Apply of energy storages in electricity distribution networks and reserve capacity applications

The Thesis is dedicated to development of an operative tool to support decision making of battery energy storages implementation in distribution networks. The basics of various battery technologies, their perspectives and challenges are represented in the Thesis. Mathematical equations that describe economic effect from battery energy storage installation are offered. The main factors that influence profitability of battery settings have been explored and mathematically defined. Mathematical model and principal trends of battery storage profitability under an impact of the major factors are determined. The meaning of annual net value was introduced to show the difference between savings and required costs. The model gives a clear vision for dependencies between annual net value and main factors. Proposals for optimal network and battery characteristics are suggested.

PPOOLEX-laboratoriokoelaitteiston kaasunpoisto

PPOOLEX-laboratoriokoelaitteistolla tutkitaan höyryn lauhtumiseen liittyviä ilmiöitä Lappeenrannan teknillisen yliopiston Ydinturvallisuuden tutkimusyksikössä. Laitteiston pääkomponentti on sylinterin muotoinen pystysäiliö, joka täytetään kokeita varten osittain vesijohtovedellä. Tehokkaiden laboratoriokokeiden mahdollistamiseksi säiliön veteen liuenneet kaasut on poistettava. Kaasunpoisto toteutetaan Airsepex 4.2 -vedenkäsittelylaitteistolla, joka on liitetty erillisellä kiertopiirillä PPOOLEX-laitteistoon. Tämän kandidaatintyön tavoitteena on esitellä aineensiirron ja kaasunpoiston keskeisiä ilmiöitä PPOOLEX-käytössä. Työn teoriaosan tavoitteena on myös luoda yksinkertainen matemaattinen malli, jonka avulla voidaan mallintaa veden kaasupitoisuutta koelaitteistossa. Työn kokeellisessa osassa tehtiin laboratoriomittaukset, joissa määritetään veden kaasupitoisuuden muutos ajan suhteen. Tehtyihin laboratoriomittauksiin liittyi useita epävarmuuksia, joiden takia saatuihin mittaustuloksiin on syytä suhtautua hyvin kriittisesti. Matemaattinen malli vastasi mittaustuloksia kaasunpoistolaitteiston sammutuksen jälkeen. Kaasunpoistolaitteiston ollessa käytössä matemaattisen mallin tulokset kuitenkin eroavat merkittävästi mittaustuloksista. Erot tuloksissa johtuvat mittauksiin liittyvistä epävarmuuksista sekä matemaattisen mallin oletuksista ja yksinkertaistuksista. PPOOLEX-säiliön vettä ei saada käytetyllä kaasunpoistolaitteistolla täysin kaasuttomaksi. Vielä ei ole varmuutta siitä, saadaanko veden kaasupitoisuus riittävän matalaksi laboratoriokokeita varten.

Analysing the power consumption behaviour of Ethernet switch using Design of Experiment

At present, one of the main concerns of green network is to minimize the power consumption of network infrastructure. Surveys show that, the highest amount of power is consumed by the network devices during its runtime. However to control this power consumption it is important to know which factors has highest impact on this matter. This paper is focused on the measurement and modeling the power consumption of an Ethernet switch during its runtime considering various types of input parameters with all possible combinations. For the experiment, three input parameters are chosen. They are bandwidth, link load and number of connections. The output to be measured is the power consumption of the Ethernet switch. Due to the uncertain power consuming pattern of the Ethernet switch a fully-comprehensive experimental evaluation would require an unfeasible and cumbersome experimental phase. Because of that, design of experiment (DoE) method has been applied to obtain adequate information on the effects of each input parameters on the power consumption. The whole work consists of three parts. In the first part a test bed is planned with input parameters and the power consumption of the switch is measured. The second part is about generating a mathematical model with the help of design of experiment tools. This model can be used for measuring precise power consumption in different scenario and also pinpoint the parameters with higher influence in power consumption. And in the last part, the mathematical model is evaluated by comparing with the experimental values.

Doubly fed wind turbine performance in variable grid conditions

Wind turbines based on doubly fed induction generators (DFIG) become the most popular solution in high power wind generation industry. While this topology provides great performance with the reduced power rating of power converter, it has more complicated structure in comparison with full-rated topologies, and therefore leads to complexity of control algorithms and electromechanical processes in the system. The purpose of presented study is to present a proper vector control scheme for the DFIG and overall control for the WT to investigate its behavior at different wind speeds and in different grid voltage conditions: voltage sags, magnitude and frequency variations. The key principles of variable-speed wind turbine were implemented in simulation model and demonstrated during the study. Then, based on developed control scheme and mathematical model, the set of simulation is made to analyze reactive power capabilities of the DFIG wind turbine. Further, the rating of rotor-side converter is modified to not only generate active rated active power, but also to fulfill Grid Codes. Results of modelling and analyzing of the DFIG WT behavior under different speeds and different voltage conditions are presented in the work.

Kiertoleijupetikattilateknologia ja sen matemaattinen mallinnus energiantuotantoprosessissa

Työn teoreettisessa osuudessa tehdään katsaus kiertoleijupetiteknologian eri osa-alueisiin: leijupedin virtausdynamiikkaan, hiukkaserottimeen ja kiintoaineen palautusmekanismiin. Myös teknologian historiaa ja muita käyttötarkoituksia energiantuotannon ohella käydään läpi. Termodynamiikkaa sekä lämmönsiirron ja voimalaitosprosessien teoriaa käsitellään mallinnuksessa tarvittavilta osin. Mallinnusosiossa käydään läpi kiertoleijupetihöyrykattilan matemaattisen mallin tekoprosessia. Malli perustuu yleisesti saatavilla oleviin yhtälöihin ja korrelaatioihin. Mallintaminen koostuu höyrykattilan jakamisesta lämpöpintoihin ja niiden mitoittamisesta. Mallissa esitetään myös näkemys siitä, miten lämpö siirtyy savukaasuun ja miten petimateriaalin kierto tapahtuu tulipesässä.