The European Council has recently set objectives in the matter of energy and climate policies and thus the interest in renewable energies is more than ever at stake. However, the introduction of renewable energies in an energy mix is also accelerated and altered by political targets. The two most widespread renewable technologies, photovoltaic and wind farms, have specific characteristics - decentralized, intermittency, uncertain production forecast up until a few hours ahead - that oblige to adapt the network and the current conventional generator control. By using optimization techniques, it is possible to characterize the optimal energy mix (i.e. the optimal share of every power technology in all the countries considered). In this paper, the optimization function is defined as the sum of the yearly fixed cost of deploying a certain amount of installed capacity with the cost of electricity generation over the while year. Then the aim of the model is to evaluate the energy mix of least cost. One can imagine multiple applications for this model, depending on which issue is to solve. Two case studies are developed in this report as examples. Renewable technologies are modifying the organization of the electricity market because of their specific characteristics. The first case study aims at quantifying the additional cost due to the integration of renewable energies. The second is targeted to characterize the impact of the integration of green energy sources on the deployment of Demand Response.

In an electricity price forecast model the influence from connected external electricity markets affects the supply. In order to predict electricity prices in a supply and demand model one can increase the accuracy by predicting the import or export from the connected markets if the connected market models are not price optimized towards each other. There is a limit for the maximum transfer capacity of electricity between the markets and the capacity is changing in time. This thesis investigates methods of predicting the influence from connected markets by using cross validation. A multiple linear regression model is compared with varieties of the Tobit model, a model that accounts for limited or censored variables. An extension is made using Markov regime shifting models in order to evaluate if this can capture more dynamics and increase the predictive power. The result shows that a special case of the Tobit model that accounts for a time varying limit increases the accuracy of the prediction compared to the other models. The Markov regime shifting models add a greater level of complexity to the prediction, but can increase the predictive power in some cases. / Elpriset kan estimeras i en modell som tar hänsyn till tillgång och efterfrågan på elmarknaden. I en sådan prognosmodell för elpriser på elmarknaden påverkar sammankopplade elmarknader tillgången på elektricitet i modellen. Om en angränsande marknad inte har prisoptimerats mot den gällande marknadsmodellen kan en prognos för import och export av el förbättra prisprognosen. ¨Överföringskapaciteten, den maximala mängden el som kan importeras eller exporteras mellan marknaderna är begränsad och kapaciteten skiftar i tiden. Detta arbete ¨ämnar att genom korsvalidering undersöka metoder för att estimera ett sådant begränsat flöde av elektricitet mellan två marknader. En multipel linjär regression är jämförd med varianter av Tobit modellen, en modell som hanterar avgränsat data. Denna modell är utökad med gömda Markovprocesser för att undersöka om detta kan minska felet i prediktionen. Resultatet visar att ett specialfall av Tobitmodellen som kan hantera en skiftande kapacitet i tiden minskar felet på prediktionen. Markov processerna ökar komplexiteten för prediktionen, men kan minska felet i prognosen i vissa fall.

The high market demand for power electronics converters nowadays requires converters with high power quality, great reliability and low cost. However, there are several challenges related to these systems, one relevant example is the energy ripple in the DC bus for single phase converters which causes problems such as overheating and reduction of the capacitor lifetime. To limit this energy ripple, which consists of the second order harmonic in the DC bus, a bulky DC link capacitor is usually required. Although, it results in low power density and large converter volume. Some of these capacitors can also present some problems such as shorter life-time and reliability. This thesis addresses this problem by adding active filter storage elements to the DC bus to absorb the pulsating power at twice the frequency on the bus line. In this way, there is no need to increase in the capacitor size to reduce the ripple. On the contrary, this method allows to replace the DC capacitor used for the conventional method by two smaller capacitors. The size of the DC bus capacitor is reduced, as is the energy ripple, and thereby the power density is increased. Besides, with the significant improvement of power semiconductor devices nowadays, the storage element method can be applied with acceptable cost and high reliability. In this thesis, component design and ripple analysis are explained in detail. The effectiveness of the power storage method is confirmed by simulations. / Dagens höga efterfrågan på kraftelektronikbaserade omvandlare kräver hög kvalitet, hög tillförlitlighet och låg kostnad. Det finns dock flera utmaningar för dessa system. Ett relevant exempel är energivariationer i DC-bussen hos enfas-omvandlare. Variationerna kan orsaka problem som överhettning och minskning av kondensatorernas livslängd.Variationerna, som är en andra ordningens överton av den fundamentala frekvensen, begränsas vanligen med en skrymmande kondensator kopplad till DC-bussen. Det resulterar i låg effekttäthet och stor omvandlarvolym. Några av dessa kondensatorer kan också medföra problem med kortare livslängd och lägre tillförlitlighet.I denna rapport behandlas detta problem genom att lägga till ett aktivt filter med effektlager vid DC-bussen för att absorbera den andra övertonen. Därmed behövs ingen ökning av kondensatorns storlek för att absorbera den andra övertonen. Den konventionella DC-busskondensatorn kan istället ersättas med två mindre kondensatorer.När både kondensatorns storlek och övertonen minskas fås högre effekttäthet som konsekvens. Med den senaste tidens utveckling inom halvledarkomponenter kan metoden dessutom implementeras med hög tillförlitlighet till en rimlig kostnad.Komponenternas utformning och analysen av variationerna i DC-bussen förklaras i detalj i denna avhandling. Funktionen hos metoden bekräftas av simuleringar.

The topic of thesis is estimation of the crank angle based on pulse signals from an induction sensor placed on the flywheel. The engine management system performs many calculations in the crank angle domain which means that a good accuracy is needed for this measurement. To estimate the crank angle degree the torque balance on the crankshaft based on Newtons 2nd law is used. The resulting acceleration is integrated to give engine speed and crank angle. This approach is made for two crankshaft models, the rigid crankshaft approach and the lumped mass model. The latter can capture the torsional effects of the crankshaft twisting and bending due to torques acting on it. This is then compared to a linear extrapolation of the engine speed which is the chosen method today. To validate results experiments was performed where data for 36 stationary operating points was gathered. The results indicate that using a torque based model and predicting torsion improves the accuracy of the crank angle measurement especially for higher engine speeds. The rigid crankshaft approach does not give enough improvement of the accuracy to warrant further work. / Detta examensarbete handlar om att ta fram en metod för att uppskatta vevvinkel från pulser från en induktionssensor placerad på svänghjulet. Motorns styrsystem utför många beräkningar med vevvinkeln som bas och därför krävs hög noggrannhet. Den valda metoden ärr att använda momentbalans på vevaxeln baserat på Newtons andra lag. Accelerationen som fås från denna ekvation integreras sedan för att ge motorvarv-tal och vevvinkel. Denna metod görs för två fall av vevaxel modell. En stel vevaxel och en fler-mass modell som används för att förutspå förvridningar i axeln. Detta jämförs sedan med en linjär extrapolation av hastigheten vilket är tillvägagångsättet idag. För att kunna validera modellerna samlades data in i experiment som utfördes för 36 stationära arbetspunkter. Resultaten visar på att en momentmodell som även förutspår förvridningar ger en förbättrad uppskattning av vevvinkeln. Den stela vevaxel modellen ger inte tillräckligt förbättrad prestanda för att vara värd fortsatt arbete.

For the last couple of years autonomous driving has increased in popularity as a research area, and it continues to grow. A topic within autonomous driving is path following, which is the subject studied in this project. One of the popular controllers to use for controlling a vehicle is the model predictive controller, because it finds an optimal control input for the vehicle based on the model of the vehicle, and its estimated future behaviour within the prediction horizon - which covers a distance ahead of the vehicle. To increase the length of this distance, one can use a new controller - the clothoid-based model predictive controller. The clothoid-based model predictive controller is a linear time-varying model predictive controller that uses a clothoid-based vehicle model to find an optimal input based on the vehicle’s behaviour at the kink-points. The kink-points are way-points that are used to create the clothoids, and the distance between them can be very far. Therefore, it is possible to cover a large distance ahead of the vehicle with a small prediction horizon. In this thesis, the controller is implemented at the Smart Mobility Laboratory at KTH Royal Institute of Technology so that it can be tested and evaluated for future use. The controller is implemented on a 1 : 32 scaled radio truck that is monitored by a motion capture system, and remotely controlled by a desktop computer. The outcome of the implementation is a new controller for the remote controlled radio trucks with a fast control algorithm, where the greatest mean deviation from the path was 0.117m. / Under de senaste åren har självkörande fordon blivit populärare som forskningsområde, och det blir allt mer populärt. Ett område inom självkörande fordon är att den ska följa efter en bana, även kallat path following, vilket är området som projektet fokuserat på. En av de populära kontrollerna för att styra fordonet är predikterande modell-kontroller (model predictive control), för den hittar en den optimala kontrol signalen baserat på modellen av fordonet och dess framtida bettende inom prediktions horisonten - som täcker ett område framför bilen. För att öka täckningsgraden av det här området kan en använda en ny kontroller - den klotoidbaserade predikterande modell-kontroller (clothoid-based model predictive controller). Den klotoidbaserade predikterande modell-kontroller är en linjärt tidsvarierande predikterande modell-kontroller (linear time-varying model predictive controller) som använder sig av en klotoidbaserad fordonsmodel för att hitta den optimala inputsignalen baserat på fordonets beteende vid knut-punkterna (kink-points). Knut-punkterna är punkter som används för att skapa klotoiderna, och avståndet mellan punkterna kan vara långt. Därför är det möjligt att täcka ett större område framför fordonet med en mindre prediktions horisont. I den här uppsatsen är kontroller implementerad i Smart Mobility Laboratory på Kungliga Tekniska Högskolan, så att den kan bli evaluerad och testad för användning i framtiden. Kontrollern används på˚ en 1 : 32 skalenlig radiostyd lastbild som är övervakad av ett rörelse detektionssystem, och lastbilen är radio fjärrstyrd via en dator. Resultatet av implementeringen är en ny kontroller för radiostyrd lastbil med en snabb kontroller algorithm med en maximal medelavvikelse från banan på 0.117m.

Following the liberalization of the electricity sector and the increase of renewables, the design of the electricity markets has evolved. Optimization techniques and models for power system generation scheduling including multiple markets are nowadays crucial. In this thesis, a solution has been developed in order to optimize the schedule of a hydro pumped storage while considering electricity markets with di˙erent time resolutions. The model is based on the German market design and uses deterministic dynamic programming techniques. Based on past data, the final model allows backtesting analyses to assess previous strategies. The usage of forecasted prices and forecasted executions in the reserve markets gives the possibility to provide planning and indicators to the traders. Unique price scenarios and executions scenarios are considered due to the deterministic characteristic of the model. The optimization can compare simultaneously di˙erent spot markets and provides the corresponding optimal schedule. Adjustments can be made to consider the tertiary reserve market. In the tertiary reserve market, each o˙er corresponds to an upward or downward regulation for a given period i.e. an increase or decrease in the injected energy in the power system. Only exclusive options are considered for a fixed volume chosen at the beginning of the simulation: either a possible upward regulation is o˙ered, or a downward for a given period and the fixed volume. In addition, a successful o˙er for the primary or secondary reserve market can be assumed as a fixed parameter at the beginning of the simulation. A demonstration of the optimization is provided for a hydro pumped storage defined in the thesis and validates the usage of dynamic programming. The simulations highlight the interest in considering multiple markets with high time resolution to increase the potential profit. Moreover, the financial interest of the reserve markets is shown for a hydro pumped storage. The model allows an assessment of the di˙erent trading possibilities in the reserve markets. Suggested improvements to the model and potential for future work can be found in the final chapter of this thesis. / Efter liberaliseringen av elsektorn och ökande förnyelsebar andelen, har designen av el-marknaden utvecklats. Optimerings metoder för elproduktions planering med flera olika marknader är avgörande. I denna avhandling, har en lösning utvecklats för att optimera produktions planerin-gen av ett pumpkraftverk som tar hänsyn till flera elmarknader med olika tidsupplösningar. Modellen baseras på den Tyska marknads designen och deterministisk dynamisk program-mering. Baserad på historisk data, kan den slutgiltiga modellen användas för backtesting av tidigare strategier. Användningen av prognostiserade priser och utförande i reserv marknader ger möjligheten at förse planering och indikationer till handlaren. Optimeringen kan jämföra olika spot marknader samt den tertiär reservmarknaden sam-tidigt och förser den motsvarande produktionsplanen. I tertiär marknaden motsvarar varje bud en upp eller ner reglering i den givna tidsperioden. I början av simuleringen avges reglerings håll för en fast volym: antingen är budet en upp eller ner reglering för en fast volym för en given tidsperiod. Ett lyckat bud i primär och sekundär marknaden kan antas som en konstant parameter i början av simuleringen. En demonstration av optimeringen förses för ett pumpkraftverk definierat i avhandlingen och bekräftar användningen av dynamisk programmering. Simuleringarna framhäver in-tresset för att ta hänsyn till flera marknader med höga tidsupplösningar för potentiella vinst. Det finansiella intresset för en reserv marknad visas för ett pumpkraftverk. Modellen tillåter antagande för olika handelsmöjligheter i reserv marknader. I sista kapitlet av avhandlingen finns förslag till förbättringar och framtida arbete.

Motivated by the increase of traffic load in cellular network and the associated increase of traffic through the network, device-to-device (D2D) communication with 60GHz millimeter wave (mmWave) is a possible solution to manage this future task. In this research project, our investigation focuses on the benefits of combining D2D links and conventional links with 60 GHz mmWave.  Our investigation is performed in two phases. At first, we consider a network that has only two users, to provide a better understanding of the performance of different communication schemes with 60 GHz mmWave in simplified circumstances. Subsequently, from the realistic point of view, a multi-users system is introduced in latter to detect the relation between system throughput, antenna beamwidth, and interference model. Meanwhile, to ensure the accuracy of system performance, an accuracy improvement algorithm based on iterative algorithm is purposed in the project either.  Simulation results show that, the system with D2D communication and conventional communication together improves performance of system with pure conventional system under 60 GHz mmWave. The capacity can improve more than 13 times with 60 GHz mmWave under highly directional antenna compared with 5 GHz transmission, and system performance highly depends on antenna beamwidth and traffic load. Meanwhile, interference analysis indicates that the interference is not a significant factor for 60 GHz mmWave communication. Finally, the ratio for D2D links under different propagation conditions describes the appropriate environment of using D2D communication in network. Key words: 60 GHz millimetre wave, D2D communication, antenna beamwidth, traffic load, Interference analysis, and accuracy improvement algorithm. / Motiverad av ökningen i mobila nätverks trafikbelastning samt även den relaterade trafiken genom nätverket. Detta projekt fokuserar på fördelarna med nätverk kombinerat D2D och konventionella länkar med 60 GHz mmWave att hantera denna framtida uppgift. Vår undersökning utförs i två faser. Först föreställer vi oss ett nätverk som endast har två användare, för att bättre förstå olika kommunikationssystem genomförs dessa i förenklade omständigheter. Därefter, från den realistiska synvinkeln, är ett multi-användar system introducerat för att undersöka förhållandet mellan systemets antennbandbrebb och störningar. Simuleringsresultat visar att kapaciteten kan förbättras mer än 13 gånger med 60GHz mmWave under en mycket riktad antenn jämfört med 5GHz överföring, och systemets prestanda är mycket beroende av antennens bandbredd och trafikbelastning. Samtidigt indikerar störningsanalys att störningen inte är en signifikant faktor för 60 GHz mmWave.

Correct-by-construction control systems that fulfill formal specifications are an active research area, especially for motion and task planning of multi-agent systems. Recent methods suffer from state explosion problems which make them inconvenient to use in practice. The framework proposed in this thesis can be seen as an alternative approach by avoiding automata representation and state explosion problems, going back to more classical continuous control theory. This thesis presents a unifying framework consisting of Signal Temporal Logic and a Model Predictive Controller to robustly control linear systems in space and time. A new robustness signal for Signal Temporal Logic, called Average Space Robustness, is introduced and directly incorporated into the cost function of a Model Predictive Controller. Consequently, this methodology not only satisfies temporal logic formulas, but also satisfies them as much as possible. The convex optimization problem encapsulated in this framework can be solved as a linear programming problem. Stability of this open loop approach is analyzed by considering boundedness notions. A wide range of system specifications can be expressed while naturally including robustness against disturbances and model uncertainties. Direct robustness combined with low computation times make this methodology an interesting area for future research within motion and task planning. / Reglersystem av typen korrekt-genom-konstruktion som uppfyller formella specifikationer är ett aktivt forskningsområde, framförallt inom rörelse och uppdrags-planering för robotik med flera agenter. Tidigare metoder inom området lider av kraftig tillstånds tillväxt problem vilket gör dem olämpliga för en rad tillämpningar. Styrsystemsmetoden som presenteras i denna uppsats är en variation på tidigare lösningar genom att undvika automata-representationen och istället använda mer klassisk reglerteknik med kontinuerliga tillstånd. Därmed undviks även problematiken kring kraftig tillstånds tillväxt. Vår metod består av Signal Temporal Logic och Model Predictive Control för att på ett robust vis styra ett linjärt system både spatialt och temporalt. En ny robusthets signal för Signal Temporal Logic, Average Space Robustness, introduceras och nyttjas i kost-funktionen för Model Predictive Control. Därmed så uppfyller inte enbart denna metod temporal logical utan enar modellerna i största mån möjligt. Det konvexa optimeringsproblem som denna metod utmynnar i kan lösas som ett linjärt programmerings problem. Stabiliteten av denna styrning med öppen återkoppling kan analyseras genom att betrakta begreppet bundenhet. Väldigt olika systemspecifikationer kan uttryckas vid bibehållen robusthet mot störningar och model-osäkerhet. Metodiskt implicerad robusthet sammanvägt med låg beräkningskomplexitet gör detta tillvägagångssätt till ett intressant område för framtida forskning inom rörelse och uppdrags-planering.

In this work, the problem of deploying a team of mobile sensing agents to provide coverage of an environment is addressed. We propose a novel distributed algorithm to generate a sequence of waypoints for each agent, based on intermittent communication between the agents. The algorithm is shown to converge to an equilibrium configuration, while a measure of the environment coverage is shown to be monotonically nondecreasing. To fulfill the task of moving the agents to the designated waypoints, we develop a non-linear control algorithm based on backstepping, as well as a path planning strategy that uses potential field navigation and collision avoidance. All the proposed algorithms are tested in a simulated environment and on real-world aerial robots.

Digital technologies have increased the influence of technology in business, even changing business models and strategies of organisations. This influence, called Digital Transformation of Business (DT), happens when there is an increase of the number of digital connections, information and interactions. This phenom-ena has been defined as Digital Density (DD) and aims to provide an assessment of the digitalization status of an organization. With the concept of DD we pro-pose the DD Framework, that has two parts: qualitative and quantitative. In order to support both parts we simulate the effect that a platform for smart-phones called Waze has on the traffic flow of a city. For the qualitative side, we redefine the concept of DD and with Business Model CANVAS we compare the changes introduced by Waze in the business model. The quantitative part of the simulation is performed with MATLAB and its goal is to understand how an agent chooses the path to drive from point A to point B. As expected, we prove that with more information agents can estimate better the costs of the different paths. Despite, even if our simulation seems to prove that the more information the agents have the better the system works, we introduce an analogy with the Braess Paradox to find potential problems and provide solutions for them. We conclude with a proposal of future work. / Digital teknologi har ökat influensen av teknologi i affärslivet, även förändrat företagsmodeller och strategier av organisationer. Denna influens, kallad Digital Transformation av Företagande (DT), händer när det är en ökning av digitala anslutningar, information och integration. Detta fenomen har definierats som Digital Density (DD) och syftet att ge värdering av digitalisering av en organisation. Med DD konceptet föreslår vi DD Ramverk, vilket har två delar: kvalitet och kvantitet. För att stötta båda delar simulerar vi effekten som en plattform för smartphones som kallas Waze har på en trafikström i en stad. Den kvalitativ aspekten omdefinerar vi konceptet DD med CANVAS affärsmodel som i sin tur jämför ändringar introducerade av Waze. Den kvantitativa delen av simulering genomförs med MATLAB vars mål är att förstå hur en agent väljer sin väg från punkt A till B. Som förväntat, har de bevisats att med fler informations agenter kan bättra kostnadsestimeringar göras av de olika vägarna. Trots, även om våra simulationer verkar bevisa att ju mer information agenterna har, desto bättra fungerar systemet. Vi introducerar en analogi med ”The Braess Paradox” för att finna potentiella problem och erbjuda lösningar till dessa. Vi sammanfattar med ett förslag till framtida arbete.