An architecture for wireless sensors in distributed management of electrical distribution systems

This thesis presents a distributed architecture for the use of wireless sensors in the management of electrical distribution systems. Although the general concept of using wireless sensors for measuring quantities of power lines has previously been introduced, the proposed solutions have not been well integrated within the power system equipment and the automation system. This has severely compromised the applicability of the sensors in the field. However, wireless sensors have several features that make them an attractive instrumentation solution in the harsh environment of electrical distribution networks. Wireless sensors do not need signal or power cables and they are therefore easy to install and use in system refurbishment. They thus provide an interesting and cost effective alternative that is worth studying. In this thesis, the concept developed for enhancing the applicability and integration of wireless sensors within the power distribution system is based on an architecture that uses the properties of the system itself to preserve functionality and to minimise the power consumption and thus the size and weight of the wireless sensors. In this architecture the following essential components and aspects are identified. First, a time synchronisation method for wireless sensors is developed. The main goal with this method is to provide energy optimised means to determine the phase angle in wireless sensor cells where several sensors measure phase current and one sensor measures voltage. Secondly, a fault detection and location method with wireless sensors is proposed. This method enables implementation of fault management using wireless sensors that operate autonomously and asynchronously and measure only phase current. With this approach the hardware and software implementation of a sensor can be simplified compared to previous solutions. The combination of these developed methods enables the construction of lighter, smaller and more flexible wireless sensors. Consequently, the ability to integrate the sensors within components and equipment as well as their robustness and functionality are enhanced. Third, an architecture for the distributed management of electrical distribution networks is developed. The primary intention with this architecture is to provide a distributed computing platform that integrates the wireless sensors within the automation system and manages the related functionality in a controlled and simple way. The developed architecture also creates a generic concept for distributed and local control in the management of electrical distribution systems. This concept will be valuable in the future when the vast amount of data produced by sensors must be locally processed to avoid saturating the communication and computational resources of the control centre.reviewe

WWW i fjärrövervakning och -kontroll av enheter i distributionsautomationssystemet

Maailmanlaajuisten markkinoiden avautuminen ja sähkömarkkinoiden vapautuminen on pakottanut voimayhtiöt olemaan entistä kilpailukykyisempiä ja innovatiivisempia. Menestystä liiketoiminnassa ei voida enää taata alueellisella ja valtion monopolilla eikä edes korkealaatuisella sähköllä (esim. vähemmän ei-toimitettua energiaa ja parannettu sähkön laatu). Myös ympäristökysymykset, energian hinta ja järjestelmän ylläpitokustannukset ovat avaintekijöitä menestykselle tulevaisuudessa. Jotta selvitään uusista asiakasvaatimuksista on sähkönjakelujärjestelmää muutettava ja parannettava. Tätä voidaan tehdä nostamalla tämän hetkisten järjestelmien suorituskykyä uusilla ohjaus- ja suojausjärjestelmillä, jotka parantavat järjestelmien automatisointia. Jakeluautomaatiojärjestelmä sisältää laitteita (Remote Terminal Unit, RTU) ala-asemien ja primäärilaitteiden kaukovalvontaa ja -ohjausta varten. Tietoliikenne RTU:n ja kauko-ohjausjärjestelmän välillä on tavallisesti perustunut suljettuihin tiedonsiirtoyhteyksiin ja protokolliin, jotta pystyttäisiin alentamaan järjestelmän kustannuksia, avoimia standardeja tietoliikenteessä on kuitenkin käytettävä. Yksi ratkaisumahdollisuus voidaan löytää tietoliikennealalta. Teleoperaattorit ja tietoliikennetekniikkaan keskittävät yhtiöt rakentavat tietoliikenteeseen tarvittavaa infrastruktuuria ja ne osallistuvat aktiivisesti protokollien ja tiedon esitysmuodon standardisointityöhön. Jos niiden tekemää työtä voidaan käyttää hyväksi jakeluautomaatiossa, työtä ja paljon rahaa voidaan säästää. Erityisen houkuttelevilta standardeilta tuntuvat TCP/IP, WWW ja internet teknologiat. Jos TCP/IP:tä ja WWW:tä tuetaan kaukovalvonta- ja ohjausprosessissa, löytyy myös uusia mahdollisuuksia valvomoaseman puolella (client/master station). Ei enää tarvitse käyttää pelkästään tavallisia SCADA-järjestelmiä vaan myös matkaviestintäjärjestelmien laitteiden, kannettavien tietokoneiden, ym. Web-selaimista voidaan kaikkialta maailmalta ottaa yhteys RTU:hun tarvittavien toimenpiteiden (valvonta, ohjaus, ym.) suorittamiseksi. Tämän projektin tavoitteena oli suunnitella ja toteuttaa WWW-palvelurajapinta ABB Transmit Oy:llä kaukovalvontaa ja ohjausta varten tehtyyn RTU:hun. Sulautettu TCP/IP protokolla ja sulautettu Web-palvelin integroitiin RTU:hun ja lisäksi suunniteltiin ja toteutettiin ohjelmistomoduuleita, jotka mahdollistavat prosessitietojen ja tapahtumien valvonnan, laitteen toimintojen ohjauksen ja konfiguroinnin, parametrisoinnin ja ylläpidon suorittamisen tavallisen Web-selaimen kautta. Tämä tutkielma esittelee REC 523 RTU:n uuden protokollaohjelmiston. Ohjelmisto on rakennettu protokollamoduulista CPAProtocol ja kommunikointia laitteen tietokannan ja sovelluksien välillä hallitsevasta moduulista CPAManager. TCP/IP ohjelmiston sovelluskerros koostuu Web-palvelimesta ja tiedon esitystä käsittelevä ohjausmoduulista, joka myös mahdollistaa prosessitiedon saannin laitteen tietokannasta

Lokalisering av en högstadieskola i en småstad : en rumslig multikriterieanalys över Mora tätort

Det är ofta ett svårt beslut för en kommun att ur ett ekonomiskt perspektiv bestämma om gamla skolor ska renoveras eller om det ska byggas nya. Om kommunen väljer att bygga en ny skola är det många olika kriterier och intressen som ska beaktas. Utbildning är även en mänsklig rättighet och det är av stor vikt att alla barn har tillgång till grundskoleutbildning. Därför är placeringen av skolan ett av de viktigaste besluten en myndighet ska fatta. Geografisk informationsteknik (GIT) är ett snabbt, behändigt och ekonomiskt verktyg för att analysera den variation av problem som kan uppstå inom samhällsplanering. GIT kan även hantera stora mängder av rumsliga och attributdata som är hämtade från flera olika källor. Kombinationen av geografiska informationssystem (GIS) med multikriterieanalyser (MKA) används ofta för att lösa problem inom flera olika områden. Denna studie har som mål att lokalisera en plats i Mora tätort där det är lämpligt att uppföra en högstadieskola. Studien strävar efter att exemplifiera hur MKA kan användas av kommuner för att lokalisera lämpliga områden för nya skolor inom småstäder. För att kunna genomföra studien har intervjuer med lärare och en sakkunnig genomförts för att få olika synvinklar på rangordningen av för studien relevanta kriterier. Detta har sedan legat som grund för viktningen av samtliga faktorkartor för att kunna identifiera vilka som har en större eller mindre betydelse för skolans plats i staden. Resultatet från intervjuerna och MKA visar att de tillfrågade generellt ger demografiska förhållanden en stor betydelse och samtidigt ger jordarter samt marklutning en lägre prioritering. Vad gäller övriga kriterier varierar prioriteringen mellan respondenterna, men resultatet från MKA utpekar trots meningsskiljaktigheterna ut samma område som det mest lämpliga för en högstadieskola. Förutom den mest lämpliga platsen presenteras även två alternativa lokaliseringar för en ny skola i varje resultatkarta. Den ena alternativa platsen lokaliseras till samma område oavsett individuell viktning, det andra alternativet lokaliseras till olika platser beroende på vilken viktning som använts i MKA. En känslighetsanalys har genomförts i studien för att undersöka om resultatet kan anses vara robust. Detta har genomförts genom att invertera vikterna som inhämtats från intervjuerna och sedan genomföra ytterligare MKA. Känslighetsanalysen visade att resultatet är robust eftersom områdena med högsta värdet i resultat kartan även har högsta värdena i känslighetsanalysen.It is common that municipalities find it difficult to decide if an old school should be renovated or if it is more economically sustainable to build a new school. If the municipality decides to build a new school, several different criteria and interests must be considered. Education is a human right and children's access to primary education is very important. Therefore, the decision of where to locate a school is one of the most important decisions authorities can make. Geographical information technology (GIT) is a fast, convenient and economical tool that can be used to analyse a variation of different problems that may occur in spatial planning. GIT can store great numbers of spatial and attribute data that are collected from different sources. The combination of geographical information systems (GIS) and multi-criteria decision analysis (MCDA) is often used to solve different kind’s problems that occur in many fields. GIS-based MCDA can be applied to the planning of garbage disposal and transports. The aim of this study is to locate an area within the urbanarea of Mora that is suita- ble for a new school. The study strives to set an example of how MCDA can be used by municipalities to find suitable locations for schools in a small city. To implement this study interviews with teachers and an expert was performed. This resulted in different perspectives on the ranking of relevant criteria. The answers from the interviews have then been used to the weighting of every factor map to identify which should have a greater or less importance for the school's location in the city. The result from the interviews and MCDA shows that generally the respondents give the demographical relations a great importance meanwhile soils and ground elevation usually receive a lesser importance. The priority of the other factors differed between the respondents, but the resulting MCDA still identifies the same area as most suitable for a new school. Also, two alternative localizations were located and presented. The first alternative location was located to the same area even though the weights were different. But the second alternative was located to different areas depending on which weights that were used in the MCDA. A sensitivity analysis was performed in the study to test if the results are robust. This is done by inverting the weights that was obtained from the interviews and doing another MCDA. The sensitivity analysis showed that the result was robust because the same areas as in the main result is presented as appropriate

Elements of FlashForth

Abstract This report is a remix of material from a number Forth tutorials and references, adapted to the FlashForth environment. It provides some examples and explanation of using FlashForth on a PIC18 microcontroller while concentrating on the features of the language rather than the details of the microcontroller hardware. Following an introduction to the FlashForth interpreter, we look at adding our own word definitions to the dictionary and then explore the manipulation of data values on the stack. Flow of program control and more advanced defining words are also explored. These defining words are convenient for making arrays. Finally, strings and formatted numeric output are discussed

Solving large-scale retrofit heat exchanger network synthesis problems with mathematical optimization methods

Heat exchanger network optimization is a standard problem in process design. Various mathematical models and heuristics have beendeveloped to help the designer in constructing the network. Different target procedures, like the pinch analysis, are widely used both inacademia and industry. Another approach to find cost optimal network structures is to use mathematical programming methods. The advantagewith mathematical programming methods is that a rigorous optimization of the structure, sizes of heat exchangers and utility usage can becarried out, whereas the designer makes these decisions if purely pinch-based tools are used.Even if much effort has been put on research within this area, many of the mathematical models consider only grassroot design, whereasmost practical cases today seem to be retrofit situations. In addition, these models are likely to be either rigorous but not solvable for bigger(large-scale, real life examples) or deficient and solvable for large-scale problems. This paper takes an attempt to address these problemssimultaneously and to develop a rigorous optimization framework based on both a genetic algorithm and a deterministic MINLP-approachand to present an extended model for large-scale retrofit heat exchanger network design problems