Automatic meter reading – benefits and applications

In liberalized electricity markets, which have taken place in many countries over the world, the electricity distribution companies operate in the competitive conditions. Therefore, accurate information about the customers’ energy consumption plays an essential role for the budget keeping of the distribution company and for correct planning and operation of the distribution network. This master’s thesis is focused on the description of the possible benefits for the electric utilities and residential customers from the automatic meter reading system usage. Major benefits of the AMR, illustrated in the thesis, are distribution network management, power quality monitoring, load modelling, and detection of the illegal usage of the electricity. By the example of the power system state estimation, it was illustrated that even the partial installation of the AMR in the customer side leads to more accurate data about the voltage and power levels in the whole network. The thesis also contains the description of the present situation of the AMR integration in Russia.

Utilization of Automatic Meter Reading in the Improvement of a District Heating System

A district heating system comprises production facilities, a distribution network, and heat consumers. The utilization of new energy metering and reading system (AMR) is increasing constantly in district heating systems. This heuristic study shows how the AMR system can be exploited in finding optimization opportunities in district heating system. In this study, the district heating system is mainly considered from the viewpoint of operational optimization. The focus is on the core processes, heat production and distribution. Three objectives were set to this study. The first one was to examine general optimization opportunities in district heating systems. Second, to figure out the benefits of AMR for general optimization opportunities. Finally, to define a methodology for process improvement endeavors. This study shows, through a case study, the usefulness of AMR in specifying current deficiencies in a district heating system. Based on a literature review, the methodology for the improvement of business processes is presented. Additionally, some issues related to future competitiveness of district heating are concerned. As a conclusion, some optimization objectives are considered more desirable than others. Study shows that AMR is useful in the specification of optimization targets in the district heating system. Further steps in optimization process were not examined in detail. That would seem to be interesting topic for further studies.

Sähkömittareiden kaukoluennan kannattavuus ja käyttöönotto sähköverkkoyhtiössä

Sähkömittareiden kaukoluenta (AMR) on tällä hetkellä ajankohtainen aihe, koska useat verkkoyhtiöt ovat tehneet jo päätöksen mittaustoiminnan automatisoinnista ja monissa yhtiöissä ovat selvitykset parhaillaan menossa tai suunnitteilla. Erilaisten ennusteiden mukaan kaikki Suomen sähkömittarit tulevat ajan myötä kaukoluettaviksi, mutta aikataulun arviot vaihtelevat viidestä viiteentoista vuoteen. Diplomityössä on tutkittu Lahti Energia Oy:lle soveltuvaa sähkömittareiden kaukoluentajärjestelmää ja siihen investoimisen kannattavuutta. Tarkastelun kohteena on ollut yhtiölle kaukoluennasta kertyvät kustannukset ja sen avulla saavutettavat säästöt. Koska mittareiden kaukoluennasta on yhtiössä vain vähän kokemusta, lasketut säästöt perustuvat olettamukseen ja arvioituihin lukemiin. Lisäksi työssä on käsitelty yhtiön jakelualueen alueittaista jaottelua kaukoluennan kannattavuuden suhteen ja tutkittu kaukoluennan vaikutuksia yhtiön toimintoihin sekä sen tuomia mahdollisuuksia. Kaukoluennan myötä saadaan täsmällistä tietoa energiankulutuksesta ja asiakkaita voidaan laskuttaa todelliseen mittarinlukemaan perustuen. Sen avulla tulevat mahdollisiksi myös useat lisäpalvelut tai toiminnot, kuten tuntimittaus, sähkön laadun seuranta, sähkökatkojen rekisteröinti ja sähköjen etäkatkaisu. Kaikkia kyseisiä palveluita ei tarvitsevälttämättä hankkia kerralla vaan ne voidaan ottaa myös optiona.

Mittausvirtoihin liittyvä standardointi- ja kooditusehdotus uusilla energiamarkkinoilla

Sähkömarkkinaosapuolet ovat havainneet lukuisia puutteita ja haasteita tietojärjestelmien tiedonvaihtoon liittyvissä kysymyksissä. Tässä työssä käsitellään tiedonvaihdon ongelmaa mittausvirtojen kannalta. Tiedonvaihdon lisääntyminen ja sanomien monipuolistuminen on johtanut siihen, että läheskään kaikki tarpeelliset sanomat eivät ole standardoitu, ja jo luoduissa tai ehdotetuissa standardeissa on huomattavia eroavaisuuksia mm. eri maiden välillä. Tässä työssä kuvataan nykyinen automaattisen mittarinlukujärjestelmän ja jakeluverkkoyhtiön mittaustietovaraston välinen tiedonvaihtoratkaisu ja siihen liittyvät mittaustietovirrat. Työssä esitellään myös älykkäiden mittarien tuomia hyötyjä ja pohditaan uusien mittausten tuomia mahdollisuuksia. Lisäksi pohditaan nykyisten tietovirtojen koodituskäytäntöjen toimivuutta ja niiden puutteita ja ongelmia. Työssä laaditaan esimerkki standardi mittausvirtakonfiguraation mallintamiseksi sähkömarkkinoilla. Työn painopiste on energiamittaustietojen tietovirroissa lähtien laskutuksen tarpeista. Tavoitteena on automaattisten mittarinhallintaprojektien tuomien älykkäiden mittarien uusien mittausten aiheuttaman ja mahdollistaman tietovirran standardointi. Työssä pohditaan, kuinka tietovirta saadaan eheästi siirtymään mittauspalveluntarjoajan ja jakeluverkkoyhtiön järjestelmien välillä sekä miten uudet tiedonkäyttötarpeet tulisi koodittaa. Uudet sanomastandardiehdotukset esitetään XML-mallein, ja lopuksi pohditaan mallien toimivuutta ja niihin tarvittavia jatkokehitystarpeita.

Avoimen AMR-palvelualustan tiedonsiirtomenetelmien selvitys ja analyysi

Sähköenergiamittareiden etälukuun (AMR) siirtyminen on kasvanut Suomessa, kuten muissakin Euroopan maissa viime vuosina merkittävästi. Tavoitteena on, että vuonna 2014 80 % kaikista Suomen sähköenergiamittareista olisi etäluettavia ja rekisteröisivät tunnittaiset kulutustiedot. AMR-tekniikan avulla voidaan toteuttaa myös muita palveluja kulutustietojen rekisteröinnin lisäksi. AMR-mittareiden etäluenta ja niiden kautta siirrettävät signaalit vaativat mittareilta tiedonsiirtotapoja. Työssä tarkastellaan TeliaSoneran AMR-palvelualustan ominaisuuksia ja arkkitehtuuria. Selvitetään AMR-mittareiden toiminnallisia vaatimuksia ja mahdollisia tiedonsiirtotapoja mittareiden ja etäluentajärjestelmän välillä. Arvioidaan näiden selvitysten perusteella ja myös kustannusten kannalta eri tiedonsiirtomenetelmien soveltuvuutta eri ympäristöihin. Lisäksi suoritetaan arviointi ja käytännön laboratoriotestauksia valitulle sähköverkkoa tiedonsiirrossa hyödyntävälle AMR-mittarille. Tavoitteena on selvittää ja analysoida vertailtavan mittarin yhteensopivuutta TeliaSoneran päätelaitteiden ja AMR-palvelualustan kanssa. Analysoidaan näiden tarkasteltavien mittareiden ominaisuuksia ja elinkaarta. Laboratoriotesteillä selvitetään myös tarkasteltavien sähköverkkotiedonsiirto AMRmittareiden häiriösietoisuutta verkossa esiintyviä häiriöitä vastaan. Näiden pohjalta tehdään johtopäätökset ja suositukset.

Interaktiivisen asiakasrajapinnan mahdollistamat energiatehokkuutta tukevat toiminnot ja niiden kannattavuus

Automaattisen mittarinluvun yleistyminen ja asiakkaan verkkoliitynnässä käytettävän tekniikan kehittyminen luovat pohjan uudentyyppisen interaktiivisen asiakasrajanpinnan synnylle. Se voi osaltaan mahdollistaa asiakkaan entistä joustavamman sähköverkkoon liitynnän sekä nykyistä reaaliaikaisemmat ja tarkemmat mittaukset. Näiden pohjalle on mahdollista kehittää erilaisia energiatehokkuutta tukevia toimintoja ja niihin perustuvia palveluita. Tämän työn tarkoituksena on tutkia interaktiivisen asiakasrajapinnan mahdollistamia energiatehokkuutta tukevia toimintoja. Lupaavimpia toimintoja, niiden kannattavuutta ja potentiaalia energiatehokkuuden parantamisessa analysoidaan tarkemmin. Lisäksi tarkastellaan niihin tarvittavaa tekniikkaa, mittaustietoja ja tiedonsiirtoa. Nykyinen tekniikka mahdollistaa useiden erilaisten energiatehokkuutta tukevien toimintojen toteuttamisen. Tässä työssä käsiteltiin tarkemmin energiayhtiön AMR-pohjaista tasehallintaa ja sähkön pienkuluttajien hintaohjausta. AMR-pohjaisen tasehallinnan havaittiin olevan oikein kohdennettuna kannattavaa. Sähkön hintaohjaus voi laajassa mittakaavassa toteutettuna olla kannattavaa, mutta yksittäiskohteissa sen toteutuksen kustannukset ovat liian suuret. Suurimpia ongelmia energiatehokkuutta tukevien toimintojen toteutuksen kannalta muodostavat usein kiinteät kustannukset sekä yleisten rajapin-tavaatimusten ja toimintamallien puute. Tuotteiden standardointi, sarjatuotanto sekä tekniikan kehittyminen voivat mahdollistaa kiinteiden kustannusten huomattavan pienenemisen ja tätä kautta toimintojen kustannustehokkuuden paranemisen. Kehittämällä uusia yhteisiä toimintamalleja ja tuotteita voidaan käytettävissä olevaa tekniikkaa hyödyntää tehokkaammin. Myös uudet näköpiirissä olevat nopeammat ja luotettavammat tiedonsiirtotekniikat voivat mahdollistaa reaaliaikaisemmat mittaustietojen ja signaalien välitykset, mikä usein parantaa toimintojen tehokkuutta ja kannattavuutta.

Kaupunkialueella toimivan sähkönjakeluverkkoyhtiön siirtohinnoittelun kehittäminen

Sähkönjakeluverkkoyhtiöllä on sähkön siirtopalveluun alueellinen monopoli. Siirtohinnoittelun reunaehdot tulevat sähkömarkkinalaista ja hintojen kohtuullisuutta valvoo ja sääntelee Energiamarkkinavirasto. Tässä työssä selvitetään Turku Energia Sähköverkot Oy:lle kustannusvastaavat aiheuttamisperiaatteen mukaiset siirtohinnat. Samalla muodostetaan yleis-, yö- ja kausituotteiden perusmaksuihin asiakkaan liittymispisteen pääsulakkeen kokoon perustuva porrastus. Sulakeporrastuksen käyttöönotolla pystytään kehittämään siirtohinnoittelun kustannusvastaavuutta ja noudattamaan aiheuttamisperiaatteen mukaista hinnoittelupolitiikkaa entistä paremmin. Työssä tutkitaan siirtohinnoittelun kehitysnäkymiä myös pidemmällä tähtäimellä. Älykkäiden sähköverkkojen kehittyminen ja erityisesti etäluettavien mittareiden käyttöönotto tulevat luomaan kehitysmahdollisuuksia siirtohinnoitteluun tulevaisuudessa. Laitteista saatavia tarkkoja sähkönkulutus- ja tehotietoja voidaan käyttää kustannusvastaavuuslaskennan taustalla. Jotta verkon käyttö olisi sen mitoitukseen nähden mahdollisimman tehokasta, tulisi kuorman jakautua mahdollisimman tasaisesti ajan suhteen. Verkossa esiintyviä kulutushuippuja pystytään tulevaisuudessa mahdollisesti tasoittamaan esimerkiksi kuorman ohjauksen avulla, jonka tehokeinona voidaan käyttää siirtohinnoittelua. Siirtohinnoilla voidaan mahdollisesti vaikuttaa myös esimerkiksi kulutuksen ja tuotannon ajoittamiseen sekä kannusta asiakkaita loistehon kompensointiin. Siirtotuotteiden täytyy myös kehittyä asiakkaiden tarpeiden kehittymisen rinnalla ja esimerkiksi sähkön laadun tuotteistaminen voi olla eräs keino vastaamaan tiukentuneisiin vaatimuksiin.

Siirtohinnoittelun kehittäminen etäluettavilta mittareilta saatavan datan avulla sähkönjakeluyhtiö Mäntsälän Sähkö Oy:lle

Sähkönsiirtomaksuilla katetaan luonnollisena alueellisena monopolina toimivan paikallisen sähkönjakeluyhtiön toiminta. Koska sähköverkkoyhtiöt toimivat monopoliasemassa, niiden toimintaa valvoo Energiavirasto. Energiavirasto valvoo pääasiassa verkkoyhtiöiden liikevaihtoa ja toiminnan tehokkuutta. Verkkoyhtiöiden toimintaa säätää Suomessa sähkömarkkinalaki. Verkkoyhtiöiden kustannusrakenne on hyvin sidottu verkoston kustannuksiin. Koska sähköverkoston kustannukset ovat pitkän käyttöiän ja suurien alkuinvestointien vuoksi vuosittain kiinteät ja merkittävän suuret, olisi verkkoyhtiön kannalta tärkeää, että vuosittaiset tulot eivät suuresti vaihtelisi. Nykyisellä hinnoittelumallilla kuitenkin verkkoyhtiöiden tulot jäävät hyvin riippuvaisiksi talven kylmyydestä. Nykyisin Suomessa yleisesti käytettävässä siirtohinnoittelun hinnoittelumallissa ei huomioida myöskään sitä, että verkkoyhtiön kustannukset ovat enemmän riippuvaisia verkossa siirretyistä tehoista kuin energioista. Siirtohinnoittelun kannalta on tapahtunut ja on tapahtumassa merkittäviä muutoksia. Etäluettavien sähkönkulutusmittarien käyttöönoton myötä asiakkaiden kulutuksesta saadaan huomattavasti entistä enemmän tietoa, mikä auttaa kustannusvastaavien hintojen määrittämisessä. Samaan aikaan asiakkaiden sähkön käyttö voi muuttua huomattavasti varsinkin sähköautojen ja lämpöpumppujen yleistymisen myötä. Tämän työn tarkoituksena on luoda Mäntsälän Sähkö Oy:lle sähkönsiirtohinnoittelun kustannuksia vastaavien hintojen määrittämiseksi laskentasovellus sekä selvittää tulevaisuuden siirtohinnoittelun toteuttamismahdollisuuksia. Lyhyen aikavälin suunnittelussa keskitytään kustannusvastaavien hintojen määrittämiseen keskihintaperiaatteen avulla ja pidemmän aikavälin suunnittelussa asiakkaiden huipputehoihin perustuvan hinnoittelun toteuttamisen vaikutuksiin sekä verkkoyhtiön että asiakkaan näkökulmasta.

Modelling of changes in electricity end-use and their impacts on electricity distribution

The electricity distribution sector will face significant changes in the future. Increasing reliability demands will call for major network investments. At the same time, electricity end-use is undergoing profound changes. The changes include future energy technologies and other advances in the field. New technologies such as microgeneration and electric vehicles will have different kinds of impacts on electricity distribution network loads. In addition, smart metering provides more accurate electricity consumption data and opportunities to develop sophisticated load modelling and forecasting approaches. Thus, there are both demands and opportunities to develop a new type of long-term forecasting methodology for electricity distribution. The work concentrates on the technical and economic perspectives of electricity distribution. The doctoral dissertation proposes a methodology to forecast electricity consumption in the distribution networks. The forecasting process consists of a spatial analysis, clustering, end-use modelling, scenarios and simulation methods, and the load forecasts are based on the application of automatic meter reading (AMR) data. The developed long-term forecasting process produces power-based load forecasts. By applying these results, it is possible to forecast the impacts of changes on electrical energy in the network, and further, on the distribution system operator’s revenue. These results are applicable to distribution network and business planning. This doctoral dissertation includes a case study, which tests the forecasting process in practice. For the case study, the most prominent future energy technologies are chosen, and their impacts on the electrical energy and power on the network are analysed. The most relevant topics related to changes in the operating environment, namely energy efficiency, microgeneration, electric vehicles, energy storages and demand response, are discussed in more detail. The study shows that changes in electricity end-use may have radical impacts both on electrical energy and power in the distribution networks and on the distribution revenue. These changes will probably pose challenges for distribution system operators. The study suggests solutions for the distribution system operators on how they can prepare for the changing conditions. It is concluded that a new type of load forecasting methodology is needed, because the previous methods are no longer able to produce adequate forecasts.

Skill Development in Music Reading. The Eye-Movement Approach

This dissertation examined skill development in music reading by focusing on the visual processing of music notation in different music-reading tasks. Each of the three experiments of this dissertation addressed one of the three types of music reading: (i) sight-reading, i.e. reading and performing completely unknown music, (ii) rehearsed reading, during which the performer is already familiar with the music being played, and (iii) silent reading with no performance requirements. The use of the eye-tracking methodology allowed the recording of the readers’ eye movements from the time of music reading with extreme precision. Due to the lack of coherence in the smallish amount of prior studies on eye movements in music reading, the dissertation also had a heavy methodological emphasis. The present dissertation thus aimed to promote two major issues: (1) it investigated the eye-movement indicators of skill and skill development in sight-reading, rehearsed reading and silent reading, and (2) developed and tested suitable methods that can be used by future studies on the topic. Experiment I focused on the eye-movement behaviour of adults during their first steps of learning to read music notation. The longitudinal experiment spanned a nine-month long music-training period, during which 49 participants (university students taking part in a compulsory music course) sight-read and performed a series of simple melodies in three measurement sessions. Participants with no musical background were entitled as “novices”, whereas “amateurs” had had musical training prior to the experiment. The main issue of interest was the changes in the novices’ eye movements and performances across the measurements while the amateurs offered a point of reference for the assessment of the novices’ development. The experiment showed that the novices tended to sight-read in a more stepwise fashion than the amateurs, the latter group manifesting more back-and-forth eye movements. The novices’ skill development was reflected by the faster identification of note symbols involved in larger melodic intervals. Across the measurements, the novices also began to show sensitivity to the melodies’ metrical structure, which the amateurs demonstrated from the very beginning. The stimulus melodies consisted of quarter notes, making the effects of meter and larger melodic intervals distinguishable from effects caused by, say, different rhythmic patterns. Experiment II explored the eye movements of 40 experienced musicians (music education students and music performance students) during temporally controlled rehearsed reading. This cross-sectional experiment focused on the eye-movement effects of one-bar-long melodic alterations placed within a familiar melody. The synchronizing of the performance and eye-movement recordings enabled the investigation of the eye-hand span, i.e., the temporal gap between a performed note and the point of gaze. The eye-hand span was typically found to remain around one second. Music performance students demonstrated increased professing efficiency by their shorter average fixation durations as well as in the two examined eye-hand span measures: these participants used larger eye-hand spans more frequently and inspected more of the musical score during the performance of one metrical beat than students of music education. Although all participants produced performances almost indistinguishable in terms of their auditory characteristics, the altered bars indeed affected the reading of the score: the general effects of expertise in terms of the two eye- hand span measures, demonstrated by the music performance students, disappeared in the face of the melodic alterations. Experiment III was a longitudinal experiment designed to examine the differences between adult novice and amateur musicians’ silent reading of music notation, as well as the changes the 49 participants manifested during a nine-month long music course. From a methodological perspective, an opening to research on eye movements in music reading was the inclusion of a verbal protocol in the research design: after viewing the musical image, the readers were asked to describe what they had seen. A two-way categorization for verbal descriptions was developed in order to assess the quality of extracted musical information. More extensive musical background was related to shorter average fixation duration, more linear scanning of the musical image, and more sophisticated verbal descriptions of the music in question. No apparent effects of skill development were observed for the novice music readers alone, but all participants improved their verbal descriptions towards the last measurement. Apart from the background-related differences between groups of participants, combining verbal and eye-movement data in a cluster analysis identified three styles of silent reading. The finding demonstrated individual differences in how the freely defined silent-reading task was approached. This dissertation is among the first presentations of a series of experiments systematically addressing the visual processing of music notation in various types of music-reading tasks and focusing especially on the eye-movement indicators of developing music-reading skill. Overall, the experiments demonstrate that the music-reading processes are affected not only by “top-down” factors, such as musical background, but also by the “bottom-up” effects of specific features of music notation, such as pitch heights, metrical division, rhythmic patterns and unexpected melodic events. From a methodological perspective, the experiments emphasize the importance of systematic stimulus design, temporal control during performance tasks, and the development of complementary methods, for easing the interpretation of the eye-movement data. To conclude, this dissertation suggests that advances in comprehending the cognitive aspects of music reading, the nature of expertise in this musical task, and the development of educational tools can be attained through the systematic application of the eye-tracking methodology also in this specific domain.

Reading films through political classics : genres of politics in popular cultures

Abstract: Readin films through political classics

Repeatability in automatic sorting of curved Norway spruce saw logs

Abstract