Tuulivoimakäyttö sähköverkon vikatilanteissa

Tämä työ on tehty Lappeenrannan teknillisessä yliopistossa, meneillään olevan tuulivoimalasimulaattorin kehitystyön yhteydessä. Työssä käydään läpi simulaattorissa käytettyjen generaattorisillan ja verkkosillan säätöperiaatteita, tehdään katsaus siirtoverkon jännitevikoihin sekä tuulivoimalan toimintaan näissä vikatilanteissa. Työn varsinainen tutkimuskohde on verkkosillan säädön toiminnan simuloiminen siirtoverkon jännitevioissa ja säädön parannusehdotukset.

Sähköasemainvestointihankkeen määrittely

Tämän työn tavoitteena oli tehdä perusteltu esitys kahden suunnitellun sähköaseman toiminnan aloittamisen ajankohdasta sekä rakentamisen kestosta lupamenettelyineen. Työssä oli pyrkimys perustella asemien maantieteellinen sijainti, toteutustapa, rakenne sekä sähköasemien syöttöön tarvittavien 110 kV johtojen alustava rakenne ja reitti. Työssä on tarkasteltu uuden sähköaseman verkosto- ja kustannusvaikutuksia, sähköasemarakenteita ja niiden valintaa, sähköasemainvestointihankkeen vaiheita ja rakennuttamisprosessin läpivientiin tarvittavaa aikaa. Verkoston nykytilaa, käyttövarmuutta ja selviytymistä kuormituksen kasvusta on tarkasteltu sähköasemien toiminnan aloittamisen ajankohtien määrittämiseksi. Työn keskeisin painopiste oli sähköasemien rakentamisajankohdan määrittäminen. Sähköasemien toiminnan aloittamisen ajankohdan määrääväksi tekijäksi muodostuivat sähköasemien korvaustilanteet. Nykytilassa Valkealan haja-asutusalueen sähkönjakelua ei voida taata yksittäisen sähköaseman korvaustilanteessa, minkä takia sähköasemahankkeen valmistelu on aloitettava välittömästi. Kouvolan ydinkeskustan alueen maakaapeliverkon tehonsiirtokyky ja päämuuntajien reservitehokapasiteetti korvaustilanteissa riittävät vielä 5-10 vuotta riippuen suuresti alueen kuormituksen kasvusta.

Grounding in a wind power application

The subject of this master’s thesis is to research grounding in a particular wind power application. The aim is to define how the grounding from different points effects to the function of the whole system. The investigated subjects are generator voltage spikes, ground currents and system fault situations. The first part of this thesis represents power electronics, which is commonly used in wind power systems. The second part concentrates more to the grounding, electrical safety demands and potential fault situations. The object of the simulations is to investigate voltage spikes and fault situations. Measurements will be made with small-scale setup and in the last part simulation and measurement results are compared to each other and to a full-scale system.

Present-day deformation of the Pyrenees revealed by GPS surveying and earthquake focal mechanisms until 2011

The Pyrenean mountain range is a slowly deforming belt with continuous and moderate seismic activity. To quantify its deformation field, we present the velocity field estimated from a GPS survey of the Pyrenees spanning 18 yr. The PotSis and ResPyr networks, including a total of 85 GPS sites, were installed and first measured in 1992 and 1995 1997, respectively, and remeasured in 2008 and 2010. We obtain a deformation field with velocities less than 1 mm yr−1 across the range. The estimated velocities for individual stations do not differ significantly from zero with 95 per cent confidence. Even so, we estimate a maximum extensional horizontal strain rate of 2.0 ± 1.7 nanostrain per year in a N S direction in the western part of the range. We do not interpret the vertical displacements due to their large uncertainties. In order to compare the horizontal strain rates with the seismic activity, we analyse a set of 194 focal mechanisms using three methods: (i) the 'r' factor relating their P and T axes, (ii) the stress tensors obtained by fault slip inversion and (iii) the strain-rate tensors. Stress and strain-rate tensors are estimated for: (i) the whole data set, (ii) the eastern and western parts of the range separately, and (iii) eight zones, which are defined based on the seismicity and the tectonic patterns of the Pyrenees. Each of these analyses reveals a lateral variation of the deformation style from compression and extension in the east to extension and strike-slip in the west of the range. Although the horizontal components of the strain-rate tensors estimated from the seismic data are slightly smaller in magnitude than those computed from the GPS velocity field, they are consistent within the 2σ uncertainties. Furthermore, the orientations of their principal axes agree with the mapped active faults.

Imposicions estructurals en el drenatge de la conca del riu Onyar (Girona)

The Onyar River basin is situated in the depression of la Selva. His origins are related to tectonic activity during Neogen in this region. In his evolution, we note a slowly and continuous downfall which directs the morphodinamical behaviour. In this sense, the drainage network has a directional trend towards the north, as consecuence of fault systems, and specially the N-S oriented one. A fault of this system has an important influence in the basin morphology, directs the drainage towards the north and avoids a closely drainage in the basin

Modelling syntectonic sedimentation: combining a discrete element model of tectonic. Deformation and process-based sedimentary Model in 3D.

This paper presents a new numerical program able to model syntectonic sedimentation. The new model combines a discrete element model of the tectonic deformation of a sedimentary cover and a process-based model of sedimentation in a single framework. The integration of these two methods allows us to include the simulation of both sedimentation and deformation processes in a single and more effective model. The paper describes briefly the antecedents of the program, Simsafadim-Clastic and a discrete element model, in order to introduce the methodology used to merge both programs to create the new code. To illustrate the operation and application of the program, analysis of the evolution of syntectonic geometries in an extensional environment and also associated with thrust fault propagation is undertaken. Using the new code, much more complex and realistic depositional structures can be simulated together with a more complex analysis of the evolution of the deformation within the sedimentary cover, which is seen to be affected by the presence of the new syntectonic sediments.

Eliminating Software Failures - A Literature Survey

Software faults are expensive and cause serious damage, particularly if discovered late or not at all. Some software faults tend to be hidden. One goal of the thesis is to figure out the status quo in the field of software fault elimination since there are no recent surveys of the whole area. Basis for a structural framework is proposed for this unstructured field, paying attention to compatibility and how to find studies. Bug elimination means are surveyed, including bug knowhow, defect prevention and prediction, analysis, testing, and fault tolerance. The most common research issues for each area are identified and discussed, along with issues that do not get enough attention. Recommendations are presented for software developers, researchers, and teachers. Only the main lines of research are figured out. The main emphasis is on technical aspects. The survey was done by performing searches in IEEE, ACM, Elsevier, and Inspect databases. In addition, a systematic search was done for a few well-known related journals from recent time intervals. Some other journals, some conference proceedings and a few books, reports, and Internet articles have been investigated, too. The following problems were found and solutions for them discussed. Quality assurance is testing only is a common misunderstanding, and many checks are done and some methods applied only in the late testing phase. Many types of static review are almost forgotten even though they reveal faults that are hard to be detected by other means. Other forgotten areas are knowledge of bugs, knowing continuously repeated bugs, and lightweight means to increase reliability. Compatibility between studies is not always good, which also makes documents harder to understand. Some means, methods, and problems are considered method- or domain-specific when they are not. The field lacks cross-field research.

Viewpoint-Based Ambient Occlusion

We've developed a new ambient occlusion technique based on an information-theoretic framework. Essentially, our method computes a weighted visibility from each object polygon to all viewpoints; we then use these visibility values to obtain the information associated with each polygon. So, just as a viewpoint has information about the model's polygons, the polygons gather information on the viewpoints. We therefore have two measures associated with an information channel defined by the set of viewpoints as input and the object's polygons as output, or vice versa. From this polygonal information, we obtain an occlusion map that serves as a classic ambient occlusion technique. Our approach also offers additional applications, including an importance-based viewpoint-selection guide, and a means of enhancing object features and producing nonphotorealistic object visualizations

Real-Time Simulation of Mobile and Industrial Machines Using the Multibody Simulation Approach

This thesis introduces a real-time simulation environment based on the multibody simulation approach. The environment consists of components that are used in conventional product development, including computer aided drawing, visualization, dynamic simulation and finite element software architecture, data transfer and haptics. These components are combined to perform as a coupled system on one platform. The environment is used to simulate mobile and industrial machines at different stages of a product life time. Consequently, the demands of the simulated scenarios vary. In this thesis, a real-time simulation environment based on the multibody approach is used to study a reel mechanism of a paper machine and a gantry crane. These case systems are used to demonstrate the usability of the real-time simulation environment for fault detection purposes and in the context of a training simulator. In order to describe the dynamical performance of a mobile or industrial machine, the nonlinear equations of motion must be defined. In this thesis, the dynamical behaviour of machines is modelled using the multibody simulation approach. A multibody system may consist of rigid and flexible bodies which are joined using kinematic joint constraints while force components are used to describe the actuators. The strength of multibody dynamics relies upon its ability to describe nonlinearities arising from wearing of the components, friction, large rotations or contact forces in a systematic manner. For this reason, the interfaces between subsystems such as mechanics, hydraulics and control systems of the mechatronic machine can be defined and analyzed in a straightforward manner.

Vaasan Sähköverkko Oy:n keskijänniteverkon nykytilan määritys sekä kehittämissuunnitelma käyttövarmuuden näkökulmasta

Tämän työn tavoitteena on analysoida Vaasan Sähköverkko Oy:n keskijänniteverkon nykytila sekä selvittää verkon kehittämisen suuntaviivoja. Nykytilan määrityksessä selvitetään kuormitettavuusasteet, jännitteenalenemat, häviöt oiko- ja maasulkusuojauksen toimivuus sekä keskeytyskustannukset. Nykytilan määrityksen apuna käytettiin verkkotietojärjestelmä Xpowerin tehojako-, oikosulku- ja maasulkulaskentoja. Nykytila on määritetty sekä normaalissa kytkentätilanteessa, että tilanteessa jossa yksi sähköasema kerrallaan on poissa käytöstä. Nykytilan määrityksen perusteella voidaan todeta, että normaalissa kytkentätilanteessa keskijänniteverkko täyttää suurilta osin sille asetetut tekniset reunaehdot, jotka ovat jännitteenalenema, kuormitettavuus, oikosulkukestoisuus sekä oiko- ja maasulkusuojauksen havahtuvaisuus. Jotta reunaehdot toteutuisivat kokonaisuudessaan, tulee oikosulkukestottomien lähtöjen releasetteluja muuttaa tai vaihtaa oikosulkukestottomat johto-osuudet suurempi poikkipintaiseen johtimeen. Nykytilan määrityksen perusteella neljän päämuuntajan kuormitettavuusaste on yli 90 %, joten näiden asemien alueiden kehitystä tulee tarkkailla. Sähköasemien korvaustarkastelun perusteella viiden sähköaseman korvaus tuottaa ongelmia jo nykyisillä huippukuormilla. Työssä tehtyjen selvitystöiden perusteella Vaasan Sähköverkko Oy:n keskijänniteverkkoon lisättiin 10 maastokatkaisijaa sekä selvitettiin verkon mahdollisia tulevaisuuden kehittämisen suuntaviivoja.

Paperikoneen hyötysuhteen parantaminen kunnossapidon keinoin

Stora Enson Kotkan tehtaiden paperikone yksi on pieni erikoislaatuja tekevä paperikone, jonka hy6tysuhteen parantamiseen on etsitty keinoja kunnossapidon toimesta. Kansainvälisen kilpailun kiristyessä sekä raaka aineiden ja energian kallistuessa paperikoneen hy6tysuhteen tulee olla korkealla tasolla. Tämän diplomity6n kirjallisuusosassa on perehdytty yleisesti kunnossapidon käsitteisiin ja toimintatapoihin. Vikaantumisen osiossa on pyritty l6ytamaan mekanismi laakereiden vikaantumiseen ja kunnonvalvonnalla keinot laakereiden vikaantumisen ehkäisyyn. Työn käytännön osiossa tutkittiin paperikoneen häiriökirjauksia vuosilta 2006 ja 2007 tehtaan toiminnanohjausjärjestelmistä. Samanaikaisesti selvitettiin toimenpidekirjauksia ja tehtyjä korjauksia samoihin kohteisiin, joissa vikaantumista tapahtuu. Tavoitteena oli selvittää syyt suuriin hairi6seisokkiaikoihin sekä analysoida suunniteltujen ja suunnittelemattomien seisokkien suhdetta. Tutkimuksessa havaittiin häiriökirjauksien puutteellisuus ja kirjauksien merkitys häiriöiden ennaltaehkäisyssä.

Keskijänniteverkon käyttövarmuuden parantaminen verkostoautomaatiolla

Tässä työssä tutkitaan maastokatkaisijoiden ja kauko-ohjattavien erottimien kannattavia sijoituskohteita keskijänniteverkkoon. Kannattavuutta lasketaan kannattavuuslaskennalla, jonka lopputuloksena saadaan automaatiolaitteiden aiheuttama keskeytyskustannussäästö. Saaduille keskeytyskustannussäästöille lasketaan investoinnin takaisinmaksuaika, joka määrää kohteiden tärkeysjärjestyksen. Lisäksi tarkastellaan verkostomuutosten vaikutusta automaatiolaitteiden kannattavuuteen. Kannattavuuslaskentaa varten keskijänniteverkko jaetaan vyöhykkeisiin. Vyöhykkeiden avulla huomioidaan olemassa olevien kauko-ohjattavien erottimien ja varasyöttöjen vaikutukset. Laskentaparametrit määritetään yhtiön tilastoista. Tutkimuksessa on esitetty automaatiolaitteiden kannattavuuslaskentaa esimerkkikohteiden avulla, jotka on valittu keskijänniteverkon rakenteen perusteella. Maastokatkaisijoille ja kauko-ohjattaville erottimille löytyi paljon kannattavia sijoituskohteita. Maastokatkaisijalle havaittu lisäominaisuus parantaa sen kannattavuutta entisestään. Automaatiolaitteiden aiheuttamat keskeytyskustannussäästöt riippuvat siirrettävästä tehosta, vikataajuuksista ja keskeytyskustannusten arvoista, joiden vaikutusta on kuvattu herkkyystarkasteluilla.

Suunnitellun alas- ja ylösajon todennäköisyysperustainen riskianalyysi ydinvoimalaitokselle

Työssä tehtiin ydinvoimalaitoksen suunnitellun alas- ja ylösajon todennäköisyysperus-tainen riskianalyysi. Suunnitellun alasajon analyysi sisälsi Teollisuuden Voima Oyj:n käyttämän vanhan PRA-mallin päivityksen ja laajentamisen. Ylösajon analyysiä varten kehitettiin kokonaan uusi malli. Diplomityöselostuksen alussa on yleinen katsaus luotettavuustekniikan käsitteisiin, pe-rusperiaatteisiin ja työkaluihin. Sitten on esitelty laitostekniikkaa tärkeimpien alas- ja ylösajoihin osallistuvien järjestelmien osalta. Myös normaalit alas- ja ylösajotoimenpi-teet on kuvattu. Yleisen teoriaosuuden jälkeen on keskitytty uusien mallien muodosta-miseen. Työssä käytetyt oletukset ja arviot on esitelty perusteluineen. Uudet tapahtuma- ja vikapuut sekä niiden perusteella lasketut sydänvaurioriskit johtopäätöksineen on käy-ty läpi selostuksen lopussa. Alkutapahtumataajuuksien määrittäminen tehtiin vikapuiden avulla, joissa huomioitiin komponenttivikojen, inhimillisten virheiden ja ulkoisten tekijöiden vaikutus. Aiemmin alkutapahtumat oli määritetty pääasiassa käyttöhistorian perusteella. Uusi määrittelytapa antaa eri vikaantumistapojen välille paremman kuvan niiden keskinäisestä merkitykses-tä sekä paremman päivitettävyyden laitosmuutosten yhteydessä. Mallien avulla voidaan laskea alas- ja ylösajon merkitys kokonaissydänvauriotaajuuteen entistä yksityiskohtaisemmin. Tuloksia voidaan myös hyödyntää laitosten vikatilanteis-sa, kun vertaillaan jatketun käytön ja mahdollisten korjaustöiden vaatiman alas- ja ylösajon riskejä. Uusien mallien antamat tulokset laskivat vain hieman kokonaissydän-vauriotaajuutta, mutta merkittävästi alasajon vaikutusta siihen. Ylösajosta aiheutuva riskinlisä oli noin puolet alasajon riskistä.

Utilization of a Time Domain Simulator in the Technical and Economic Analysis of a Wind Turbine Electric Drive Train

The amount of installed wind power has been growing exponentially during the past ten years. As wind turbines have become a significant source of electrical energy, the interactions between the turbines and the electric power network need to be studied more thoroughly than before. Especially, the behavior of the turbines in fault situations is of prime importance; simply disconnecting all wind turbines from the network during a voltage drop is no longer acceptable, since this would contribute to a total network collapse. These requirements have been a contributor to the increased role of simulations in the study and design of the electric drive train of a wind turbine. When planning a wind power investment, the selection of the site and the turbine are crucial for the economic feasibility of the installation. Economic feasibility, on the other hand, is the factor that determines whether or not investment in wind power will continue, contributing to green electricity production and reduction of emissions. In the selection of the installation site and the turbine (siting and site matching), the properties of the electric drive train of the planned turbine have so far been generally not been taken into account. Additionally, although the loss minimization of some of the individual components of the drive train has been studied, the drive train as a whole has received less attention. Furthermore, as a wind turbine will typically operate at a power level lower than the nominal most of the time, efficiency analysis in the nominal operating point is not sufficient. This doctoral dissertation attempts to combine the two aforementioned areas of interest by studying the applicability of time domain simulations in the analysis of the economicfeasibility of a wind turbine. The utilization of a general-purpose time domain simulator, otherwise applied to the study of network interactions and control systems, in the economic analysis of the wind energy conversion system is studied. The main benefits of the simulation-based method over traditional methods based on analytic calculation of losses include the ability to reuse and recombine existing models, the ability to analyze interactions between the components and subsystems in the electric drive train (something which is impossible when considering different subsystems as independent blocks, as is commonly done in theanalytical calculation of efficiencies), the ability to analyze in a rather straightforward manner the effect of selections other than physical components, for example control algorithms, and the ability to verify assumptions of the effects of a particular design change on the efficiency of the whole system. Based on the work, it can be concluded that differences between two configurations can be seen in the economic performance with only minor modifications to the simulation models used in the network interaction and control method study. This eliminates the need ofdeveloping analytic expressions for losses and enables the study of the system as a whole instead of modeling it as series connection of independent blocks with no lossinterdependencies. Three example cases (site matching, component selection, control principle selection) are provided to illustrate the usage of the approach and analyze its performance.

Estimation of existing cable systems in generator-busbar unit and choice the optimal solution for its modernization

The aim of this master’s thesis is to develop an algorithm to calculate the cable network for heat and power station CHGRES. This algorithm includes important aspect which has an influence on the cable network reliability. Moreover, according to developed algorithm, the optimal solution for modernization cable system from economical and technical point of view was obtained. The conditions of existing cable lines show that replacement is necessary. Otherwise, the fault situation would happen. In this case company would loss not only money but also its prestige. As a solution, XLPE single core cables are more profitable than other types of cable considered in this work. Moreover, it is presented the dependence of value of short circuit current on number of 10/110 kV transformers connected in parallel between main grid and considered 10 kV busbar and how it affects on final decision. Furthermore, the losses of company in power (capacity) market due to fault situation are presented. These losses are commensurable with investment to replace existing cable system.