Short-term Hydropower Planning System

The Thesis gives a decision support framework that has significant impact on the economic performance and viability of a hydropower company. The studyaddresses the short-term hydropower planning problem in the Nordic deregulated electricity market. The basics of the Nordic electricity market, trading mechanisms, hydropower system characteristics and production planning are presented in the Thesis. The related modelling theory and optimization methods are covered aswell. The Thesis provides a mixed integer linear programming model applied in asuccessive linearization method for optimal bidding and scheduling decisions inthe hydropower system operation within short-term horizon. A scenario based deterministic approach is exploited for modelling uncertainty in market price and inflow. The Thesis proposes a calibration framework to examine the physical accuracy and economic optimality of the decisions suggested by the model. A calibration example is provided with data from a real hydropower system using a commercial modelling application with the mixed integer linear programming solver CPLEX.

Hankinnan tietojärjestelmäintegraatiot raskaassa konepajateollisuudessa

Tässä diplomityössä tarkastellaan sähköisen liiketoiminnan mukanaan tuomia mahdollisuuksia yrityksen hankintatoimen prosessien tehostamiseksi. Työ keskittyy erityisesti raskaassa konepajateollisuudessa toimivan yrityksen, Metso Paperin, hankinnan tietojärjestelmien integroimiseen. Pääasiallinen tutkimusmenetelmä on kirjallisuustutkimus, jota lisäksi täydennetään empiirisesti tutkittujen case-tapauksien avulla, joissa tarkastellaan sähköisen hankintatoimen käytännön toteutusta Metso Paperin ja sen alihankkijan, Toijala Worksin välillä. Diplomityön tavoitteena on esittää yrityksen hankintaverkoston ja siihen kuuluvien alihankkijoiden toiminnan uudelleen organisoiminen ja hallitseminen, minkä lisäksi työssä käsitellään myös hankintastrategian merkitystä yrityksen liiketoiminnan kannalta. Työn tietotekninen osuus keskittyy sähköisen liiketoiminnan edellyttämän tietojärjestelmän suunnittelemiseen, mutta ei sen käytännön toteuttamiseen. Työn tärkein tulos on sähköisenliiketoiminnan aloittamisen mahdollistava kaksivaiheinen tiedonsiirtomalli, jonka ensimmäinen vaihe perustuu jo olemassa olevien tietojärjestelmien, eli Extranet- ja Notes -työpöytien, hyödyntämiseen uudella, aiempaa tehokkaammalla tavalla. Mallin toinen vaihe jakautuu yrityksen sisäisen ja ulkoisen tiedonsiirtoon. Toisen vaiheen keskeinen tulos on ratkaisuehdotus sisäisten ja ulkoisten tietojärjestelmien toimintojen ja tietojen saumattomaksi integroimiseksi toisiinsa, eli tutkimuskohteena olevan yrityksen hankintaverkostoon ja sen erityispiirteisiin sopiva sähköisen kaupankäynnin sovellutus.

Sovellus meteorologisen tiedon tuotantojärjestelmän seurantaan

Työssä käsitellään selainkäyttöliittymää käyttävien oliopohjaisten tietokantasovellusten toteuttamista. Erityisesti keskitytään olio- ja relaatiomallien yhteensovittamiseen ja oliopohjaisten selainkäyttöliittymien toteutukseen Java-servlettien ja JSP-sivujen avulla. Myös hajautetut sovellusarkkitehtuurit käydään läpi ja niiden toteuttamista arvioidaan servlet-sovellusten näkökulmasta. Työssä on toteutettu selainkäyttöliittymän avulla hallittava kaksitasoarkkitehtuuria käyttävä oliopohjainen sovellus Ilmatieteen laitoksen tuotantojärjestelmän seurantaan. Sovellus mahdollistaa mm. tuotantoajojen ja laajempien tuotantoketjujen suoritusaikojen tilastollisen seurannan. Työn tuloksena todettiin Java-servlettien ja JSP-sivujen olevan suorituskykyinen ja monipuolinen ratkaisu selainkäyttöliittymien toteuttamiseen. Olio- ja relaatiomallien väliset erot sekä käyttöliittymän eriyttäminen toimintalogiikasta osoittautuivat ongelmakohdiksi.

Data communication in paper sales environment

Tämä diplomityö kirjoitettiin UPM- Kymmene konsernin UPM Net Services sa/nv osastolle Brysselissä ja Helsingissä. Työn aihe, Data communication in paper sales environment, määriteltiin käsittelemään paperin myyntijärjestelmään liittyviä aiheita. Nykyinen paperin myyntijärjestelmä on käsitelty ensin teoriassa ja aiheeseen kuuluvat ohjelmistotuotteet ja työkaluohjelmistot on esitelty. Parannuksia nykyiseen järjestelmään on pohdittu ohjelmistosuunnittelun, tehokkuuden, tiedon hallinnan, tietoturvallisuuden ja liiketoiminnan näkökulmista. Diplomityön käytännön osuudessa esitellään kaksi ohjelmistoa. Nämä ohjelmistot tehtiin UPM Net Services'lle, jotta saatiin kokemuksia viestin välitykseen perustuvasta tiedon siirrosta. Diplomityön johtopäätösosuudessa todetaan, että paperin myyntijärjestelmän tiedon siirto toimii luotettavasti nykyisessä järjestelmässä. Tulevaisuuden tarpeet ja parannukset ovat kuitenkin vaikeasti toteutettavissa nykyään käytettävin välinein. Erityisesti internetin hyödyntäminen nähdään tärkeänä, mutta se on vaikeasti otettavissa käyttöön nykyisessä järjestelmässä. Viestin välitykseen perustuvat järjestelmät ovat osoittautuneet käytännössä toimiviksi ja tärkein kehitysehdotus onkin viestin välitysjärjestelmän käyttöönotto.

Ohjelmistoarkkitehtuurien vertailu ja valinta monimediatuotteelle. CASE: AVO

Työn tavoitteena oli tutkia ja vertailla komponenttipohjaisia ohjelmistoarkkitehtuureita (Microsoft .NET ja J2EE). Työn tarkoituksena oli valita ohjelmistoarkkitehtuuri uudelle neuroverkkopohjaiselle urasuunnittelupalvelulle. Tässä työssä selvitettiin myös, miten luodaan kansainvälistettäviä ja lokalisoitavia sovelluksia, sekä kuinka Web-, Windows-, mobiili-, puhe- ja Digi-TV -käyttöliittymät soveltuvat uudelle urasuunnittelupalvelulle. Tutkimustyössä käytettiin alan kirjallisuutta, Microsoftin ja Sun Microsystemsin Web-sivuja. Tutkimustyössä analysoitiin Microsoft Pet Shop- ja Sun Microsystemsin Java Pet Store -esimerkkisovellusten suorituskykyvertailua. Analyysituloksiin perustuen urasuunnittelupalvelussa suositellaan käytettäväksi J2EE-arkkitehtuuria. Uudelle urasuunnittelupalvelulle toimenpide-ehdotus on komponenttipohjainen järjestelmä Web-, puhe- ja Digi-TV -käyttöliittymillä ja personoidulla sisällöllä. Järjestelmä tehdään viisivaiheisena hankkeena, johon sisältyy pilottitestejä. Uuteen urasuunnittelupalveluun liitetään mukaan opiskelijat, oppilaitokset ja työnantajat sekä asiantuntijoita neuroverkon opetusdatan määrittämiseen. Palvelu perustuu integroituun tietokantaan. Eri osajärjestelmissä tuotettua tietoa voidaan hyödyntää kaikkialla urasuunnittelupalvelussa.

Competitor comparison: variable speed drives in pumping applications

As the world’s energy demand is increasing, a durable solution to control it is to improve the energy efficiency of the processes. It has been estimated that pumping applications have a significant potential for energy savings trough equipment or control system changes. For many pumping application the use of a variable speed drive as a process control element is the most energy efficient solution. The main target of this study is to examine the energy efficiency of a drive system that moves the pump. In a larger scale the purpose of this study is to examine how the different manufacturers’ variable speed drives are functioning as a control device of a pumping process. The idea is to compare the drives from a normal pump user’s point of view. The things that are mattering for the pump user are the efficiency gained in the process and the easiness of the use of the VSD. So some thought is given also on valuating the user-friendliness of the VSDs. The VSDs are compared to each other also on the basis of their life cycle energy costs in different kind of pumping cases. The comparison is made between ACS800 from ABB, VLT AQUA Drive from Danfoss, NX-drive from Vacon and Micromaster 430 from Siemens. The efficiencies are measured in power electronics laboratory in the Lappeenranta University of Technology with a system that consists of a variable speed drive, an induction motor with dc-machine, two power analyzers and a torque transducer. The efficiencies are measured as a function of a load at different frequencies. According to measurement results the differences between the measured system efficiencies on the actual working area of pumping are on average few percent units. When examining efficiencies at the whole range of different loads and frequencies, the differences get bigger. At low frequencies and loads the differences between the most efficient and the least efficient systems are at the most about ten percent units. At the most of the tested points ABB’s drive seem to have slightly better efficiencies than the other drives.

Junan audiovahvistimen laitesuunnittelu

Joukkoliikenteen merkitys suurten ihmismäärien liikuttamisessa on kasvanut. Kaupunkikeskustat ovat monin paikoin ruuhkautuneet ja joukkoliikenteestä pyritään tekemään mahdollisimman houkuttelevaa ruuhkien helpottamiseksi. Yksi keino houkutella ihmisiä joukkoliikennevälineiden käyttäjiksi on parantaa matkustajille tarjottavan informaation määrää ja laatua. Matkustajainformaatiojärjestelmä on monipuolinen kokonaisuus, jolla joukkoliikenteen käyttäjälle tarjotaan muun muassa opastusta, aikataulutietoa ja häiriötietoa. Informaatio voi olla staattista kuten painetut aikataulut ja kiinteät opasteet tai dynaamista kuten reaaliaikaiset näytöt ja kuulutukset. Informaatiota voidaan tarjota matkustajan käyttöön niin kotona ja liikenneasemilla kuin liikkuvassa kalustossakin. Matkustajainformaatiojärjestelmiä on käytössä erilaisissa joukkoliikennevälineissä, joista tässä diplomityössä syvennytään raideliikenteeseen. Työssä suunnitellaan ja toteutetaan raideliikenteen vaatimukset täyttävä IP-pohjainen audiovahvistin. Valmis vahvistin liittyy Ethernet-verkon välityksellä raideliikenteen matkustajainformaatio-järjestelmään. Laite toimii kuulutus- ja puhelinjärjestelmän keskusyksikkönä. Työn tuloksena saatiin toimiva ja sarjatuotantokelpoinen audiovahvistin. Laitteen tyyppitestit ovat tätä työtä palautettaessa vielä kesken, mutta tähän mennessä testit ovat menneet hyvin ja laite on toiminut hyvin myös osana järjestelmää.

Lämminvesivaraajan ohjaus automaatiolla aurinkosähköä tuottavassa kotitaloudessa

Hajautettu sähköntuotanto aurinkopaneeleilla on Suomessa kasvussa. Kotitalouksiin asennettujen aurinkopaneelijärjestelmien määrä kasvaa jatkuvasti, mutta suuri osa tuotetusta sähköenergiasta syötetään sähköverkkoon. Tämä johtuu aurinkosähkön tuotannon painottumisesta kesäpäiviin, jolloin kotitalouksien kulutus on pienimmillään. Suurin hyöty itse tuotetusta energiasta saadaan kuitenkin käyttämällä se tuotantokohteessa, jolla minimoidaan energiansiirto sähköverkon ja kotitalouden rajapinnassa. Siirtämällä kotitalouden suurimpia kuormia aurinkosähkön mukaan ohjatuksi, voidaan saavuttaa merkittäviä parannuksia tuotetun sähkön omakäyttöasteessa. Helpoimmillaan tämä onnistuu kellokytkimellä, joka ajoittaa kulutuksen parhaimman tuotannon ajalle. Tämä ei kuitenkaan poista ongelmaa tilanteissa, jossa aurinkosähkön tuotanto on häiriintynyt esimerkiksi pilvisyyden takia aamupäivällä ja huipputuotanto saavutetaan vasta iltapäivän puolella. Saatavilla on jo useita järjestelmiä, jotka ohjaavat kodin laitteita tuotannon mukaisesti. Suuri osa näistä järjestelmistä on kuitenkin suunniteltu toimimaan vain tuotetun energiamäärän mukaisesti, ottamatta huomioon kotitaloudessa olevaa muuta, automaation piiriin kuulumatonta kulutusta. Tässä kandidaatin työssä vertaillaan sähköenergian eri mittaustapoja ja niiden vaikutusta siirretyn energian laskennalliseen määrään. Lisäksi työssä tutkitaan lämminvesivaraajan kuormanohjausta käyttäen termostaatti-, kellokytkin- ja logiikkaohjausta. Työssä esitelty logiikkaohjaus hyödyntää siirretyn energian mittausta sähköverkon ja kotitalouden rajapinnassa, ottaen automaattisesti huomioon myös talouden muun kulutuksen. Työssä esitellään myös esimerkkilaitteisto, jolla suunniteltu logiikka voidaan toteuttaa.

Thermal modelling of commercial lithium-ion batteries

The accelerating adoption of electrical technologies in vehicles over the recent years has led to an increase in the research on electrochemical energy storage systems, which are among the key elements in these technologies. The application of electrochemical energy storage systems for instance in hybrid electrical vehicles (HEVs) or hybrid mobile working machines allows tolerating high power peaks, leading to an opportunity to downsize the internal combustion engine and reduce fuel consumption, and therefore, CO2 and other emissions. Further, the application of electrochemical energy storage systems provides an option of kinetic and potential energy recuperation. Presently, the lithium-ion (Li-ion) battery is considered the most suitable electrochemical energy storage type in HEVs and hybrid mobile working machines. However, the intensive operating cycle produces high heat losses in the Li-ion battery, which increase its operating temperature. The Li-ion battery operation at high temperatures accelerates the ageing of the battery, and in the worst case, may lead to a thermal runaway and fire. Therefore, an appropriate Li-ion battery cooling system should be provided for the temperature control in applications such as HEVs and mobile working machines. In this doctoral dissertation, methods are presented to set up a thermal model of a single Li-ion cell and a more complex battery module, which can be used if full information about the battery chemistry is not available. In addition, a non-destructive method is developed for the cell thermal characterization, which allows to measure the thermal parameters at different states of charge and in different points of cell surface. The proposed models and the cell thermal characterization method have been verified by experimental measurements. The minimization of high thermal non-uniformity, which was detected in the pouch cell during its operation with a high C-rate current, was analysed by applying a simplified pouch cell 3D thermal model. In the analysis, heat pipes were incorporated into the pouch cell cooling system, and an optimization algorithm was generated for the estimation of the optimalplacement of heat pipes in the pouch cell cooling system. An analysis of the application of heat pipes to the pouch cell cooling system shows that heat pipes significantly decrease the temperature non-uniformity on the cell surface, and therefore, heat pipes were recommended for the enhancement of the pouch cell cooling system.

Embedded controller system in crane application

The thesis studies possibility of using embedded controller in a crane application and furthermore defines requirements when designing such a controller. Basic crane control architectures are considered and compared. Then embedded controller product life cycle is described: considering such issues like microcontroller selection, software/hardware design and application development tools. Finally, available embedded controller is described and used for implementing crane control.

Control hardware and Condition Monitoring System for Intersector Weld/Cut Robot

Työ sisältää ohjaislaitteiston vertailun ja valinnan rinnakkaisrakenteista robottia varten sekä kunnonvalvontajärjestelmän periaatteiden laadinnan kyseistä robottia varten. Ohjauslaitteisto sisältää teollisuustietokoneen sekä kenttäväylän. Sekä tietokoneesta että väylästä on teoriaosuus ja yksityiskohtaisempi valintaosuus. Teoriaosuudessa selitetään tarkemmin laitteiden toimintaperiaatteista. Valintaosuudessa kerrotaanmiksi jokin tietty laite on valittu käytettäväksi robotin ohjauksessa. Kunnonvalvontateoria ja rinnakkaisrakenteisen robotin kunnonvalvonnan keinot ovat työn toinen osa. Teoriaosa sisältää yleisluonteisen selvityksen vikaantumisesta ja valvonnasta. Erikoisrobotin kunnonvalvonnan keinot esitetään työssä tietyssä järjestyksessä. Ensin esitetään mahdolliset vikatilanteet. Toisessa kohdassa havainnollistetaan vikojen havaitseminen.

Analyzing dynamic intellectual capital: System-based theory and application

This research report presents an application of systems theory to evaluating intellectual capital (IC) as organization's ability for self-renewal. As renewal ability is a dynamic capability of an organization as a whole, rather than a static asset or an atomistic competence of separate individuals within the organization, it needs to be understood systemically. Consequently, renewal ability has to be measured with systemic methods that are based on a thorough conceptual analysis of systemic characteristics of organizations. The aim of this report is to demonstrate the theory and analysis methodology for grasping companies' systemic efficiency and renewal ability. The volume is divided into three parts. The first deals with the theory of organizations as self-renewing systems. In the second part, the principles of quantitative analysis of organizations are laid down. Finally, the detailed mathematics of the renewal indices are presented. We also assert that the indices produced by the analysis are an effective tool for the management and valuation of knowledge-intensive companies.

Analysis of torque and speed ripple producing non-idealities of frequency converters in electric drives

Electric motors driven by adjustable-frequency converters may produce periodic excitation forces that can cause torque and speed ripple. Interaction with the driven mechanical system may cause undesirable vibrations that affect the system performance and lifetime. Direct drives in sensitive applications, such as elevators or paper machines, emphasize the importance of smooth torque production. This thesis analyses the non-idealities of frequencyconverters that produce speed and torque ripple in electric drives. The origin of low order harmonics in speed and torque is examined. It is shown how different current measurement error types affect the torque. As the application environment, direct torque control (DTC) method is applied to permanent magnet synchronous machines (PMSM). A simulation model to analyse the effect of the frequency converter non-idealities on the performance of the electric drives is created. Themodel enables to identify potential problems causing torque vibrations and possibly damaging oscillations in electrically driven machine systems. The model is capable of coupling with separate simulation software of complex mechanical loads. Furthermore, the simulation model of the frequency converter's control algorithm can be applied to control a real frequency converter. A commercial frequencyconverter with standard software, a permanent magnet axial flux synchronous motor and a DC motor as the load are used to detect the effect of current measurement errors on load torque. A method to reduce the speed and torque ripple by compensating the current measurement errors is introduced. The method is based on analysing the amplitude of a selected harmonic component of speed as a function oftime and selecting a suitable compensation alternative for the current error. The speed can be either measured or estimated, so the compensation method is applicable also for speed sensorless drives. The proposed compensation method is tested with a laboratory drive, which consists of commercial frequency converter hardware with self-made software and a prototype PMSM. The speed and torque rippleof the test drive are reduced by applying the compensation method. In addition to the direct torque controlled PMSM drives, the compensation method can also beapplied to other motor types and control methods.

Component Architecture for Context-Aware Applications

Mobiililaitteisiin tehdyt sovellukset ovat nykyään laajassa käytössä. Mobiilisovellukset tarjoavat käyttäjälleen usein tietyn ennalta määritellyn toiminnallisuuden eivätkä ne pysty mukautumaan vaihtelevaan käyttöympäristöönsä. Jos sovellus olisi tietoinen käyttöympäristöstään ja sen muutoksista, se voisi tarjota käyttäjälleen tilanteeseen sopivia ominaisuuksia. Käyttöympäristöstään tietoiset hajautetut sovellukset tarvitsevat kuitenkin huomattavasti perinteisiä sovelluksia monimutkaisemman arkkitehtuurin toimiakseen. Tässä työssä esitellään hajautetuille ja kontekstitietoisille sovelluksille tarkoitettu ohjelmistoarkkitehtuuri. Työ perustuu Oulun yliopiston CAPNET-tutkimusprojektissa kehitettyyn, mobiilisovelluksille tarkoitettuun arkkitehtuuriin. Tämän työn tarkoituksena on tarjota ratkaisuja niihin puutteisiin, jotka tulivat esille CAPNET-arkkitehtuurin kehitys- ja testausvaiheessa. Esimerkiksi arkkitehtuurin komponenttien määrittelyä tulisi tarkentaa ja ne tulisi jakaa horisontaalisiin kerroksiin niiden ominaisuuksien ja alustariippuvuuden mukaisesti. Työssä luodaan katsaus olemassa oleviin teknologioihin jotka tukevat hajautettujen ja kontekstitietoisten järjestelmien kehittämistä. Myös niiden soveltumista CAPNET-arkkitehtuuriin analysoidaan. Työssä esitellään CAPNET-arkkitehtuuri ja ehdotetaan uutta arkkitehtuuria ja komponenttien kerrosjaottelua. Ehdotuksessa arkkitehtuurin komponentit ja järjestelmän rakenne määritellään ja mallinnetaan UML-menetelmällä. Työn tuloksena on arkkitehtuurimäärittely, joka jakaa nykyisen arkkitehtuurin komponentit kerroksiin. Komponenttien rajapinnat on määritelty selkeästi ja tarkasti. Työ tarjoaa myös projektiryhmälle hyvän lähtökohdan uuden arkkitehtuurin suunnittelulle ja toteuttamiselle.

Reusable Bluetooth Networking Component for Symbian Operating System

Tässä diplomityössä käsitellään eri näkökulmia ohjelmistojen uudelleenkäyttöön sekä esitellään perustiedot langattomiin laitteisiin käytettävästä Symbian-käyttöjärjestelmästä ja langattomasta Bluetooth-teknologiasta. Työn käytännön osuudessa suunniteltiin ja toteutettiin uudelleenkäytettävä Bluetooth-ohjelmistokomponentti Symbiankäyttöjärjestelmälle. Ohjelmistojen uudelleenkäytön edut ovat erittäin selkeitä. Uudelleenkäytettävät ohjelmistokomponentit parantavat ohjelmiston laatua ja suorituskykyä. Ohjelmistotuotteiden tuotekehityssykliä voidaan lyhentää merkittävästi ja kehitystyön kokonaiskustannuksia voidaan alentaa tehokkaalla uudelleenkäyttöohjelmalla. Kuitenkin uudelleenkäytöllä on myös esteitä, esimerkkeinä näistä ovat mm. resurssien puute, koulutus sekä uudelleenkäytön vastaiset asenteet. Bluetooth-teknologia on kypsynyt viimeisen kahden vuoden aikana, kun markkinoille on tullut yhä enemmän Bluetooth-laitteita ja niitä käyttäviä sovelluksia. Kehitetty komponentti tarjoaa perustoiminnallisuudet Bluetooth-yhteyksien muodostamiselle ja datan siirtämiselle laitteiden välillä.