business, in particular from the viewpoint of reliability of electricity supply and allowed return. The work introduces the asset management system developed for research purposes and to support the strategy work, the calculation elements of the system and initial data used in the network analysis. The key elements of this asset management system are utilised in the dissertation. Finally, the study addresses the stages of strategic decision-making and compilation of investment strategies. Further, the work illustrates implementation of strategic planning in an actual distribution company environment.

The role of power relations in strategic supply management – A value net approach

Supplier relationships are key elements of supply management and thus have attracted substantial research interest among academics and practitioners. The collaborative nature of relationships has been the focus of the mainstream research, and limited interest has been channelled towards power in buyer–supplier relationships. However, power is one of the key factors determining the outcomes in many business relations. Hence, one of the main objectives of this dissertation is to clarify how power may influence the nature of buyer–supplier relationships and, moreover, the depth of collaboration. Another main objective is to clarify the role of power relations in strategic supply management. Given the different nature of relationships, the firm needs divergent strategies in its supply management in order to handle them efficiently. Power has been identified as one of the factors that affect the nature of buyer–supplier relationships, and firms should thus develop strategies for handling power relations. Three research questions are addressed in pursuit of these objectives, the aim being to clarify the sources of power, the influence of power on collaboration, and the role of buyer–supplier relationships in the firm’s supply strategy. This dissertation has two parts. The first part provides a synthesis of the overall dissertation, and the second part comprises five complementary research papers. The qualitative research method is applied in an empirical case study from the Finnish food industry. The main contribution of this dissertation is that it clarifies the role of power relations in strategic supply management in value nets, and discloses the nature of power as an influencing factor in supplier relationships. It extends the discussion on power in buyer– supplier relationships in highlighting the context of networks and raising the question of network effects on power relations. It also illustrates how power positions and power relations in value nets can be determined based on the sources of power of the network actors, and shows their influence on collaboration.

Supplier codes of conduct: Acting responsibly in global supply chains

Nowadays the Western companies are considered responsible for the social and environmental issues in their whole supply chains. To influence the practices of their suppliers the Western companies have created suppliers codes of conduct (SCCs) which express their requirements. Suppliers’ compliance with the SCCs is checked through audits. The purpose of this thesis is to analyze SCCs as a means for Western companies to ensure socially and environmentally responsible actions in their global supply chains, and the sub-objectives are to find out 1) how well do the SCCs and their auditing work at suppliers’ production sites and 2) how can possible problems related to SCCs and their auditing be solved. This is a qualitative research carried out in the form of a case study with two case companies. In this study both primary and secondary data is used. The primary data is collected in the form of interviews of the case company representatives and three external experts. Based on a theoretical framework of previous research in the fields of corporate social responsibility and supply chain management, a model with eleven factors, which influence the success of SCC implementation and the auditing of SCC –implementation, is drafted. Also several different best-practices to help to solve and avoid possible problems related to SCC -implementation and auditing have been identified from previous research. Based on the findings of this study the theoretical model has been updated adding two new influential factors. It seems that how well the SCC and its auditing work at suppliers’ production sites depends on the joint effect of thirteen influential factors: buyer’s purchasing policy, supplier’s motivation, buyer’s commitment, the solving of agency problems, the contents of the SCC, supplier’s role and the buyer-supplier –relationship, complexity of supply chain, the limitations of the smaller buyers, cooperation through a business association or multi-stakeholder system, the role of supplier’s employees, SCC –related communication and supplier’s understanding, cheating in audits and the auditors. The possible problems related to SCCs and their auditing can be solved by adopting best-practices. Nine of the theoretical best-practices stand out from the findings of this study: 1) two-way communication and collecting feedback from suppliers, 2) the philosophy of continuous improvement, 3) long-term business relationships with the supplier, 4) informing the supplier about the advantages of SCC –compliance, 5) rewarding code-compliant suppliers, 6) building collaborative, good buyer-supplier relationships, 7) supporting and advising the supplier, 8) joining a business association or multi-stakeholder system and 9) interviewing supplier’s employees as a part of the audits.

Interfirm Information System for Supply Chain Management from the Cloud: An Exploratory Case Study from the Telecom Industry

This study examines the practice of supply chain management problems and the perceived demand information distortion’s (the bullwhip effect) reduction with the interfirm information system, which is delivered as a cloud service to a company operating in the telecommunications industry. The purpose is to shed light in practice that do the interfirm information system have impact on the performance of the supply chain and in particularly the reduction of bullwhip effect. In addition, a holistic case study of the global telecommunications company's supply chain is presented and also the challenges it’s facing, and this study also proposes some measures to improve the situation. The theoretical part consists of the supply chain and its management, as well as increasing the efficiency and introducing the theories and related previous research. In addition, study presents performance metrics for the bullwhip effect detection and tracking. The theoretical part ends in presenting cloud -based business intelligence theoretical framework used in the background of this study. The research strategy is a qualitative case study, supported by quantitative data, which is collected from a telecommunication sector company's databases. Qualitative data were gathered mainly with two open interviews and the e-mail exchange during the development project. In addition, other materials from the company were collected during the project and the company's web site information was also used as the source. The data was collected to a specific case study database in order to increase reliability. The results show that the bullwhip effect can be reduced with the interfirm information system and with the use of CPFR and S&OP models and in particularly combining them to an integrated business planning. According to this study the interfirm information system does not, however, solve all of the supply chain and their effectiveness -related problems, because also the company’s processes and human activities have a major impact.

e-Business and collaboration: A case study of pulp supply chain

This thesis studies how the case company could digitalize its supply chain and what kind of advantages this would create in the light of supply chain efficiency. The case company manufactures several pulp products that are used for paper, fabrics and packaging products by customers worldwide. The paper and pulp industry has been paying more and more attention to increasing supply chain efficiency with new operating and service models made possible by today’s information technology. The main focus of this study is on the supply chain between the case company and its key customers and the goal is to find ways to make the operations between them as efficient as possible. The study relays heavily on collaboration techniques and digitalization technologies. In addition to a theoretical framework, the study includes several empirical studies that offer real-life examples of how these theories and technologies are applied in operating environments similar to the case company. A plan with strategic and operational levels is created according to the findings of the previous sections to support the case company’s future operations. The plan is based on an RFID-supported collaboration model that aims to advance information sharing between the supply chain partners. The time for an RFID-investment is sought to be very optimal and the benefits of such system to be noteworthy, but challenging to measure in monetary terms.

Strategic planning of major disturbance proof network

In the 2000’s Finland suffered from storms that caused long outages in electricity distribution, longest up to two weeks. These major disturbances increased the importance of supply security. In 2013 new Electricity Market Act was announced. It defined maximum duration for outages, 6 h for city plan areas and 36 h for other areas. The aim for this work is to determine required major disturbance proof level for a study area and find tools for prioritizing overhead lines for cabling renovation to improve supply security. Three prioritization methods were chosen to be studied: A: prioritization line sections by customer outage costs they cause, B: maximizing customers major disturbance proof network and C: minimizing excavation costs in medium voltage network. Profitability calculations showed that prioritization method A was the most profitable and C had the weakest profitability. The prioritization method C drove renovation into unreasonable locations in the study area in reliability point of view. Therefore universal rule prioritization methods couldn’t be made from the prioritization methods. This led to the conclusion that every renewing area need to be evaluated in a case by case basis.

Electromagnetic and thermal design of a multilevel converter with high power density and reliability

Electric energy demand has been growing constantly as the global population increases. To avoid electric energy shortage, renewable energy sources and energy conservation are emphasized all over the world. The role of power electronics in energy saving and development of renewable energy systems is significant. Power electronics is applied in wind, solar, fuel cell, and micro turbine energy systems for the energy conversion and control. The use of power electronics introduces an energy saving potential in such applications as motors, lighting, home appliances, and consumer electronics. Despite the advantages of power converters, their penetration into the market requires that they have a set of characteristics such as high reliability and power density, cost effectiveness, and low weight, which are dictated by the emerging applications. In association with the increasing requirements, the design of the power converter is becoming more complicated, and thus, a multidisciplinary approach to the modelling of the converter is required. In this doctoral dissertation, methods and models are developed for the design of a multilevel power converter and the analysis of the related electromagnetic, thermal, and reliability issues. The focus is on the design of the main circuit. The electromagnetic model of the laminated busbar system and the IGBT modules is established with the aim of minimizing the stray inductance of the commutation loops that degrade the converter power capability. The circular busbar system is proposed to achieve equal current sharing among parallel-connected devices and implemented in the non-destructive test set-up. In addition to the electromagnetic model, a thermal model of the laminated busbar system is developed based on a lumped parameter thermal model. The temperature and temperature-dependent power losses of the busbars are estimated by the proposed algorithm. The Joule losses produced by non-sinusoidal currents flowing through the busbars in the converter are estimated taking into account the skin and proximity effects, which have a strong influence on the AC resistance of the busbars. The lifetime estimation algorithm was implemented to investigate the influence of the cooling solution on the reliability of the IGBT modules. As efficient cooling solutions have a low thermal inertia, they cause excessive temperature cycling of the IGBTs. Thus, a reliability analysis is required when selecting the cooling solutions for a particular application. The control of the cooling solution based on the use of a heat flux sensor is proposed to reduce the amplitude of the temperature cycles. The developed methods and models are verified experimentally by a laboratory prototype.

Strategisesti tärkeän tuotteen toimitusvarmuussuunnitelma

Suolahappo kuuluu peruskemianteollisuuden tuotteisiin ja on monen eri kemianteollisuuden tuotteen raaka-aine, jota ilman tuotantoprosessi keskeytyy. Suolahapontuottajia on vain muutama Suomessa ja näiden tuottajien varassa toimii lukuisia jatkojalostusteollisuuslaitoksia. Työssä lähdettiin kehittämään suolahapontoimitusvarmuutta logistiikan keinoin. Toimitusvarmuutta haluttiin kehittää sesonkivaihteluiden ja tuotantokatkosten aikana. Työssä etsitään sopiva sesonkivarastointikapasiteetti ja varmuusvarastotaso sekä järkevä sijainti varastolle. Varastointia kehitetään kuljetukset ja tuotannon luonne huomioiden. Työn alussa esitellään yritys ja tuotantoprosessi. Tämän jälkeen analysoidaan kysyntätietoja ja kasataan ongelmat toimitusvarmuudessa. Näiden pohjalta lähdetään kehittämään teoriapohjaisia ratkaisuvaihtoehtoja, jonka jälkeen ne sovelletaan yritykselle sopivaan muotoon. Työn tuloksena saatiin esitys varastointitarpeesta sekä siitä aiheutuvista kustannuksista. Työssäesitetään myös järkevä varaston sijainti ja soveltuva kuljetuskäytäntö tähän varastoon.

Developing Service Promise Concept Based on Supply Chain

Diplomityön tavoitteena on analysoida ja kehittää palvelulupauskonseptia toimitusketjuun perustuen Halton Oy:ssä. Työ toteutettiin, koska asiakaslähtöinen liiketoimintatapa on voimakkaasti valtaamassa alaa tuote- ja tuotantopainotteiselta toimintatavalta. Tuotteiden erinomaisuus koetaan markkinoilla yhä useammin itsestään selvyytenä. Prosessien tehokas hallitseminen ja asiakkaan kokeman lisäarvon muodostaminen ovat muodostuneet ratkaisevimmaksi kilpailuedun luojaksi. Toimitusketjun hallinnalla ja sähköisellä kaupankäynnillä on tärkeä rooli tämän kilpailuedun muodostumisessa.Diplomityö käsittelee uuden palvelulupauskonseptin tarjoamia etuja Halton Oy:lle. Työssä pureudutaan toimitusketjun ja sähköisen kaupankäynnin integraatiomahdollisuuksiin. Tarkoituksena on selvittää parhaat mahdolliset kriteerit Haltonin palvelulupauskonseptilleja luoda menetelmät yrityksen materiaalivirtojen sekä uuden konseptin analysoinnille ja kehittämiselle jatkossa.

Dynamic Simulations of Rotors during Drop on Retainer Bearings

The active magnetic bearings have recently been intensively developed because of noncontact support having several advantages compared to conventional bearings. Due to improved materials, strategies of control, and electrical components, the performance and reliability of the active magnetic bearings are improving. However, additional bearings, retainer bearings, still have a vital role in the applications of the active magnetic bearings. The most crucial moment when the retainer bearings are needed is when the rotor drops from the active magnetic bearings on the retainer bearings due to component or power failure. Without appropriate knowledge of the retainer bearings, there is a chance that an active magnetic bearing supported rotor system will be fatal in a drop-down situation. This study introduces a detailed simulation model of a rotor system in order to describe a rotor drop-down situation on the retainer bearings. The introduced simulation model couples a finite element model with component mode synthesis and detailed bearing models. In this study, electrical components and electromechanical forces are not in the focus. The research looks at the theoretical background of the finite element method with component mode synthesis that can be used in the dynamic analysis of flexible rotors. The retainer bearings are described by using two ball bearing models, which include damping and stiffness properties, oil film, inertia of rolling elements and friction between races and rolling elements. Thefirst bearing model assumes that the cage of the bearing is ideal and that the cage holds the balls in their predefined positions precisely. The second bearing model is an extension of the first model and describes the behavior of the cageless bearing. In the bearing model, each ball is described by using two degrees of freedom. The models introduced in this study are verified with a corresponding actual structure. By using verified bearing models, the effects of the parameters of the rotor system onits dynamics during emergency stops are examined. As shown in this study, the misalignment of the retainer bearings has a significant influence on the behavior of the rotor system in a drop-down situation. In this study, a stability map of the rotor system as a function of rotational speed of the rotor and the misalignment of the retainer bearings is presented. In addition, the effects of parameters of the simulation procedure and the rotor system on the dynamics of system are studied.

Strategic supply lead time management. Case Nokia Networks, Hardware Services

Teollisuuden palveluiden on huomattu olevan potentiaalinen lisätulojen lähde. Teollisuuden palveluiden dynaamisessa maailmassa räätälöinti ja kyky toimia nopeasti ovat kriittisiä asiakastyytyväisyyden ja kilpailuedun luomisprosessin osia. Toimitusketjussa käytetyn ajan lyhentämisellä voidaan saavuttaa sekä paremmat vasteajat, että alhaisemmat kokonaiskustannukset. Tutkielman tavoitteena on kuvata teollisuuden palveluiden dynaamista ympäristöä: asiakastarvetta, sekä mahdollisuuksia kaventaa pyydetyn ja saavutetun toimitusajan välistä eroa. Tämä toteutetaan pääosin strategisen toimitusajan hallinnan keinoin. Langattomien tietoliikenneverkkojen operaattorit haluavat vähentää ydinosaamiseensa kuulumatomiin toimintoihin, kuten ylläpitoon sitoutuneita pääomia. Tutkielman case osiossa varaosapalvelujen toimitusketjun kysyntä-, materiaali- ja informaatiovirtoja analysoidaan niin kvalitatiivisten haastatteluiden, sisäisten dokumenttien, kuin kvantitatiivisten tilastollisten menetelmienkin avulla. Löydöksiä peilataan vallitsevaa toimitusketjun ja ajanhallinnan paradigmaa vasten. Tulokset osoittavat, että vahvan palvelukulttuurin omaksuminen ja kokonaisvaltainen toimitusketjun tehokkuuden mittaaminen ovat ajanhallinnan lähtökohtia teollisuuden palveluissa.

Evaluation of GPRS Radio Link Control Layer in Weak RF Field

General Packet Radio Service (GPRS) mahdollistaa pakettimuotoisen tiedonsiirron GSM-verkossa. Se tarjoaa yhteyden pakettidataverkkoihin, nostaen samalla tiedonsiirtonopeutta radiorajapinnassa. Radioresurssit ovat varattuna vain silloin kun on jotain lähetettävää, tehden täten radioresurssien käytön paljon tehokkaammaksi. Tämä diplomityö keskittyy GPRS protokollaan ja erityisesti sen datapinossa olevaan Radio Link Control (RLC) kerrokseen. RLC-kerros huolehtii GPRS- puhelimen ja tukiaseman välisen yhteyden luotettavuudesta. Työn tavoitteena on tutkia RLC-kerroksen toiminnallisuutta ja sen luotettavuutta heikossa kentässä, sekä selvittää heikon kentän vaikutusta uudelleenlähetyksiin. Työn tuloksena saadaan arvio signaalin voimakkuuden sekä uudelleen lähetysten vaikutuksesta GPRS:n datansiirtonopeuteen. Tämä työ käsittelee myös lyhyesti GSM-järjestelmää, koska lukijan on näin helpompaa ymmärtää myös GPRS-järjestelmän vaatimia teknisiä muutoksia. Tämä diplomityö on tehty osana Nokia Matkapuhelimet Oyj:ssä käynnissä olevaa GPRS tuotekehitysprojektia. Työn tuloksia käytetään testauksen tukena ja niitä on käytetty apuna RLC-kerroksen luotettavuustestauksen suunnittelussa.

Data collection and criticality analysis for cost effective maintenance during the life cycle of a flue gas line

Työn tarkoituksena oli kerätä käyttövarmuustietoa savukaasulinjasta kahdelta suomalaiselta sellutehtaalta niiden käyttöönotosta aina tähän päivään asti. Käyttövarmuustieto koostuu luotettavuustiedoista sekä kunnossapitotiedoista. Kerätyn tiedon avulla on mahdollista kuvata tarkasti laitoksen käyttövarmuutta seuraavilla tunnusluvuilla: suunnittelemattomien häiriöiden lukumäärä ja korjausajat, laitteiden seisokkiaika, vikojen todennäköisyys ja korjaavan kunnossapidon kustannukset suhteessa savukaasulinjan korjaavan kunnossapidon kokonaiskustannuksiin. Käyttövarmuustiedon keräysmetodi on esitelty. Savukaasulinjan kriittisten laitteiden määrittelyyn käytetty metodi on yhdistelmä kyselytutkimuksesta ja muunnellusta vian vaikutus- ja kriittisyysanalyysistä. Laitteiden valitsemiskriteerit lopulliseen kriittisyysanalyysiin päätettiin käyttövarmuustietojen sekä kyselytutkimuksen perusteella. Kriittisten laitteiden määrittämisen tarkoitus on löytää savukaasulinjasta ne laitteet, joiden odottamaton vikaantuminen aiheuttaa vakavimmat seuraukset savukaasulinjan luotettavuuteen, tuotantoon, turvallisuuteen, päästöihin ja kustannuksiin. Tiedon avulla rajoitetut kunnossapidon resurssit voidaan suunnata oikein. Kriittisten laitteiden määrittämisen tuloksena todetaan, että kolme kriittisintä laitetta savukaasulinjassa ovat molemmille sellutehtaille yhteisesti: savukaasupuhaltimet, laahakuljettimet sekä ketjukuljettimet. Käyttövarmuustieto osoittaa, että laitteiden luotettavuus on tehdaskohtaista, mutta periaatteessa samat päälinjat voidaan nähdä suunnittelemattomien vikojen todennäköisyyttä esittävissä kuvissa. Kustannukset, jotka esitetään laitteen suunnittelemattomien kunnossapitokustannusten suhteena savukaasulinjan kokonaiskustannuksiin, noudattelevat hyvin pitkälle luotettavuuskäyrää, joka on laskettu laitteen seisokkiajan suhteena käyttötunteihin. Käyttövarmuustiedon keräys yhdistettynä kriittisten laitteiden määrittämiseen mahdollistavat ennakoivan kunnossapidon oikean kohdistamisen ja ajoittamisen laitteiston elinaikana siten, että luotettavuus- ja kustannustehokkuusvaatimukset saavutetaan.

Measurement of the air permeability profile on SC paper machine

Tämän diplomityön tarkoituksena oli asentaa ja kehittää UPM-Kymmene Rauman tehtaiden PK2:lle luotettava ja toimiva ilmanläpäisyprofiilin mittaus. Työn tarkoituksena oli myös kartoittaa tietoja ilmanläpäisyprofiiliin vaikuttavista seikoista sekä mahdollisuuksista säätää ilmanläpäisyprofiilia. Lisäksi työn tavoitteena oli löytää toimiva menetelmä verrata online mitattua ilmanläpäisyprofiilia laboratoriossa mitattuun ilmanläpäisyprofiiliin online mittauksen luotettavuuden näkökulmasta. Työn aikana selvitettiin myös ilmanläpäisyprofiilin mittauksen mahdollisuutta superkalanteroidusta SC paperista. Työn kirjallisessa osassa käsiteltiin paperin huokoisuutta ja ilmanläpäisyä, huokoisuustasoon ja huokoisuus profiiliin vaikuttavia tekijöitä, ilmanläpäisevyyden merkitystä SC paperin valmistukselle ja SC paperin painettavuudelle sekä ilmanläpäisevyyden laboratorio- sekä online mittausta. Kirjallisessa osassa käsiteltiin myös Honeywellin uutta Poros ilmanläpäisysensoria. Työn kokeellisessa osassa tutkittiin ilmanläpäisyprofiilimittauksen luotettavuutta CD ja MD suunnassa sekä laboratorio- ja online-mittausten välisiä eroavaisuuksia ennen PK2 uusintaa. PK2 uusinnan jälkeen kokeellisessa osassa keskityttiin luotettavuuden varmentamiseen CD ja MD suunnassa sekä kartoittamaan tekijöitä, jotka aiheuttivat pieniä tasoeroja mittausten välillä. Mittaukset todettiin luotettaviksi ja niiden pohjalta suoritettiin mitattujen online profiilien välisiä vertailuja. Ilmanläpäisyprofiililla todettiin olevan positiivinen korrelaatio neliömassaprofiilin ja kosteusprofiilin kanssa sekä negatiivinen korrelaatio tuhkaprofiilin kanssa. PK2 uusinnan yhteydessä tehtiin koeajoja, jotka liittyivät laadunoptimointiin viira- ja puristinosalla. Koeajoissa tutkittujen asioiden lisäksi tutkittiin muutettujen parametrien vaikutusta ilmanläpäisyprofiiliin. Höyrylaatikon vaikutusta ilmanläpäisyprofiiliin tutkittiin säätöjen virityksen yhteydessä.

Developing Supply Management Processes in a Global Process Automation Organization

Tämän työn tarkoituksena on tutkia prosessien uudelleensuunnittelua ja erityisesti hankintaprosessien uudistamista kansainvälisessä prosessiautomaatioyrityksessä. Työn aihealuetta tutkitaan sekä henkilöstön, uuden teknologian että prosessien kehittämisen näkökulmasta. Prosessien kehittämisessä työkaluna on käytetty tunnettua laatutyökalua, Six Sigmaa. Työn päätavoitteena on luoda uudet toimintamallit kehitettäville prosesseille. Kirjallisuuden lisäksi työ perustuu kirjoittajan kokemuksiin ja havaintoihin projektitiimin jäsenenä. Prosessien kehittämistä tarkastellaan myös muutoksenhallinnan näkökulmasta. Tämä on alue, jota ei saisi koskaan jättää huomiotta kehityshankkeissa. Kehitettäessä liiketoimintaprosesseja muutoksenhallinta on menestyksen kannalta ensisijaisen tärkeää. Muutoksenhallintaa tutkitaan työssä sekä organisaation että yksilön kannalta. Tässä työssä esitellään lisäksi maailmanlaajuisesti tunnettu ja käytetty laatutyökalu, Six Sigma. Six Sigmaa on käytetty myös työn lopussa tarkasteltavassa case-osuudessa. Case-osuudessa prosesseja tutkitaan aina nykytilasta uusiin toimintamalleihin saakka. Prosesseja ja niiden suorituskykyä analysoidaan yhtäjaksoisesti kehitysprojektien edetessä.