Enhanced load profiling for residential network customers

Anticipating load characteristics on low voltage circuits is an area of increased concern for Distribution Network Operators with uncertainty stemming primarily from the validity of domestic load profiles. Identifying customer behavior makeup on a LV feeder ascertains the thermal and voltage constraints imposed on the network infrastructure; modeling this highly dynamic behavior requires a means of accommodating noise incurred through variations in lifestyle and meteorological conditions. Increased penetration of distributed generation may further worsen this situation with the risk of reversed power flows on a network with no transformer automation. Smart Meter roll-out is opening up the previously obscured view of domestic electricity use by providing high resolution advance data; while in most cases this is provided historically, rather than real-time, it permits a level of detail that could not have previously been achieved. Generating a data driven profile of domestic energy use would add to the accuracy of the monitoring and configuration activities undertaken by DNOs at LV level and higher which would afford greater realism than static load profiles that are in existing use. In this paper, a linear Gaussian load profile is developed that allows stratification to a finer level of detail while preserving a deterministic representation

Customized Retail Pricing Scheme Design with a Hybrid Data-driven Method

Rapid growth of smart metering data in smart grids provides great opportunities for the retailer to design customized price schemes and demand side management (DSM) programs for different customer groups. This paper proposes a hybrid data-driven method of clustering customers' daily load profiles and optimizing different electricity retail plan recommendations for electricity retailers. By combing the user-side information with the risk-aware decision-making framework, specifically using conditional value-at-risk (CVaR) modeling method, the retailer could guarantee its accumulated revenue without doing any harm to the customers' benefit, while guiding their energy consumption behavior instead. Through large-scale experiments, it is observed that a slight increase in the customers' possible payment would be compensated by their big gain in more demand response opportunities. The retailers' profit could also be increased by roughly 49%-51% and 33%-38% with or without enabling demand response programs.acceptedVersionPeer reviewe

Using genomic information for management planning of an endangered perennial, Viola uliginosa

Species occupying habitats subjected to frequent natural and/or anthropogenic changes are a challenge for conservation management. We studied one such species, Viola uliginosa, an endangered perennial wetland species typically inhabiting sporadically flooded meadows alongside rivers/lakes. In order to estimate genomic diversity, population structure, and history, we sampled five sites in Finland, three in Estonia, and one each in Slovenia, Belarus, and Poland using genomic SNP data with double-digest restriction site-associated DNA sequencing (ddRAD-seq). We found monophyletic populations, high levels of inbreeding (mean population F-SNP = 0.407-0.945), low effective population sizes (N-e = 0.8-50.9), indications of past demographic expansion, and rare long-distance dispersal. Our results are important in implementing conservation strategies for V. uliginosa, which should include founding of seed banks, ex situ cultivations, and reintroductions with individuals of proper origin, combined with continuous population monitoring and habitat management.Peer reviewe

Role of overweight and obesity in low back disorders among men : a longitudinal study with a life course approach

Objectives: To assess the association between being overweight or obese with low back pain (LBP) and clinically defined low back disorders across the life course. Design: A longitudinal and cross-sectional study. Setting: A nationwide health survey supplemented with data from records of prior compulsory military service. Participants: Premilitary health records (baseline) were searched for men aged 30–50 years (n=1385) who participated in a national health examination survey (follow-up). Methods and outcome measures: Height and weight were measured at baseline and follow-up, and waist circumference at follow-up. Weight at the ages of 20, 30, 40 and 50 years were ascertained, when applicable. Repeated measures of weight were used to calculate age-standardised mean body mass index (BMI) across the life course. The symptom-based outcome measures at follow-up included prevalence of non-specific and radiating LBP during the previous 30 days. The clinically defined outcome measures included chronic low back syndrome and sciatica. Results: Baseline BMI (20 years) predicted radiating LBP in adulthood, with the prevalence ratio (PR) being 1.26 (95% CI 1.08 to 1.46) for one SD (3.0 kg/m2) increase in BMI. Life course BMI was associated with radiating LBP (PR=1.23; 95% CI 1.03 to 1.48 per 1 unit increment in Z score, corresponding to 2.9 kg/m2). The development of obesity during follow-up increased the risk of radiating LBP (PR=1.91, 95% CI 1.03 to 3.53). Both general and abdominal obesity (defined as waist-to-height ratio) were associated with radiating LBP (OR=1.64, 95% CI 1.02 to 2.65 and 1.44, 95% CI 1.02 to 2.04). No associations were seen for non-specific LBP. Conclusions: Our findings imply that being overweight or obese in early adulthood as well as during the life course increases the risk of radiating but not non-specific LBP among men. Taking into account the current global obesity epidemic, emphasis should be placed on preventive measures starting at youth and, also, measures for preventing further weight gain during the life course should be implemented

Sleepiness and stress among long-haul truck drivers : An educational intervention to promote safe and economic truck driving

Sleepiness and stress at the wheel are known to be common among professional drivers. Given the safety-sensitive nature of the job, it would be essential for neither of these conditions to reach levels compromising safe driving. The current field study examined the levels of sleepiness and stress at the wheel in a group of Finnish long-haul truck drivers, and the potential factors contributing to the sub-optimal levels of arousal. Over and above, the study examined whether driver alertness could be amended by short one-time alertness management training. The results revealed that driver sleepiness reaches potentially risky levels, especially during the first night shift in the beginning of a shift spell. No clear evidence was found to support the idea that educating professional drivers on alertness management would be sufficient for mitigating their sleepiness on the road

Kysynnän jousto - Suomeen soveltuvat käytännön ratkaisut ja vaikutukset verkkoyhtiöille (DR pooli): Loppuraportin tiivistelmä

Perinteisessä sähköenergiajärjestelmässä vaihtelevaan kulutukseen on sopeuduttu tuotantoa säätämällä esim. vesivoima- ja lauhdevoimalaitosten avulla. Jatkossa yhä suurempi osa tuotannosta on sellaista, jota ei teknisesti voida tai ei taloudellisesti kannata säätää, kuten sääriippuva tuuli- ja aurinkovoima, sekä tasaisesti ajettava ydinvoima. Kuormitus tarjoaa edullisen ratkaisun lisätä järjestelmään joustavuutta ainoastaan säätökapasiteetiksi rakennettavan sähköntuotannon sijaan. Tuntitason tehotasapainon hallinnan lisäksi joustavasti ohjattavissa oleva kuormitus muodostaa merkittävän potentiaalin myös voimajärjestelmän erilaisille nopeille reserveille. Näiden tarve korostuu järjestelmässä olevan pyörivän massan (inertian) määrän vähentyessä.Valtakunnallisten tehohuippujen aikaan sähköenergian hinta yleensä nousee selvästi. Samaan aikaan käytössä on yleensä paljon päästöjä aiheuttavia energiantuotantomuotoja. Kysynnän jouston avulla voidaan sähkönkulutusta siirtää kalliista tehohuipuista edullisempiin ajankohtiin. Mikäli kysyntäjouston seurauksena tuotanto muuttuu esimerkiksi hiililauhteella tuotetusta sähköstä vesivoimaksi, pienentyvät myös sähköntuotannon päästöt. Sähkönjakeluverkon tasolla saattaa kuitenkin esiintyä tilanteita, jolloin paikallisen verkon huippukuormitus osuu ajankohtaan, jolloin halpa energia ja kysynnän jousto lisäisivät entisestään verkon huippukuormitusta. Tämä lisää osaltaan kysynnän jouston problematiikkaa.Ilmastonmuutoksen hillitseminen on taustalla myös uusissa rakentamiseen liittyvissä energiatehokkuusmääräyksissä, joiden tavoitteena on ohjata rakentamista yhä energiatehokkaampaan ja uusiutuvia energialähteitä hyödyntävään suuntaan. Energiatehokkuutta arvioitaessa tuleekin kiinnittää aikaisempaa enemmän huomiota myös hetkellisiin tehohuippuihin ja käyttöprofiileihin. Kysynnän jouston tarve ja tavoitteet tulee nähdä myös tarpeellisena osana tulevassa lähes nollaenergia eli nZEB-rakentamisessa.Kysynnän jousto sisältää laajan joukon erilaisia toimintoja, joiden merkitys, tarve ja ansaintalogiikka vaihtelevat toimijan näkökulmasta. Kysynnän joustolla voidaan ymmärtää välillinen esimerkiksi hinnoittelurakenteilla toteutettava vaikuttaminen asiakkaan käyttäytymiseen, vaihtelevaan energian hintaan pohjautuvat suorat ohjaustoimenpiteet sekä siirto- ja jakeluverkon tarpeista tulevat ohjaukset, kuten. kuorman toimiminen kantaverkkoyhtiön reservinä tai yötariffiin kytketyn kuorman porrastaminen. Seuraavassa on kuvattu lyhyesti kysynnän jouston mahdollisuuksia ja tarpeita eri toimijoiden näkökulmasta:- Kantaverkkoyhtiölle kysynnän jousto tarjoaa mahdollisuuksia tehotasapainon hallintaan ja taajuuden säätöön käyttö- ja häiriöreservien osalta sekä mahdollisesti myös joustavuutta tehopula -tilanteiden hallintaan.- Sähkön vähittäismyyjä voi hyödyntää kysynnän joustoa sähkön hankinnan suunnittelussa, tasevastaavana oman taseensa hallinnassa muiden toimenpiteiden rinnalla, säätösähkömarkkinoiden tarjouksissa sekä uusien tuotteiden ja oman liiketoiminnan kehittämisessä.- Jakeluverkkoyhtiö voi hyödyntää kysynnän jouston mahdollisuuksia pitkän aikavälin verkon suunnittelussa verkon mitoitustehon näkökulmasta sekä reaaliaikaisessa käyttötoiminnassa esim. poikkeustilanteiden aikaisen huipputehon hallinnassa.- Sähkön loppukäyttäjän näkökulmasta kysynnän jousto mahdollistaa mm. sähkön käytön edullisen hinnan aikana, ostosähkön vähentämisen, oman pientuotannon täysimääräisen hyödyntämisen, huipputehojen pienentämisen sekä mahdollisesti liittymäkoon rajoittamisen.- Laite- ja järjestelmätoimittajille sekä palvelun tarjoajille (esim. kuormia aggregoiva ”jousto- operaattori”) kysynnän jousto tarjoaa uusia tuote- ja liiketoimintamahdollisuuksia.Kysynnän jouston laajamittainen hyödyntäminen edellyttää eri toimijoiden välistä yhteistyötä. Etäluettavat energiamittarit (AMR, Automated Meter Reading), joiden osalta Suomi on edelläkävijä maailmanlaajuisesti, mahdollistavat todelliseen tuntikulutukseen pohjautuvan taseselvityksen sekä vähittäismarkkinoille uusia tuntihinnoitteluun perustuvia hinnoittelumalleja. Nämä puolestaan mahdollistavat asiakkaan osallistumisen kysynnän jouston tuntimarkkinoille. Lisäksi etäluentajärjestelmää käytetään jo tänä päivänä kuormien ohjaamiseen asiakkaan käytössä olevien tariffien mukaisesti (esim. yö-/päiväsähkö). Olemassa olevaa AMR-infrastruktuuria on kansantaloudellisessa mielessä järkevää käyttää myös suoraan kuorman ohjaukseen siinä määrin kuin asennettu infrastruktuuri sen mahdollistaa.Kysynnän jouston potentiaalia tarkasteltiin energian kulutuksen ja tyypillisimpien laitetehojen lähtökohdista. Vuodenajasta, vuorokaudesta ja vuorokauden tunnista riippuen potentiaalit vaihtelevat voimakkaasti. Suurimmat ohjauspotentiaalit ovat lämmityskaudella sähkölämmityksessä sekä käyttöveden lämmityksessä läpi vuoden. Mahdollisuuksia on myös isompien kiinteistöjen ilmanvaihdon, jäähdytyksen ja valaistuksen ohjauksessa sekä mm. ulkovalaistuksessa, autolämmityksissä, erilaisissa lisälämmitysvastuksissa sekä erikoiskohteissa, kuten kasvihuoneet.Tehtyjen analyysien ja verkkoyhtiöille tehdyn kyselyn perusteella AMR-mittareiden ohjausaikatauluun kytketyn ohjausreleen kautta on ohjattavassa yli 1 000 MW pääosin erilaista sähkölämmitys- ja lämminvesivaraajakuormaa. Tämä ohjattavissa oleva kuormitus olisi otettavissa käyttöön hyvinkin nopeasti, ja hyödynnettävissä esim. day-ahead (Elspot) -markkinoilla toimittaessa. Käytännön toteutus vaatii kuitenkin vielä tietojärjestelmärajapintojen standardointia siten, että ohjaussignaalit kulkevat saumattomasti sähkönmyyjien ja verkkoyhtiöiden välillä. AMR-mittareiden ns. kuormanohjausreleeseen on kytkettynä samaa suuruusluokkaa oleva määrä ohjattavaa kuormaa, jota voitaisiin hyödyntää päivän sisällä tapahtuvissa ohjauksissa (intra-day (Elbas), säätösähkömarkkina). Riittävän nopeaan ja luotettavaan tiedonsiirtoon sekä mittareiden ja keskusten asennuksiin liittyy ohjausaikatauluun perustuvaan ohjaukseen verrattuna enemmän teknisiä haasteita. Jakeluverkkoyhtiöiden valvontamallia, esim. innovaatiokannustimen muodossa, tuleekin kehittää siten, että se luo kannusteita verkkoyhtiöille edistää AMR-mittareiden kautta ohjattavissa olevan ohjauspotentiaalin täysimääräistä hyödyntämistä.Day-ahead ja intra-day markkinoita merkittävämmän taloudellisen potentiaalin tarjoavat kantaverkkoyhtiön olemassa olevat, maailmanlaajuisesti edistykselliset, käyttö- ja häiriöreservimarkkinat. Nykyistä AMR –teknologiaa ei voida sellaisenaan käyttää nopeisiin ohjauksiin, vaan reservimarkkinoille tarjottava kuorman ohjaus vaatii teknisesti kehittyneempiä ratkaisuja. Todennäköisesti reservimarkkinoille tarjottava kysynnän jousto laajenee ensin isompien kiinteistöjen kuormien ohjauksista; esim. reservimarkkinoille hyvin soveltuvat ilmanvaihto-, jäähdytys- ja valaistuskuormat muodostavat satojen megawattien suuruisen kuormituksen valtakunnan tasolla.Isompien kiinteistöjen (palvelu-, liike ja toimistorakennukset) ohjauksissa kiinteistöautomaatiojärjestelmät ovat ensisijainen ratkaisu kysynnän jouston toimintojen kehittämiseen. Myös pienasiakkaiden (kotitalous- ja vapaa-ajan kiinteistöt) kuormien ohjauksissa tarvitaan AMR-mittaria kehittyneempiä järjestelmiä, jos halutaan tarjota ohjauksia reservimarkkinoille tai toteutetaan älykkäämpiä ohjauksia, esim. kun asiakkaalla on omaa pientuotantoa. Taloudellinen kannattavuus on yleisesti ottaen sitä parempi, mitä reaaliaikaisemmilla markkinoilla operoidaan.Sähkön myyjän näkökulmasta Day-ahead tai intra-day markkinoihin tai tasehallintaan liittyvällä kysynnän joustolla saavutettavien taloudellisten hyötyjen realisoitumista edesauttaa se, että kysynnän jouston toteutukseen vaadittava infrastruktuuri on lähes valmiina. Mikäli kysyntäjoustotuotteen tarjoaa joku muu kuin asiakkaan sähkönmyyjä, tulee luoda menettely, jolla ratkaistaan tasevastuuseen liittyvät kysymykset.Sähkönmyyjällä ja jakeluverkkoyhtiöllä on periaatteellinen eturistiriita suhteessa kysynnän joustoon. Kun kuormituksia ohjataan kaikille asiakkaille yhtenäisen ohjaussignaalin, kuten sähkön markkinahinnan perusteella, vähenee normaali kuormien risteily, mikä kasvattaa verkon tehoja. Tehopohjaisen maksukomponentin sisältävä siirtotariffi puolestaan luo asiakkaalle kannusteen kiinnittää huomiota myös omiin huipputehoihin. Todellisella jakeluverkolla ja kuormitustiedoilla tehdyissä simuloinneissa ilmeni, että tarkastellussa jakeluverkossa huipputehot (suurin tuntikeskiteho) kasvavat merkittävästi, mikäli kuormia ohjataan markkinaperusteisesti. Tätä kuormien kasvua on simulointien perusteella mahdollista tasoittaa tehopohjaisilla siirtotariffeilla. Tehopohjainen hinnoittelu voidaan toteuttaa esim. asiakkaan toteutuneeseen huipputehoon tai liittymispisteeseen määriteltyyn tehorajaan tai -kaistaan perustuvan maksukomponentin avulla. Sähkön myyjän hinnoittelu voi siitä huolimatta perustua edelleen tuntihinnoitteluun, esim. spot-hintaan, jolloin asiakkailla on kannuste optimoida kuormia myös markkinahintojen perusteella. Tehopohjainen hinnoittelu voidaan nähdä jopa edellytyksenä järjestelmän kokonaistehokkuuden toteutumisen näkökulmasta, jotta markkinahinta-pohjaisella ohjauksella saavutettava hyöty ei eliminoidu verkon kapasiteettitarpeen kasvamisena ja siten asiakkaiden korkeampina siirtomaksuina.Keskeistä kysynnän jouston laajamittaiselle hyödyntämiselle on muodostaa kokonaisvaltainen näkemys kysynnän jouston toiminnallisuudesta ja eri toimijoiden mahdollisesti ristikkäisistäkin rooleista, kaikkien toimijoiden liiketoimintaa tukevasta markkinamallista, tiedonsiirtorajapintojen yhteensovittamisesta sekä kysynnän joustoa edistävän lainsäädännön kehittämisestä. Erityisesti kysyntäjouston ansaintalogiikka vaatii kehittämistä, asiakkaiden ymmärrystä tulee lisätä ja asiakkaille tulee tarjota kannusteita kysynnän joustoon osallistumiseen. Kuorman ohjauksen käyttöönotto edellyttää myös uusien ja uusittavien kiinteistöjen sähköverkon ja laitevalintojen suunnittelun tavoitteellista ohjausta. Lainsäädäntöön liittyvien kysymysten lisäksi keskeisiä esteitä kysynnän jouston toteutumiselle yleisesti ovat hajanainen toimialakenttä (suuri määrä erilaisia toimijoita), standardoimattomat prosessit, tietojärjestelmien rajapinnat ja toimintavasteiden suuri hajonta, sekä asiakkaan kuormien ohjattavuustiedon puuttuminen.Tutkimusprojektin lopputuloksena esitetään lukuisa joukko toimenpiteitä, joilla voidaan edesauttaa laajamittaisen kysynnän jouston yleistymistä. Vastuu toimenpiteistä jakautuu laajasti toimialan yrityksille (mm. sähkön myyjät ja verkkoyhtiöt), toimialan järjestöjen edustajille sekä viranomaisille. Toimenpiteet liittyvät:- kysynnän jouston tuotteistamiseen sähkön myyjän ja jakeluverkkoyhtiön toimintojen osalta,- eri sidosryhmien informointiin ja koulutukseen,- toimintatapojen yhtenäistämiseen toimintaprosessien sekä teknisten järjestelmien osalta,- lainsäädännön, viranomaismääräysten ja ohjeiden kehittämiseen, joihin sisältyy erityisesti verkkoliiketoiminnan valvontamallin ja rakennusmääräysten kehittäminen.Vaikka kysynnän jouston laajamittainen käyttöönotto edellyttää vielä paljon erilaisia toimenpiteitä, niin olemassa oleva infrastruktuuri ja markkinapaikat sekä meneillään oleva kehitystyö luo uskoa kysynnän jouston laajamittaisen toteutuksen käynnistymiselle lähitulevaisuudessa

Mining smart meter data - Case Finland

Smart meters collect a lot of data on customer level electricity consumption and this, together with other data sources e.g. environmental information and public open data, provides an excellent basis for data mining. As a part of a recent smart grid project conducted in Finland, several different ways of mining smart meter data were studied. The project brought advances in customer classification and clustering, load profiling, spatial load analytics, behaviour change detection and load forecasting.acceptedVersionPeer reviewe

Using Load Forecasting to Control Domestic Battery Energy Storage Systems

The profitability of domestic battery energy storage systems has been poor and this is the main barrier to their general use. It is possible to increase profitability by using multiple control targets. Market price-based electricity contracts and power-based distribution tariffs alongside storage of surplus photovoltaic energy make it possible to have multiple control targets in domestic use. The battery control system needs accurate load forecasting so that its capacity can be utilized in an optimally economical way. This study shows how the accuracy of short-term load forecasting affects cost savings by using batteries. The study was conducted by simulating actual customers’ load profiles with batteries utilized for different control targets. The results of the study show that knowledge of customers’ load profiles (i.e., when high and low peaks happen) is more important that actual forecast accuracy, as measured by error criteria. In many cases, the load forecast based on customers’ historical load data and the outdoor temperature is sufficient to be used in the control system, but in some cases a more accurate forecast can give better cost savings.publishedVersionPeer reviewe

Load Models for Electricity Distribution Price Regulation

The Finnish Energy Authority, which regulates electricity distribution network operation, was given a new task in 2017 when the law on electricity markets changed. The new law states the distribution fees in any consumer segment can increase a maximum of 15 % during a period of 12 months. To enforce this law, the regulator must be able to calculate average distribution charges for different customer segments. In this paper, we aim to create type consumer load models that can be used to calculate average distribution charges with a wide variety of distribution tariffs. The tariff structures are not regulated and they can contain differently defined time-of-use periods, peak periods, and maximum demand calculation principles. In addition, possibility to evaluate novel distribution tariffs with power and tier limits is considered.publishedVersionPeer reviewe