Optimointijärjestelmän kehittäminen sähköä ja lämpöä tuottavaan voimalaitokseen

Työn tavoitteena oli kehittää automaattinen optimointijärjestelmä energiayhtiön omistamaan pieneen sähkön- ja lämmöntuotantolaitokseen (CHP-laitos). Optimointitarve perustuu energiayhtiön sähkön hankintaan sähköpörssistä, kaasun hankintahintaan, kohteen paikallisiin sähkö- ja lämpökuormituksiin ja muihin laitoksen talouteen vaikuttaviin tekijöihin. Kehitettävällä optimointijärjestelmällä ontarkoitus tulevaisuudessa hallita useita hajautetun energiantuotannon yksiköitäkeskitetysti. Työssä kehitettiin algoritmi, joka optimoi voimalaitoksen taloutta sähkötehoa säätävillä ajomalleilla ja suoralla sähköteho-ohjeella. Työssä kehitetyn algoritmin tuottamia hyötyjä selvitettiin Harjun oppimiskeskuksen CHP-laitoksen mittaushistoriatiedoilla. CHP-laitosten käytön optimointiin luotiin keskitettyyn laskentaan ja hajautettuun ohjaukseen perustuva järjestelmä. Se ohjaa CHP-laitoksia reaaliaikaisesti ja ennustaa historiatietoihin perustuvalla aikasarjamallilla laitoksen tulevaa käyttöä. Optimointijärjestelmän toimivuus ja saatu hyöty selvitettiin Harjun oppimiskeskuksen CHP-laitoksella vertaamalla mittauksista laskettua toteutunutta hyötyä optimointijärjestelmän laskemaan ennustettuun hyötyyn.

Nosturin tehonsyöttö rinnankytketyillä verkkovaihtosuuntaajilla

Taajuusmuuttajaohjatuissa nosturikäytöissä taakkaa laskettaessa syntyvä energia on muutettava lämmöksi jarruvastuksissa tai syötettävä takaisin sähköverkkoon esimerkiksi verkkovaihtosuuntaajalla. Verkkovaihtosuuntaajaa on tyypillisesti käytetty suurissa satamanostureissa, joiden tehontarve on yli 1000 kW. Työssä tutkitaan useista yhteiseen välipiiriin rinnankytketyistä nimellisteholtaan 250 kW:n verkkovaihtosuuntaajista koostuvan verkkoonjarrutuslaitteiston soveltuvuutta nosturikäyttöön. Lisäksi johdetaan yhtälöt verkkoonjarrutuslaitteiston virran laskemiseksi, kun nosturin mekaaniset arvot tunnetaan. Viidestä erityyppisestä nosturista esitellään esimerkkitoteutus rinnankytketyillä verkkovaihtosuuntaajilla. Aiemmin vastusjarruttavina toteutettujen nostureiden kustannuksia verrataan verkkovaihtosuuntaajilla toteutettuihin ratkaisuihin. Esimerkkinostureista esitetään nosturin työsykliin perustuva arvio verkkoonjarrutuksen tuomasta energian säästöstä. Tehtyjen mittausten perusteella käytetty menetelmä verkkovaihtosuuntaajien rinnan kytkemiseksi osoittautui nosturikäytössä toimivaksi. Kustannuslaskelmien perusteella verkkovaihtosuuntaajalla toteutetusta nosturista tulee materiaalikustannuksiltaan vastusjarruttavaa kalliimpi, vaikka paljon tilaa vievät vastuskaapit voidaankin jättää pois.

Methods of Telecommunication Technology Forecasting

This master's thesis coversthe concepts of knowledge discovery, data mining and technology forecasting methods in telecommunications. It covers the various aspects of knowledge discoveryin data bases and discusses in detail the methods of data mining and technologyforecasting methods that are used in telecommunications. Main concern in the overall process of this thesis is to emphasize the methods that are being used in technology forecasting for telecommunications and data mining. It tries to answer to some extent to the question of do forecasts create a future? It also describes few difficulties that arise in technology forecasting. This thesis was done as part of my master's studies in Lappeenranta University of Technology.

Use of anisotropic modelling in electrical impedance tomography: description of method and preliminary assessment of utility in imaging brain function in the adult human head.

Electrical Impedance Tomography (EIT) is an imaging method which enables a volume conductivity map of a subject to be produced from multiple impedance measurements. It has the potential to become a portable non-invasive imaging technique of particular use in imaging brain function. Accurate numerical forward models may be used to improve image reconstruction but, until now, have employed an assumption of isotropic tissue conductivity. This may be expected to introduce inaccuracy, as body tissues, especially those such as white matter and the skull in head imaging, are highly anisotropic. The purpose of this study was, for the first time, to develop a method for incorporating anisotropy in a forward numerical model for EIT of the head and assess the resulting improvement in image quality in the case of linear reconstruction of one example of the human head. A realistic Finite Element Model (FEM) of an adult human head with segments for the scalp, skull, CSF, and brain was produced from a structural MRI. Anisotropy of the brain was estimated from a diffusion tensor-MRI of the same subject and anisotropy of the skull was approximated from the structural information. A method for incorporation of anisotropy in the forward model and its use in image reconstruction was produced. The improvement in reconstructed image quality was assessed in computer simulation by producing forward data, and then linear reconstruction using a sensitivity matrix approach. The mean boundary data difference between anisotropic and isotropic forward models for a reference conductivity was 50%. Use of the correct anisotropic FEM in image reconstruction, as opposed to an isotropic one, corrected an error of 24 mm in imaging a 10% conductivity decrease located in the hippocampus, improved localisation for conductivity changes deep in the brain and due to epilepsy by 4-17 mm, and, overall, led to a substantial improvement on image quality. This suggests that incorporation of anisotropy in numerical models used for image reconstruction is likely to improve EIT image quality.

Benchmarking project of the Department of Electrical Engineering of Lappeenranta University of Technology

Lappeenrannan teknillisen korkeakoulun sähkötekniikan osasto muutti 1.8.2005 sähkötekniikan tutkinnon kaksiportaiseksi ja vastaamaan näin Bologna-prosessia ja Suomen yliopistolainsäädäntöä. Tutkinnonuudistuksen myötä osasto haluaa varmistaa sähkötekniikan tutkintojen laadun ja vertailtavuuden sekä parantaa opiskelijoidensekä henkilökunnan liikkuvuutta. Tutkintojen laatu ja vertailtavuus osoitetaan sähkötekniikan osaston benchmark-projektilla, jossa kerätään tietoja maisteri- ja tohtorintutkintoa tarjoavista eurooppalaisista yliopistoista. Diplomityö käsittää BM-projektin kolmannen vaiheen suunnittelun ja toteutuksen sisältäen teoriaa benchmark-projekteille tyypillisistä toimintatavoista. Hyväksi havaitut menetelmiä, kuten kyselyt ja matriisit, on tässä työssä otettu soveltuvin osin sähkötekniikan osaston BM-projektin työkaluiksi. Diplomityössä analysoidaan työkalujen avulla BM-kumppaneilta kerättyjä tietoja sekä esitetään ratkaisuja, miten sähkötekniikan osastolla voidaan jatkaa parhaiden toimintatapojen löytämistä.

Forecasting tourism demand to Catalonia: neural networks vs. time series models

The increasing interest aroused by more advanced forecasting techniques, together with the requirement for more accurate forecasts of tourismdemand at the destination level due to the constant growth of world tourism, has lead us to evaluate the forecasting performance of neural modelling relative to that of time seriesmethods at a regional level. Seasonality and volatility are important features of tourism data, which makes it a particularly favourable context in which to compare the forecasting performance of linear models to that of nonlinear alternative approaches. Pre-processed official statistical data of overnight stays and tourist arrivals fromall the different countries of origin to Catalonia from 2001 to 2009 is used in the study. When comparing the forecasting accuracy of the different techniques for different time horizons, autoregressive integrated moving average models outperform self-exciting threshold autoregressions and artificial neural network models, especially for shorter horizons. These results suggest that the there is a trade-off between the degree of pre-processing and the accuracy of the forecasts obtained with neural networks, which are more suitable in the presence of nonlinearity in the data. In spite of the significant differences between countries, which can be explained by different patterns of consumer behaviour,we also find that forecasts of tourist arrivals aremore accurate than forecasts of overnight stays.

Electrical source imaging for presurgical focus localization in epilepsy patients with normal MRI.

PURPOSE: Patients with magnetic resonance (MR)-negative focal epilepsy (MRN-E) have less favorable surgical outcomes (between 40% and 70%) compared to those in whom an MRI lesion guides the site of surgical intervention (60-90%). Patients with extratemporal MRN-E have the worst outcome (around 50% chance of seizure freedom). We studied whether electroencephalography (EEG) source imaging (ESI) of interictal epileptic activity can contribute to the identification of the epileptic focus in patients with normal MRI. METHODS: We carried out ESI in 10 operated patients with nonlesional MRI and a postsurgical follow-up of at least 1 year. Five of the 10 patients had extratemporal lobe epilepsy. Evaluation comprised surface and intracranial EEG monitoring of ictal and interictal events, structural MRI, [(18)F]fluorodeoxyglucose positron emission tomography (FDG-PET), ictal and interictal perfusion single photon emission computed tomography (SPECT) scans. Eight of the 10 patients also underwent intracranial monitoring. RESULTS: ESI correctly localized the epileptic focus within the resection margins in 8 of 10 patients, 9 of whom experienced favorable postsurgical outcomes. DISCUSSION: The results highlight the diagnostic value of ESI and encourage broadening its application to patients with MRN-E. If the surface EEG contains fairly localized spikes, ESI contributes to the presurgical decision process.

Sähkönjakeluverkon ja sähköasemien kehittämissuunnitelma

Tämän työn tavoitteena on tarkastella keskijänniteverkonja sähköasemien kehittämistarpeita kahdella kohdealueella Kymenlaakson Sähköverkko Oy:n verkossa. Tarkastelun pohjatiedoiksi selvitettiin verkon sähköinen nykytila, luotettavuus, verkon topologia, kuormitusten jakautuminen ja muodostettiintulevaisuuden kuormitusennusteet. Lisäksi tarkasteltiin sähköasemien korvattavuus. Keskeiseksi työn sisällöksi muodostui kevytsähköasemien eri sijoituspaikkojen kannattavuustarkastelut, ottaen huomioon uuden keskijännitesyöttöpisteen vaikutukset keskijänniteverkon vahvistustarpeisiin, häviöihin ja käyttövarmuuteen. Laskelmat suoritettiin elinkaarikustannusperiaatteella huomioiden investointien, keskeytyksestä aiheutuneen haitan, häviöiden, kunnossapidon javiankorjauksen kustannukset. Työn tuloksena saatiin investointistrategiaehdotukset, joiden pohjalta verkkoyhtiö voi tehdä lähitulevaisuuden ratkaisuja sekä valmistautua tuleviin investointeihin.

Ilmastonmuutoksen vaikutussähköverkkoliiketoimintaan

Tässä diplomityössä tutkittiin ilmastonmuutoksen vaikutusta sähköverkkoliiketoimintaan. Ilmastonmuutosennusteet laadittiin RCAOilmastomallin antamien laskelmien perusteella. Ilmastomuuttujien ennusteet tehtiin ajanjaksolle 2016 - 2045 ja ennusteiden vertailujaksona käytettiin ajanjaksoa 1960 - 1990. Ennusteet laadittiin sadannalle, lämpötilalle, kuuraantumiselle, huurteelle, ukkoselle, routaantumiselle ja tuulisuudelle. Ilmastomuuttujien vaikutukset arvioitiin sekä tekniseltä että taloudelliselta kannalta. Ilmastonmuutoksen myötä on odotettavissa, että ilmastomuuttujien aiheuttamat rasitukset verkkoliiketoimintaa kohtaan tulevat olemaan niistä saatuja hyötyjä suuremmat. Vikamäärien kasvu on merkittävin ja haastavin ilmastonmuutoksen aiheuttama haitta. Ukkonen, lumikuormat ja tuuli tulevat aiheuttamaan nykyistä enemmän vikoja erityisesti keskijänniteverkoissa avojohdoille ellei verkkoja kehitetä vikavarmemmiksi. Lämpötilan nousun seurauksena lämmitystarve laskee ja jäähdytystarve nousee. Tämä näkyy merkittävimmin voimakkaasti lämpötilariippuvaisten käyttäjäryhmien sähkönkulutuksessa ja huippukuormissa.

Forecasting coal resources and reserves in heterogeneous coal zones using 3D facies models (As Pontes Basin, NW Spain)

Forecasting coal resources and reserves is critical for coal mine development. Thickness maps are commonly used for assessing coal resources and reserves; however they are limited for capturing coal splitting effects in thick and heterogeneous coal zones. As an alternative, three-dimensional geostatistical methods are used to populate facies distributionwithin a densely drilled heterogeneous coal zone in the As Pontes Basin (NWSpain). Coal distribution in this zone is mainly characterized by coal-dominated areas in the central parts of the basin interfingering with terrigenous-dominated alluvial fan zones at the margins. The three-dimensional models obtained are applied to forecast coal resources and reserves. Predictions using subsets of the entire dataset are also generated to understand the performance of methods under limited data constraints. Three-dimensional facies interpolation methods tend to overestimate coal resources and reserves due to interpolation smoothing. Facies simulation methods yield similar resource predictions than conventional thickness map approximations. Reserves predicted by facies simulation methods are mainly influenced by: a) the specific coal proportion threshold used to determine if a block can be recovered or not, and b) the capability of the modelling strategy to reproduce areal trends in coal proportions and splitting between coal-dominated and terrigenousdominated areas of the basin. Reserves predictions differ between the simulation methods, even with dense conditioning datasets. Simulation methods can be ranked according to the correlation of their outputs with predictions from the directly interpolated coal proportion maps: a) with low-density datasets sequential indicator simulation with trends yields the best correlation, b) with high-density datasets sequential indicator simulation with post-processing yields the best correlation, because the areal trends are provided implicitly by the dense conditioning data.

Electrical Machines' Market in Russia

Venäjän valtion osuus maailmantaloudesta on pieni verrattuna sen maantieteelliseen kokoon, väkilukuun ja luonnonvaroihin. Sitä pidetään kuitenkin yhtenä tulevaisuuden merkittävistä kasvumarkkinoista. Venäjällä on tyypillisesti teollisuutta, joka hyödyntää luonnonvaroja ja tuottaa raaka-aineita sekä kotimaan että ulkomaiden markkinoille. Tällaisia tyypillisiä teollisuudenaloja Venäjällä ovat kaivos- ja metsäteollisuus sekä kemikaalien- kaasun- ja öljyntuotanto. Myös näiden teollisuusalojen tarvitsemien tuotantolaitteiden ja koneiden valmistusta on Venäjällä. Näitä koneita viedään Venäjältä entisiin neuvostovaltioihin ja päinvastoin. Tässä diplomityössä tutkitaan sähkömoottorien markkinapotentiaalia ja kilpailutilannetta Venäjällä. Venäjän osalta perehdytään sen kansantalouden tilaan ja tutkitaan sähkökonemarkkinoiden kokoa segmenteittäin monien erilähteiden avulla. Venäjän arvioidaan olevan erittäin potentiaalinen ja kasvava markkina-alue. Diplomityössä selvitetään ostoprosessia Venäjällä ja sähkökonemarkkinoiden ominaisuuksia kyseisellä alueella.

Hybridilämmityksen vaikutus sähkön- ja lämmöntuotantoon

Tämän tutkimuksen tarkoituksena on selvittää kaukolämmityksen rinnalla käytettävän toisen lämmitysmuodon, tässä tapauksessa sähkölämmityksen, vaikutusta sähkön- ja lämmöntuotantoon. Tämä tutkimus liittyy ¿Kehittyvä kaukolämpö -hankkeen pilottiosaan. Hankkeen pilottiosassa tutkitaan hybridilämmityksen kannattavuutta ja vaikutuksia sekä kuluttajan että yhdyskunnan kannalta. Tämätutkimus jatkaa jo aikaisemmin tehtyä tutkimusta 'Hybridilämmityksen kustannusvaikutukset', jossa tutkittiin kaukolämmityksen taloudellisuutta kuluttajan kannalta elinkaarianalyysin avulla. Tämän tutkimuksen tarkoituksena on määrittää hybridilämmityksen niin taloudelliset kuin ympäristölliset vaikutukset yhdyskunnan kannalta. Yhdyskunnan osalta vaikutuksia tarkasteltiin referenssikaupungin avulla. Referenssikaupungin alkuarvot perustuvat jo aiemmin tähän pilottiosaan tehtyyn tutkimukseen 'Hybridilämmityksen kustannusvaikutukset'. Näitä arvoja hyväksi käyttäen referenssikaupungille perustettiin kaksi energian tuotantorakennemallia ja molemmille malleille kaksi eri skenaariota hybridilämmityksen kasvamisesta. Skenaarioissa otettiin huomioon myös päästökaupan vaikutukset. Molemmat skenaariot osoittivat päästökaupan vaikutukset mukaan luettuna, ettei sähkölämmityksen käyttäminen kaukolämmityksen ohella tuo ainoastaan yhdyskunnalle lisää tuotantokustannuksia, vaan se lisää myös päästöjä. Tulevaisuuden epävarmuutta analysoitiin herkkyysanalyysin avulla. Tutkimusta varten laadittiin tuontienergian ja kotimaisten polttoaineiden hinnoille kaksi skenaariota, joilla laskettiin vuositason tuotantokustannukset. Jokainen skenaario toi huomattavan lisän niin tuotantokustannuksiin kuin päästöihin. Eri skenaarioilla oli vaikutus kaukolämmön pysyvyyskäyrän muotoon ja näin myös voimalaitoksien käyttötunteihin. Laitoksien huipun käyttötunnit pienenevät ja tuotantokustannukset tuotettua energiayksikköä kohden kasvavat. Tapauksessa, jossa on edullista käyttää peruskuormalaitoksia mahdollisimman paljonvuoden aikana, hybridilämmityksen käyttäminen siirsi tilannetta päinvastaiseen suuntaan. Tämä suunta tarkoittaa sitä, että halpaa peruskuormatuotantoapitää korvata kalliimmalla ja enemmän päästöjä aiheuttavalla erillistuotannolla. Tämän tutkimuksen tulokset osoittavat, että mikäli sähkölämmityksen yleistyminen kaukolämmityksen rinnalla lisääntyy, aiheuttaa se yhdyskunnalle huomattavia lisäkustannuksia ja päästöjä. Yksi sähkölämmityksen käyttöä lisäävä tekijä on kuluttajien mielikuva. Kuluttajien mielikuva sähkölämmityksestä on, että se on asennuskustannuksiltaan edullinen ja helppo asentaa. Todellisuudessa sähkölämmityksen käyttäminen tuo odottamattomia lisäkustannuksia kuluttajille energiantuotantolaitoksien omien lisääntyvien tuotantokustannusten kautta. Nämä kustannukset voivat realisoitua esimerkiksi kohonneiden sähkön ja kaukolämmön energiamaksujen tai sähkön siirtomaksujen muodossa. Ainoastaan kuluttajien mielikuvien muuttamisella voidaan päästä yhdyskunnan kannalta taloudellisempaan ja ympäristöystävällisempään energiantuotantomalliin.

An Assessment ofFatigue Strength of Load Carrying Welded Joints with Lack of Penetration

On yleisesti tiedossa, että väsyttävän kuormituksen alaisena olevat hitsatut rakenteet rikkoutuvat juuri hitsausliitoksista. Täyden tunkeuman hitsausliitoksia sisältävien rakenteiden asiantunteva suunnittelu janykyaikaiset valmistusmenetelmät ovat lähes eliminoineet väsymisvauriot hitsatuissa rakenteissa. Väsymislujuuden parantaminen tiukalla täyden tunkeuman vaatimuksella on kuitenkin epätaloudellinen ratkaisu. Täyden tunkeuman hitsausliitoksille asetettavien laatuvaatimuksien on määriteltävä selkeät tarkastusohjeet ja hylkäämisperusteet. Tämän diplomityön tarkoituksena oli tutkia geometristen muuttujien vaikutusta kuormaa kantavien hitsausliitosten väsymislujuuteen. Huomio kiinnitettiin pääasiassa suunnittelumuuttujiin, joilla on vaikutusta väsymisvaurioiden syntymiseen hitsauksen juuren puolella. Nykyiset määräykset ja standardit, jotka perustuvat kokeellisiin tuloksiin; antavat melko yleisiä ohjeita hitsausliitosten väsymismitoituksesta. Tämän vuoksi muodostettiin kokonaan uudet parametriset yhtälöt sallitun nimellisen jännityksen kynnysarvon vaihteluvälin, ¿¿th, laskemiseksi, jotta vältettäisiin hitsausliitosten juuren puoleiset väsymisvauriot. Lisäksi, jokaiselle liitostyypille laskettiin hitsin juuren puolen väsymisluokat (FAT), joita verrattiin olemassa olevilla mitoitusohjeilla saavutettuihin tuloksiin. Täydentäviksi referensseiksi suoritettiin useita kolmiulotteisia (3D) analyysejä. Julkaistuja kokeellisiin tuloksiin perustuvia tietoja käytettiin apuna hitsausliitosten väsymiskäyttäytymisen ymmärtämiseksi ja materiaalivakioiden määrittämiseksi. Kuormaa kantavien vajaatunkeumaisten hitsausliitosten väsymislujuus määritettiin käyttämällä elementtimenetelmää. Suurimman pääjännityksen kriteeriä hyödynnettiin murtumiskäyttäytymisen ennakoimiseksi. Valitulle hitsatulle materiaalille ja koeolosuhteille murtumiskäyttäytymistä mallinnettiin särön kasvunopeudella da/dN ja jännitysintensiteettikertoimen vaihteluvälillä, 'K. Paris:n yhtälön numeerinen integrointi suoritettiin FRANC2D/L tietokoneohjelmalla. Saatujen tulosten perusteella voidaan laskea FAT tutkittavassa tapauksessa. ¿¿th laskettiin alkusärön jännitysintensiteettikertoimen vaihteluvälin ja kynnysjännitysintensiteettikertoimen, 'Kth, perusteella. ¿Kth arvoa pienemmällä vaihteluvälillä särö ei kasva. Analyyseissäoletuksena oli hitsattu jälkikäsittelemätön liitos, jossa oli valmis alkusärö hitsin juuressa. Analyysien tulokset ovat hyödyllisiä suunnittelijoille, jotka tekevät päätöksiä koskien geometrisiä parametreja, joilla on vaikutusta hitsausliitosten väsymislujuuteen.

Spatial distribution of motor units recruited during electrical stimulation of the quadriceps muscle versus the femoral nerve.

INTRODUCTION: In this study we investigated differences in the spatial recruitment of motor units (MUs) in the quadriceps when electrical stimulation is applied over the quadriceps belly versus the femoral nerve. METHODS: M-waves and mechanical twitches were evoked using over-the-quadriceps and femoral nerve stimulation of gradually increasing intensity from 22 young, healthy subjects. Spatial recruitment was investigated using recruitment curves of M-waves recorded from the vastus medialis (VM) and vastus lateralis (VL) and of twitches recorded from the quadriceps. RESULTS: At maximal stimulation intensity (Imax), no differences were found between nerve and over-the-quadriceps stimulation. At submaximal intensities, VL M-wave amplitude was higher for over-the-quadriceps stimulation at 40% Imax, and peak twitch force was greater for nerve stimulation at 60% and 80% Imax. CONCLUSIONS: For the VM, MU spatial recruitment during nerve and over-the-quadriceps stimulation of increasing intensity occurred in a similar manner, whereas significant differences were observed for the VL. Muscle Nerve, 2013.

Working memory load improves early stages of independent visual processing.

Increasing evidence suggests that working memory and perceptual processes are dynamically interrelated due to modulating activity in overlapping brain networks. However, the direct influence of working memory on the spatio-temporal brain dynamics of behaviorally relevant intervening information remains unclear. To investigate this issue, subjects performed a visual proximity grid perception task under three different visual-spatial working memory (VSWM) load conditions. VSWM load was manipulated by asking subjects to memorize the spatial locations of 6 or 3 disks. The grid was always presented between the encoding and recognition of the disk pattern. As a baseline condition, grid stimuli were presented without a VSWM context. VSWM load altered both perceptual performance and neural networks active during intervening grid encoding. Participants performed faster and more accurately on a challenging perceptual task under high VSWM load as compared to the low load and the baseline condition. Visual evoked potential (VEP) analyses identified changes in the configuration of the underlying sources in one particular period occurring 160-190 ms post-stimulus onset. Source analyses further showed an occipito-parietal down-regulation concurrent to the increased involvement of temporal and frontal resources in the high VSWM context. Together, these data suggest that cognitive control mechanisms supporting working memory may selectively enhance concurrent visual processing related to an independent goal. More broadly, our findings are in line with theoretical models implicating the engagement of frontal regions in synchronizing and optimizing mnemonic and perceptual resources towards multiple goals.