Mitä tekniikan tutkimus voisi oppia Karl Popperin tieteenfilosofiasta?

Tekniikan tutkimus ja tuotekehitys koetaan ratkaisuksi saada Suomi nousuun ja vientikaupalle kilpailukykyä. Lähes kaikki tunnistavat myös tutkimuksen ongelmat: pyritään suuriin monikansallisiin ja -vuotisiin projekteihin, jotka ovat kankeita ja luovat tehottomuutta. Esitän tässä artikkelissa Karl Popperin tieteenfilosofian lähtökohdista ammentavan kokonaisvaltaisen lähestymistavan, jolla tekniikan tutkimukseen saadaan sellaista ketteryyttä ja määrätietoisuutta, joka mahdollistaa uusien innovaatioiden nykyistä nopeamman luomisen

Magneettisesti ohjattu reaktori - älykkään sähköverkon uusi komponentti

There is currently rapid increase of solar and wind generation in the grid and growing emphasis on the reliability and availability of electrical supply.  These changes have triggered a need to have a more flexible grid, which can adapt instantly to a different load, production and failure situations. First part of this thesis was to investigate ways to create grid elements presenting instantly controllable inductance, which would fulfill many Smart Grid needs such as compensating reactive power, controlling voltage in a distribution grid or compensating earth fault currents. A reactor topology was identified, modeled and validated in laboratory in which inductance could be controlled quickly, linearly and with no moving parts using an optimized virtual air gap. One promising application for this new type of instantly controllable and linear reactor is in compensating earth faults in resonant earthed distribution networks. Typically arc suppression coils (ASC) are not tuned to exact resonance due to practicalities related to current technology whereas the new magnetically controlled reactor developed in this work is fast and thus allows full resonance tuning. In a second part of this thesis earth fault arcs were modeled using black box models and it was established, that tuning ASC to full resonance improves the earth fault extinguishment probability. This result further indicates, that magnetically controlled reactor is a good replacement for current mechanically operated ASC. In a typical earth fault compensation arrangement the substation transformer provides delta connection to the medium voltage side thereby lacking neutral connection. Arc suppression coil is connected between earth and neutral, which means that normally an earthing transformer is needed to provide connection point for arc suppression coil. Third contribution of this thesis was to model and simulate a novel earth fault compensating reactor, in which the earthing transformer and arc suppression coil functions could be integrated into a same space saving structure, while providing instant control in zero sequence impedance using the magnetically controlled reactor developed in this work.Aurinko- ja tuulienergian energian tuotanto kasvaa nopeasti ja sähkönjakeluverkon luotettavuuteen toimitusvarmuuteen kiinnitetään yhä enemmän huomiota. Nämä muutokset ovat johtaneet tarpeeseen saada aikaan älykäs sähköverkko, joka voi sopeutua nopeasti erilaisiin kuormitus-, tuotanto- ja vikatilanteisiin. Tämän työn ensimmäinen osa oli tutkia tapoja luoda sähköverkon elementtejä, joiden induktanssia voidaan säätää nopeasti ja lineaarisesti. Tällaisten verkkokomponenttien olemassaolo mahdollistaa monien älykkään sähköverkon tarpeiden täyttämistä, kuten automaattisen loistehon kompensoinnin, jännitteen säätämisen jakeluverkossa tai maasulkuvirtojen kompensoinnin. Tällaisen säädettävän reaktorin topologia löydettiin, mallinnettiin ja varmistettiin kokeellisissa testeissä. Osoitettiin, että reaktorin induktanssia voitiin ohjata nopeasti, lineaarisesti ja ilman liikkuvia osia sähköisesti ohjatun virtuaalisen magneettisen ilmavälin avulla. Yksi lupaava sovellus tällaiselle uudelle ohjatulle reaktorille on maasulkuvirtojen kompensointi sammutetussa jakeluverkossa. Tyypillisesti kompensointikuristin (Arc Suppression Coil, ASC) ei ole viritetty tarkasti resonanssiin johtuen nykyisen tekniikan rajoituksista, kun taas tässä työssä kehitetty magneettisesti ohjattu reaktori on nopea ja mahdollistaa täyden resonanssin virityksen. Työn toisessa osassa maasulkuvikoja mallinnettiin käyttäen valokaarimalleja ja todettiin, että kompensointikuristimen viritys täydellä resonanssilla parantaa maasulkuvian sammumista. Tämä tulos osoittaa, että esitetty magneettisesti ohjattu reaktori on hyvä vaihtoehto korvaamaan nykyisin käytettyjä mekaanisesti ohjattavia kompensointikuristimia. Tyypillisessä sähkönjakeluverkossa sähköaseman muuntajan toisio on kolmioon kytketty, joten nollapotentiaalia ei ole. Kompensointikuristin kytketään nollapotentiaalin ja maan väliin, mikä tarkoittaa, että tarvitaan maadoitusmuuntajaa luomaan tarvittava nollapotentiaali. Tässä työssä kehitettiin, mallinnettiin ja simuloitiin uudenlainen maasulkuvikoja kompensoiva laite, joka voidaan kytkeä suoraan kolmiokytkettyyn sähköaseman muuntajaan ilman erillistä maadoitusmuuntajaa. Tämä uusi rakenne hyödynsi kehitettyä ohjattavaa reaktoria sekä kehitettyjä analysointimenetelmiä ja tuloksena oli rakenne, jossa maasulkukompensoinnin toiminnot voitiin integroida tilaa säästävään rakenteeseen samalla, saatiin aikaa nopea kompensointi, jolla viat sammuvat varmemmin, kuin nykyisissä ratkaisuissa on mahdollista

Reluctance Network Analysis for Complex Coupled Inductors

The use of reluctance networks has been a conventional practice to analyze transformer structures. Basic transformer structures can be well analyzed by using the magnetic-electric analogues discovered by Heaviside in the 19th century. However, as power transformer structures are getting more complex today, it has been recognized that changing transformer structures cannot be accurately analyzed using the current reluctance network methods. This paper presents a novel method in which the magnetic reluctance network or arbitrary complexity and the surrounding electrical networks can be analyzed as a single network. The method presented provides a straightforward mapping table for systematically linking the electric lumped elements to magnetic circuit elements. The methodology is validated by analyzing several practical transformer structures. The proposed method allows the analysis of coupled inductor of any complexity, linear or non-linear.Peer reviewe