蓄電池は携帯機器，電気自動車をはじめ，自然エネルギー有効利用に至るまで広範囲に利用され，その重要性はますます高まっている。これら機器の使用時間や特性は蓄電池の特性に大きく依存することから，電池自体の特性改善に加え，劣化を診断してより効率的に電池を運用することが求められている。本論文は，非線形情報処理を得意とする人工知能を用いた2次電池の劣化診断法を開発し，エネルギーの有効利用に資する技術を確立した。機器動作時の電池電圧・電流波形と電池劣化特性との関連性を，人工知能を用い学習することにより，機器稼働時に電池の劣化を診断することができる。なお，この関連性は非線形で複雑であるが，非線形分析を得意とする人工知能は劣化診断に適している。学習には時間を要するものの，診断は短時間になし得ることから，提案法は稼働時劣化診断に適している。本論文では，この特徴を生かし，電池の等価回路（ECM）を導出し，充電率（SOC），容量維持率（SOH）を推定している。また，本論文では現在産業応用分野で用いられている，リチウムイオン電池，ニッケル水素電池，鉛蓄電池を対象とし，提案法はあらゆる電池使用機器に応用可能である。また，提案法を電池状態監視装置（BMU）や，マイコンなどを用いた組み込みシステムに応用可能とし，実証している。以上のことから，本論文は，新たな蓄電池の劣化診断法の確立し，その有効性を確認している。 / The importance of rechargeable batteries nowadays is increasing from the portable electronic devices and solar energy industry up to the development of new EV models. The rechargeable batteries have a crucial role in the storage system, mostly in mobile applications and transportation, because the period of its usage and the flexibility of the function are determined by the battery. Due to the black box approach of the ANN it is possible to connect the complex physical phenomenon with a specific physical meaning expressed with a nonlinear logic between inputs and output. Using specific input data to relate with the desired output, makes possible to create a pattern connection with input and output. This ability helps to estimate in real time the desired outputs, behaviors, phenomes and at the same time it can be used as a real time diagnosis method. / 博士(工学) / Doctor of Philosophy in Engineering / 同志社大学 / Doshisha University

Research has shown that three-phase balancing alone can improve the operation of secondary distribution networks and that the addition of energy storage to the phase balancing power electronics further helps to alleviate the negative effects of phase unbalances. However, less attention has been paid to the economic potential of said technologies and particularly for loadside implementation. It appears that the deployment of phase balancers, with or without energy storage, is indeed hampered by uncertainty related to its economic feasibility, despite both technologies being commercially available. This thesis therefore aims to assess and compare the economic feasibility of the two configurations for peak shaving purposes in the context of residential property loads in Sweden. The assessment was performed using a specially developed deterministic techno-economic model taking into consideration historical load data from three Swedish real estate, cost estimations for a range of alternatives used when sizing the systems, applicable tariffs and fees for electricity and its distribution as well as technical parameters such as the capacities and efficiencies of the involved components. A novel approach was taken by linearly extrapolating the three load profiles into three sets of 91 synthesized load profiles to enable a larger dataset for analysis. The net present values generated for each set were then graphed and analyzed per original real estate. The results showed that both configurations can be economically feasible, but only under certain conditions. A phase balancer alone was found to be feasible for real estate whose peak currents are distinctly unbalanced and exceed 50 A, with the best expected rate of return for profiles exceeding 63 A since they enable a tariff switch. The combined system was found to be even more contingent on the tariff switch and therefore only feasible for peaks above 63 A. A substantial difference in the initial investment further makes the single phase balancer the preferred choice, unless the discount rate is as low as 2 % or less. On this basis, potential investors need to assess the state of unbalance of their loads and perform their own calculation based their load profile, cost of capital and applicable tariffs. / Tidigare forskning har visat att fasbalansering enskilt kan förbättra driften hos lokala distributionsnät och att ett batterisystem i tillägg till fasbalanserarens kraftelektronik ytterligare kan minska de negativa effekterna av fasobalanser. Däremot har mindre uppmärksamhet riktats mot den ekonomiska genomförbarheten hos dessa teknologier och i synnerhet för implementation på lastens sida av elmätaren. Det tycks vara så att spridningen av fasbalanserare, med eller utan energilagring, hindras av osäkerheten kring dess ekonomiska potential trots att båda teknologierna är kommersiellt tillgängliga. Detta arbete ämnar därför att värdera och jämföra den ekonomiska nyttan hos de två konfigurationerna vid toppreducering av fastighetselen i svenska bostadsfastigheter. Värderingen utfördes med hjälp av en särskilt utvecklad deterministisk tekno-ekonomisk modell som beaktade historiska lastdata från tre svenska fastigheter, kostnadsuppskattningar för en uppsättning av konfigurationer som användes vid dimensionering av systemen, applicerbara tariffer och avgifter för elektricitet och dess distribution samt tekniska parametrar såsom kapaciteter och verkningsgrader för de olika komponenterna. Ett annorlunda tillvägagångssätt tillämpades vidare för att utöka datamängden genom linjär extrapolation av lastprofilerna, vilket resulterade i tre uppsättningar av 91 syntetiserade lastprofiler. Nettonuvärdet beräknades följaktligen för varje profil och investeringsalternativ för att sedan plottas och analyseras per ursprunglig fastighet. Resultaten visade att båda konfigurationerna kan uppvisa lönsamhet, men endast under särskilda förutsättningar. Den enskilda fasbalanseraren bedömdes som lönsam för fastigheter vars strömtoppar är påtagligt obalanserade och som överstiger 50 A, med största möjliga lönsamhet för profiler som överstiger 63 A då dessa möjliggör ett tariffbyte. Det kombinerade systemets lönsamhet bedömdes vara ännu mer beroende av tariffbytet och därför endast lönsamt för strömtoppar över 63 A. En betydligt större grundinvestering för det kombinerade systemet gör vidare att den enskilda fasbalanseraren i regel är att föredra, såvida inte kalkylräntan är så låg som 2 % eller mindre. Baserat på detta uppmanas potentiella investerare att undersöka balanstillståndet hos deras laster och att utföra en egen kalkyl baserat på deras specifika last, kapitalkostnad och nätföretag.

Solar energy is resourceful for many purposes, for example, harvesting renewable electricity with photovoltaic (PV) technology. The number of new grid connections of PV is continuously increasing, and the Swedish PV market for residential prosumers is growing. Providing accurate information about PV’s benefits and the installation’s technical details is essential to attract more prosumers to the PV market. One outlet for such information is providers of PV, who are also responsible for the technical details. From a technical perspective, how much of the produced electricity the prosumer can self-consume impacts the profitability of the investment. Higher self-consumption is associated with more savings, and a battery storage system has the potential to increase self-consumption. Two different approaches were used to carry out this thesis. Communication was studied with a qualitative approach, and the technical term self-consumption was analysed quantitatively. A discourse analysis with a pragmatic approach was performed to study what meanings are created when retailers communicate about the two genres within the discourse of PV: the benefits and the technical specifications. Qualitative data used for this part was collected from the websites of PV retailers. The quantitative part involved calculations of self-consumption levels and simulations of a battery storage system in MATLAB using an extensive data set over households with real PV systems. The identified research gap indicates no previous studies on how PV retailers communicate and few studies of self-consumption using data from real systems. The results from the discourse analysis of the benefits showed that some of the central meanings were: “a prosumer's roof is worth money if they can afford the investment”, “PV has a positive environmental impact”, and “adoption of PV is a trend that prosumers should follow”. The central meaning from the analysis of the technical specifications was that “a prosumer does not need to be concerned about the technical aspect of the installation because the company takes care of it”. The results from the quantitative study showed that from the available data, self-consumption was dependent on how the PV system size is matched to the consumption of the household. Depending on the ALR groups, the households had different mean values of self-consumption, whereas the most common group ALR=6 had a mean self-consumption level of 38%. The simulations with battery storage showed that systems with lower initial self-consumption (below 40%) could increase self-consumption faster with increasing battery capacity but could not reach maximum self-consumption values.

In the context of electricity, arbitrage trading involves taking advantage of existing price variations within electricity markets. The report conducted financial modelling for energy storage systems and demand-side load management for electricity arbitrage trading in single-family homes. The analysis included two different energy storage systems: a thermal energy storage system and a battery energy storage system. Additionally, electricity spot cost reduction was compared between electricity arbitrage trading and traditional energy efficiency measures such as air-to-water and ground-source heat pumps. The report's findings indicated that air-to-water and ground-source heat pumps emerged as the most economically viable choices for reducing electricity spot costs, irrespective of the studied electricity price area. The thermal energy storage system, employing an insulated hot water storage tank, ranked the third most efficient in achieving cost savings. The battery energy storage system, represented by a lithium home battery system, demonstrated the lowest rate of cost saving among the analyzed energy efficiency measures.  The financial modelling highlighted the economic potential for thermal energy storage systems, particularly in southern Sweden's electricity price areas SE3 and SE4. On the other hand, no economically viable options for battery energy storage systems were identified, regardless of the studied electricity price area. As a results, the report recommends utilizing thermal energy storage systems and implementing demand-side load management as strategies to hedge against future electricity price volatility.

Coincidence factors have been researched since the late 1800s, as they displays the ratio between the maximum coincidencental power usage of a system, and the sum of the maximum individual loads of the system. Accurate estimations of the highest coincidental power usage allow for minimal material usage when constructing substations, transformers, overhead lines, and cables for power transmission. Scania is large bus and truck production industry in Sweden, and has realised that it over-estimate the largest coincidental power usage of production facilities, which leads to unnecessary investment costs and power subscription with the power distribution utility. This study is special, as the area of coincidence factors for industrial purposes are rarely investigated. In combination with modelling of BESS for power supply, this study aims to investigate established methods of calculating coincidence factors for industrial purposes and their relevance, as the results will be compared to actual values from measurements. The results of the study showed that Velander ́s method, used by utilities in Sweden and a few other countries, is not very relevant for estimating highest coincidental power usage, as this requires accurate estimation of yearly energy usage, and two other parameters, k1 & k2 . The normal distribution is better for this purpose but also requires accurate data. This study proposed a method based on the normal distribution, that requires follow-up in order to guarantee that it is accurate in multiple cases. In addition, a BESS was modelled using Matlab, with the initial aim of peak-shaving. Since this did not prove profitable with Scania ́s standards, the modelling simply aimed at being profitable using Net Present Value as economical tool for evaluating profitability. The results displayed a lot of profitable sizes of the BESS where the battery became profitable after five years minimum. / Sammanlagringsfaktorer har studerats sedan slutet på 1800-talet. De visar kvoten mellan den högsta sammanfallande effekten och summan av de högsta individuella effekterna per last i ett system. En mer träffsäker uppskattning av sammanfallande effekt, reducerar materialanvändning vid byggande av ställverk, transformatorer och elkablar som ska användas vid strömöverföring. Scania är en stor produktionsindustri i Sverige som tillverkar bussar och lastbilar. De har insett att de överdimensionerar sina effektbehov hos olika produktionsfabriker, vilket leder till onödigt höga investeringskostnader och höga effektabonnemang gentemot eldistributören. Studien är ovanlig, då sammanlagringsfaktorer inom industrin är väldigt lite forskat kring. Studien undersöker redan etablerade metoder för att beräkna sammanlagringsfaktorer och hur relevanta de är för området. Dessutom studeras batterier för energilagring. Detta görs genom jämförelse av mätningar av strömmar i en av Scanias lokaler. Resultaten av studien visar att Velanders metod är olämplig för användning då den kräver kunskap om årlig energiförbrukning, samt korrekta konstanter k1 & k2. Normaldistribution som är ett statistikt verktyg, gav mer liknande värden av de uppmätta strömmarna i B178, men hade sin svaghet i att metoden också krävde kunskaper om effektanvändning, vilket blir problematiskt när en ny fabrik ska byggas, samt uppskatta effektbehovet för denna. Studien föreslår en modell som baseras på normaldistribution, men som kräver uppföljning för att säkerställa relevans. Utöver detta, används Matlab för att modellera ett batteri, vars primära syfte är att kapa effekttoppar. När detta visade sig vara icke lönsamt med Scanias standarder blev målet att istället modellera ett batteri vars enda mål att vara lönsamt. Där visade det sig finnas flera storlekar på batterier som var lönsamma efter minst fem år.

Hydropower is one of the oldest renewable energy (RE) sources and constitutes a major share in the Swedish electricity mix. Though hydropower is renewable, there exist some issues pertaining to the local aquatic conditions. With more environmental laws being implemented, regulating the use and management of water is jeopardizing the flexibility of hydropower plants. The decided national plan for new environmental conditions in Sweden is expected to start being implemented in 2025 and more restrictions are expected. Analysing a battery energy storage system's capabilities plants may improve flexibility in hydropower plant operation. This thesis is focused on the short-term regulation in lower Oreälven river where the hydropower plants Skattungbyn, Unnån and Hansjö are located. The combined hydropower plant and battery system is simulated being employed in the day-ahead market and a techno-economic optimization of the combined system is performed. The combined system's operation is modelled using Mixed Integer Linear Programming. The future electricity market analysis is modelled using Machine Learning techniques. Three different electricity market scenarios were developed based on different Swedish nuclear energy targets for 2040 to capture the future. The first scenario developed complies with the Swedish energy target of 100 % renewable production in 2040. The second scenario has still two nuclear power plants in operation by 2040 and the third scenario has the same nuclear capacity as of 2020. It is observed from the results that with the current battery costs (~3,6 Million SEK/MWh), the implementation of a battery system for the short term regulation of the combined battery/hydropower system is not profitable and the cost of battery needs to be less than 0,5 Million SEK/MWh to make it profitable. The thesis also discusses the possibility of utilizing batteries’ second life and the techno-economic analysis of their performance. / Vattenkraft är en av de allra äldsta förnybara energikällorna och utgör idag en väsentlig del av Sveriges energimix. Trots att vattenkraft är förnybar, har den lett till vissa utmaningar i den lokala vattenmiljön. Som en följd av att fler miljölagar har implementerats för att reglera nyttjandet av vattendrag och sjöar, minskar flexibiliteten i vattenkraftproduktionen. Den av den svenska regeringen i juni 2020 beslutade nationella planen för miljöanpassning av vattenkraften i Sverige, förväntas börja genomföras med start 2025 och tros då resultera i fler flexibilitetsbegränsningar. Genom att analysera driften av batteriers energilagringssystem kombinerade med vattenkraftverk, bedöms flexibiliteten i sådana kombinerade system kunna ökas. Denna studie fokuserar på den kortsiktiga regleringen av nedre Oreälven med vattenkraftverken Skattungbyn, Unnån och Hansjö. En kombination av vattenkraftverken med batterisystem simuleras mot spot-marknaden och en teknisk-ekonomisk optimering av det kombinerade systemet utförs. Driften av det kombinerade systemet modelleras med linjärprogrammering och den framtida analysen av elmarknaden modelleras med maskininlärningstekniker. Tre olika scenarier för elmarknaden utvecklades baserade på målen för den svenska kärnkraften år 2040. Det första scenariot som utvecklades är i linje med det svenska energimålet om 100 % förnybar produktion till 2040. Det andra scenariot utvecklades med två kärnkraftverk fortfarande i drift 2040 och det tredje scenariot med samma kärnkraftskapacitet som 2020. Från resultaten kan särskilt noteras att med nuvarande batterikostnader (~3,6 miljoner SEK/MWh) kommer införandet av batterier för att kortsiktigt reglera vattenkraftverken inte att vara lönsamt om inte batterikostnaden reduceras till som högst 0,5 miljoner SEK/MWh. Denna studie diskuterar även möjligheterna att använda andrahandsbatterier samt en teknisk-ekonomisk analys för dess prestanda.

The transition in the transport sector by the integration of battery electric vehicles (BEVs) brings a new challenge for the system operators to ensure the balance between supply and demand. The installation of new EV charges poses a surge in electricity demand in the coming years which jeopardizes the grid reliability and stability. With the new EV policies in place, Sweden will have a huge growth of BEVs and the associated charging infrastructures. The challenges faced by the electricity transmission and distribution will depend on the type and smart capability of the infrastructure. Therefore, research is conducted to analyze the impacts of the mix of public and private residential EV charging and how smart charging can help in mitigating the impacts. This thesis studies the impact of the mix of private residential and public EV chargers on the power network of Hammarby Sjöstad, a neighborhood of Stockholm. Four substations out of 20 corresponding to the areas with the highest proportion in the residential and commercial sectors in the network were chosen for the study and power flow analysis was carried out to analyze the impacts in the year 2025. EV chargers were categorized into public and private residential chargers. The public chargers had rated power of 22 kW each while residential chargers were rated at 3.68 kW each. EVs can behave as energy vectors, and it is possible to optimize their charging as a part of demand-side management which includes peak shaving or shifting. Optimizing EV charging was treated as a mixed integer linear programming (MILP) problem to schedule EV charging for both reducing losses and the cost of electricity import from the grid. Two optimization strategies were investigated to analyze their potential to reduce the peaks due to uncontrolled charging. Renewable energy generation from solar PVs integrated with EV chargers reduces the import of electricity from the grid during the day which not only reduced the losses but also the cost of importing electricity from the grid. The effect of intermittency of solar PV generation was reduced by implementing BESS. At low price periods, the BESS was charged using the excess PV power and at higher price periods, the BESS was discharged. Three scenarios were developed, where the Reference scenario refers to the base case without PV and BESS, With PV scenario considered only PV generation while With PVBESS scenario considered the implementation of BESS with PV. Three test cases were simulated for each of the scenarios, and it was found that by the implementation of smart charging, the losses in the network reduce by 35.5% and it also significantly reduced the losses in all the other scenarios. Implementation of smart charging reduced the cost of electricity import from the grid by 4.3%. The integration of PV generation led to a 7% further reduction in the losses and cost of electricity import as compared to the Reference scenario. The integration of BESS increased the losses in the network, but it also enhanced the self-consumption of PV power. The implementation of smart charging not only reduces the losses and costs of import but will lead to savings in grid reinforcement costs. / Övergången inom transportsektorn genom integrering av batteri -elektriska fordon (BEV) medför en ny utmaning för systemoperatörerna att säkerställa balansen mellan utbud och efterfrågan. Installationen av nya elavgifter innebär en kraftig ökning av elbehovet under de kommande åren, vilket äventyrar nätets tillförlitlighet och stabilitet. Med den nya EV -politiken på plats kommer Sverige att ha en enorm tillväxt av BEV och tillhörande ladd infrastrukturer. Utmaningarna för elöverföring och distribution beror på infrastrukturens typ och smarta kapacitet. Därför forskas för att analysera effekterna av blandningen av offentliga och privata EV -laddningar för bostäder och hur smart laddning kan hjälpa till att mildra effekterna. Denna avhandling studerar effekten av blandningen av privata bostäder och offentliga EV -laddare på kraftnätet i Hammarby Sjöstad, en stadsdel i Stockholm. Fyra transformatorstationer av 20 motsvarande de områden med den högsta andelen inom bostads- och kommersiella sektorer i nätet valdes ut för undersökningen och effektflödesanalys utfördes för att analysera effekterna år 2025. EV -laddare kategoriserades offentligt och privata bostadsladdare. De offentliga laddarna hade en nominell effekt på 22 kW vardera medan bostadsladdare var 3,68 kW vardera. Elbilar kan bete sig som energivektorer, och det är möjligt att optimera laddningen som en del av hanteringen på efterfrågesidan som inkluderar topprakning eller växling. Optimering av EV -laddning behandlades som ett blandat heltal linjärt programmeringsproblem (MILP) för att schemalägga EV -laddning för både minskning av förluster och kostnader för elimport från nätet. Två optimeringsstrategier undersöktes för att analysera deras potential att minska topparna på grund av okontrollerad laddning. Förnybar energiproduktion från solcellsanläggningar integrerade med EV -laddare minskar importen av el från nätet under dagen vilket inte bara minskade förlusterna utan också kostnaderna för att importera el från nätet. Effekten av intermittency av solcellsgenerering genererades genom att implementera BESS. Vid lågprisperioder debiterades BESS med överskott av PV -effekt och vid högre prisperioder laddades BESS ur. Tre scenarier utvecklades, där referensscenariot hänvisar till basfallet utan PV och BESS, med PV -scenario endast betraktat PV -generering medan With PVBESS -scenario övervägde implementeringen av BESS med PV. Tre testfall simulerades för vart och ett av scenarierna, och det visade sig att genom implementering av smart laddning minskar förlusterna i nätverket med 35,5% och det minskade också avsevärt i alla andra scenarier. Genomförandet av smart laddning minskade kostnaden för elimport från nätet med 4,3%. Integrationen av PV -produktion ledde till en ytterligare minskning av förlusterna och kostnaderna för elimport med 7% jämfört med referensscenariot. Integrationen av BESS ökade förlusterna i nätet, men det förbättrade också självförbrukningen av PV-kraft. Genomförandet av smart laddning minskar inte bara förluster och kostnader vid import utan leder till besparingar i nätförstärkningskostnader.

As the share of weather-dependent renewable energy sources increases in the energy system, more grid balancing solutions are needed. For companies investing in energy production facilities, this offers new business opportunities. This master's thesis examines a battery energy storage system (BESS) co-located with a wind farm and utilizing its existing grid connection. The profitability of the battery system investment is evaluated using Net Present Value (NPV), Internal Rate of Return (IRR) and Payback time (PBT). In the analysis, the revenue of the battery system consists of capacity (MW) payments from reserve markets. The profitability of the battery system is studied in both the annual and hourly markets. The report compares the results to those of a standalone battery system to understand the advantages of utilizing the same grid connection. Finally, the investment is analysed further using scenario analysis on the annual degradation and the market price levels. The battery capacity is sized according to the maximum NPV. The results indicate that both the co-located BESS and the standalone BESS are potential investment targets, but the co-located BESS utilizing the wind farm's grid connection offers better returns. The reason for this is that the cost of a new grid connection for a standalone BESS is higher than the revenue lost due to capacity constraints when utilizing the existing grid connection. Hourly reserve markets offer better returns than annual reserve markets. Annual markets yielded an internal rate of return of 9 % and a net present value of 350 kEUR, while hourly markets yielded an internal rate of return of 22 % and a net present value over 10 times higher compared to the annual market returns. The optimal sizing of the battery capacity is found to be between 30 and 40 % of the wind park’s production capacity, or in this case 4-5 MW. / Med en ökande andel väderberoende förnybara källor i energisystemet behövs fler lösningar för att behålla balansen i elnätet. Detta erbjuder nya affärsmöjligheter för energiföretag som vill investera i energilagringslösningar. Denna uppsats undersöker ett batterisystem som är beläget vid en vindpark och utnyttjar en befintlig nätanslutning. En ekonomisk analys med nettonuvärdesmetoden (NPV), internräntemetoden (IRR) samt återbetalningstiden (PBT) av batterisystemet utförs för att utvärdera investeringspotentialen. I analysen består intäkterna från batterisystemet av kapacitetsbetalningar från reservmarknader. Lönsamheten för batterilagringssystemet undersöks både på årsmarknader och timmarknader. Rapporten jämför resultaten med ett fristående batterilagringssystem för att förstå fördelarna med att utnyttja samma nätanslutning. Slutligen analyseras investeringen med hjälp av scenarioanalys för olika marknadsprisnivåer samt årliga försämringstakter. Batterikapaciteten dimensioneras enligt det maximala nettonuvärdet. Resultaten visade att både batterilagringssystemet som utnyttjar vindkraftparkens nätanslutning och det fristående batterilagringssystemet är potentiella investeringsobjekt, men batterilagringssystemet som utnyttjar vindkraftparkens nätanslutning erbjuder bättre avkastning. Anledningen till detta är att kostnaden för en ny nätanslutning för ett fristående batterilagringssystem är högre än de inkomstförluster som orsakas av kapacitetsbegränsningar vid utnyttjandet av den befintliga nätanslutningen. Timreservmarknader erbjuder bättre avkastning än årsreservmarknader. Årsmarknaderna genererade en internränta på 9 % och ett nuvärde på 350 kEUR, medan timmarknaderna genererade en internränta på 22 % och över 10 gånger högre nuvärde jämfört med årsmarknaderna. Den optimala dimensioneringen av batterikapaciteten bedöms vara 30–40 % av vindkraftparkens produktionskapacitet, vilket i detta fall är 4–5 MW. / Sääriippuvaisen uusiutuvien energiatuotantomuotojen osuuden kasvaessa energiajärjestelmässä tarvitaan lisää verkontasapainotusratkaisuja. Energiatuotantolaitoksiin investointeja tekeville yrityksille tämä tarjoaa uusia liiketoimintamahdollisuuksia. Tämä diplomityö tarkastelee akkujärjestelmää, joka sijaitsee tuulivoimapuiston ohessa ja hyödyntää olemassa olevaa verkkoliityntää. Akkujärjestelmän investoinnin kannattavuutta arvioidaan hyödyntäen nettonykyarvoa (NPV), sisäistä korkoa (IRR) sekä takaisinmaksuaikaa (PBT). Analyysissä akkujärjestelmän tulot koostuvat reservimarkkinoiden kapasiteettimaksuista. Akkujärjestelmän kannattavuutta tutkitaan sekä vuosimarkkinoilla että tuntimarkkinoilla. Raportissa verrataan tuloksia itsenäisen akkujärjestelmän tuloksiin, jotta ymmärrettäisiin saman verkkoliitynnän hyödyntämisen edut. Lopuksi investointia analysoidaan skenaarioanalyysin avulla eri markkinahintatasoilla ja akkujärjestelmän rappeutumisnopeudella. Akkukapasiteetti mitoitetaan maksimaalisen nettonykyarvon mukaan. Tulokset osoittivat, että sekä tuulivoimapuiston verkkoliitynnän hyödyntämä akkujärjestelmä että omalla verkkoliitynnällä oleva akkujärjestelmä ovat potentiaalisia investointikohteita, mutta tuulivoimapuiston verkkoliityntää hyödyntävä akkujärjestelmä tarjoaa parempia tuottoja. Syynä tähän on, että uuden verkkoliitynnän kustannus itsenäiselle akkujärjestelmälle on suurempi kuin olemassa olevan verkkoliitännän hyödyntämisen kapasiteettirajoitusten aiheuttavat tulonmenetykset. Tuntireservimarkkinat tarjoavat parempia tuottoja kuin vuosireservimarkkinat. Vuosimarkkinat tuottivat 9 % sisäisen koron ja 350 kEUR nettonykyarvon, kun taas tuntimarkkinat tuottivat 22 % sisäisen koron ja yli 10 kertaa korkeamman nettonykyarvon vuosimarkkinoiden tuottoihin verrattuna. Akkukapasiteetin optimaalinen mitoitus todetaan olevan 30–40 % tuulipuiston tuotantokapasiteetista, joka tässä tapauksessa on 4–5 MW.

This study selects several new advanced topics in power systems, and verifies their usefulness using the simulation. In the study on ratio of the equivalent reactance and resistance of the bulk power systems, the simulation results give us the more correct value of X/R of the bulk power system, which can explain why the active power compensation is also important in voltage flicker mitigation. In the application study of the Energy Storage System(ESS) to the wind power, the new model implementation of the ESS connected to the wind power is proposed, and the control effect of ESS to the intermittency of the wind power is verified. Also this study conducts the intensive simulations for clarifying the behavior of the wide-area power system frequency as well as the possibility of the on-line instability detection. In our POWER IT Laboratory, since 2003, the U.S. national frequency monitoring network (FNET) has been being continuously operated to monitor the wide-area power system frequency in the U.S. Using the measured frequency data, the event of the power system is triggered, and its location and scale are estimated. This study also looks for the possibility of using the simulation technologies to contribute the applications of FNET, finds similarity of the event detection orders between the frequency measurements and the simulations in the U.S. Eastern power grid, and develops the new methodology for estimating the event location based on the simulated N-1 contingencies using the frequency measurement. It has been pointed out that the simulation results can not represent the actual response of the power systems due to the inevitable limit of modeling power systems and different operating conditions of the systems at every second. However, in the circumstances that we need to test such an important infrastructure supplying the electric energy without taking any risk of it, the software based simulation will be the best solution to verify the new technologies in power system engineering and, for doing this, new models and better application of the simulation should be proposed. Conducting extensive simulation studies, this dissertation verified that the actual X/R ratio of the bulk power systems is much lower than what has been known as its typical value, showed the effectiveness of the ESS control to mitigate the intermittence of the wind power from the perspective of the power grid using the newly proposed simulation model of ESS connected to the wind power, and found many characteristics of the wide-area frequency wave propagation. Also the possibility of using the simulated responses of the power system for replacing the measured data could be confirmed and this is very promising to the future application of the simulation to the on-line analysis of the power systems based on the FNET measurements. / Ph. D.

This thesis aimed to assess a given Data Warehouse against a well-suited Data Lakehouse in terms of read performance and scalability. Using the TPC-DS benchmark, these systems were tested with synthetic datasets reflecting the specific needs of a Decision Support (DSS) system. Moreover, this research aimed to determine whether certain categories of queries resulted in notably large discrepancies between the systems. This might help pinpoint the architectural differences that cause these discrepancies. Initial research identified BigQuery and Delta Lake as top candidates due to their exceptional read performance and scalability, prompting further investigation into both. The most significant latency difference was noted in the initial benchmark using a dataset scale of 2 GB, with BigQuery outperforming Delta Lake. As the dataset size grew, BigQuery’s latency increased by 336%, while Delta Lake’s went up by just 40%. However, BigQuery still maintained a significant overall lower latency across all scales. Detailed query analysis showed BigQuery excelling especially with complex queries, those involving extensive aggregation and multiple join operations, which have a high potential for generating large intermediate data during the shuffle stage. It was hypothesized that some of the read performance discrepancies could be attributed to BigQuery’s in-memory shuffling capability, whereas Delta Lake might spill intermediate data to the disk. Delta Lake’s hardware utilization metrics further supported this theory, displaying a trend where peaks in memory usage and disk write rate coincided with queries showing high discrepancies. Meanwhile, CPU utilization remained low. This pattern suggests an I/O-bound system rather than a CPU-bound one, possibly explaining the observed performance differences. Future studies are encouraged to explicitly monitor shuffle operations, aiming for a more rigorous correlation between high-discrepancy queries and data spillage during the shuffle phase. Further research should also include larger dataset sizes; this thesis was constrained to a maximum dataset size of 64 GB due to limited resources. / Denna uppsats undersökte ett givet Data Warehouse i jämförelse med ett lämpligt Data Lakehouse med fokus på läsprestanda och skalbarhet. Med hjälp av TPC-DS benchmark testades dessa system med syntetiska dataset som speglade kundens specifika behov. Vidare syftade forskningen till att avgöra om vissa kategorier av queries resulterade i märkbart stora skillnader mellan systemen. Detta för att identifiera de teknologiska aspekter hos systemen som orsakar dessa skillnader. Den inledande litteraturstudien identifierade BigQuery och Delta Lake som toppkandidater på grund av deras läsprestanda och skalbarhet, vilket ledde till ytterligare undersökning av båda. Den mest påtagliga skillnaden i latens noterades i den initiala jämförelsen med ett dataset av storleken 2 GB, där BigQuery presterade bättre än Delta Lake. När datamängden skalades upp, ökade BigQuery’s latens med 336%, medan Delta Lakes ökade med endast 40%. Dock bibehöll BigQuery en avsevärt lägre total latens för samtliga datamängder. Detaljerad analys visade att BigQuery presterade särskilt bra under komplexa queries som involverade omfattande aggregering och flera join-operationer, vilka har en hög potential för att generera stora datamängder under shuffle-fasen. Det antogs att skillnaderna i latens delvis kunde tillskrivas BigQuery’s in-memory shuffle-kapacitet, medan Delta Lake riskerade att spilla data till disk. Delta Lakes hårdvaruanvändning stödde denna teori ytterligare, där toppar i minnesanvändning och skrivhastighet till disk sammanföll med queries som visade höga skillnader, samtidigt som CPU-användningen förblev låg. Detta mönster tyder på ett I/O-bundet system snarare än ett CPU-bundet, vilket möjligen förklarar de observerade prestandaskillnaderna. Framtida studier uppmuntras att explicit övervaka shuffle-operationer, med målet att mer noggrant koppla queries som uppvisar stora skillnader med dataspill under shuffle-fasen. Ytterligare forskning bör också inkludera större datamängdstorlekar; denna avhandling var begränsad till en maximal datamängdstorlek på 64 GB på grund av begränsade resurser.