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.

A redistricting problem applied to meter reading in power distribution networks

The capacitated redistricting problem (CRP) has the objective to redefine, under a given criterion, an initial set of districts of an urban area represented by a geographic network. Each node in the network has different types of demands and each district has a limited capacity. Real-world applications consider more than one criteria in the design of the districts, leading to a multicriteria CRP (MCRP). Examples are found in political districting, sales design, street sweeping, garbage collection and mail delivery. This work addresses the MCRP applied to power meter reading and two criteria are considered: compactness and homogeneity of districts. The proposed solution framework is based on a greedy randomized adaptive search procedure and multicriteria scalarization techniques to approximate the Pareto frontier. The computational experiments show the effectiveness of the method for a set of randomly generated networks and for a real-world network extracted from the city of São Paulo. © 2013 Elsevier Ltd.

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.

I benefici dell'applicazione estesa della telelettura nella caratterizzazione della dotazione idrica

Si sono analizzate le opportunità offerte dalla telelettura dei consumi idrici per la caratterizzazione della domanda idrica con particolare attenzione al caso di studio di Fano (PU)

Communication protocol for the rempli project

The overall goal of the REMPLI project is to design and implement a communication infrastructure for distributed data acquisition and remote control operations using the power grid as the communication medium. The primary target application is remote meter reading with high time resolution, where the meters can be energy, heat, gas, or water meters. The users of the system (e.g. utility companies) will benefit from the REMPLI system by gaining more detailed information about how energy is consumed by the end-users. In this context, the power-line communication (PLC) is deployed to cover the distance between utility company’s Private Network and the end user. This document specifies a protocol for real-time PLC, in the framework of the REMPLI project. It mainly comprises the Network Layer and Data Link Layer. The protocol was designed having into consideration the specific aspects of the network: different network typologies (star, tree, ring, multiple paths), dynamic changes in network topology (due to network maintenance, hazards, etc.), communication lines strongly affected by noise.

A power line communication stack for metering, SCADA and large-scale domotic applications

This paper describes the communication stack of the REMPLI system: a structure using power-lines and IPbased networks for communication, for data acquisition and control of energy distribution and consumption. It is furthermore prepared to use alternative communication media like GSM or analog modem connections. The REMPLI system provides communication service for existing applications, namely automated meter reading, energy billing and domotic applications. The communication stack, consisting of physical, network, transport, and application layer is described as well as the communication services provided by the system. We show how the peculiarities of the power-line communication influence the design of the communication stack, by introducing requirements to efficiently use the limited bandwidth, optimize traffic and implement fair use of the communication medium for the extensive communication partners.

Desempenho em consciência fonológica, memória operacional, leitura e escrita na dislexia familial

Background: familial dyslexia. Aim: to characterize and compare the phonological awareness, working memory, reading and writing abilities of individuals whose family members are also affected. Method: in this study 10 familial nuclei of natural family relationship of individuals with dyslexia were analyzed. Families of natural individuals living in the west region of the state of São Paulo were selected. Inclusion criteria were: to be a native speaker of the Brazilian Portuguese language, to have 8 years of age or more, to present positive familial history for learning disabilities, That is, to present at least one relative with difficulties in learning. Exclusion criteria were: to present any neurological disorder genetically caused or not, in any of the family members, such as dystonia, extra pyramidal diseases, mental disorder, epilepsy, attention deficit and hyperactivity disorder (ADHA); psychiatric symptoms or conditions; or any other pertinent conditions that could cause errors in the diagnosis. As for the diagnosis of developmental dyslexia, information about the familial history of the adolescents and children was gathered with the parents, so that a detailed pedigree could be delineated. Neurological, psychological, speech-language, and school performance evaluations were made with the individuals and their families. Results: the results of this study suggest that the dyslexic individuals and their respective relatives, also with dyslexia, presented lower performances than the control group in terms of rapid automatic naming, reading, writing and phonological awareness. Conclusion: deficits in phonological awareness, working memory, reading and writing seem to have genetic susceptibility that possibly determine, when in interaction with the environment, the manifestation of dyslexia.

GRASP with evolutionary path-relinking for the capacitated arc routing problem

The Capacitated Arc Routing Problem (CARP) is a well-known NP-hard combinatorial optimization problem where, given an undirected graph, the objective is to find a minimum cost set of tours servicing a subset of required edges under vehicle capacity constraints. There are numerous applications for the CARP, such as street sweeping, garbage collection, mail delivery, school bus routing, and meter reading. A Greedy Randomized Adaptive Search Procedure (GRASP) with Path-Relinking (PR) is proposed and compared with other successful CARP metaheuristics. Some features of this GRASP with PR are (i) reactive parameter tuning, where the parameter value is stochastically selected biased in favor of those values which historically produced the best solutions in average; (ii) a statistical filter, which discard initial solutions if they are unlikely to improve the incumbent best solution; (iii) infeasible local search, where high-quality solutions, though infeasible, are used to explore the feasible/infeasible boundaries of the solution space; (iv) evolutionary PR, a recent trend where the pool of elite solutions is progressively improved by successive relinking of pairs of elite solutions. Computational tests were conducted using a set of 81 instances, and results reveal that the GRASP is very competitive, achieving the best overall deviation from lower bounds and the highest number of best solutions found. © 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.