Search

This investigation proposes a CPES architecture and model for engineering energy management application for smart grids. In particular, the investigation considers the implementation of the power systems state estimator (PSSE). The CPES architecture has three layers: physical, monitoring and applications. The physical layer consists of the grid and the various components. Since, the grid is usually engineered with various devices from multiple vendors that have different protocols and standards; data aggregation becomes a problem. The second layer of the CPES architecture overcomes this problem by proposing a middleware that aggregates data from the physical layer. The topmost layer is the applications layer, where the energy management system applications are implemented. These applications require the model, topology and information from the grid. This requires combining the physical aspects of the grid with the cyber ones. This investigation uses the common information model to model the grid and information exchanges. Then the model is combined with measurement and optimization models of the application to realize the PSSE. The proposed approach is illustrated on a Norwegian distribution grid in Steinkjer. Our results show that the CPES approach provides an easier way to engineer future smart grid applications

Denne rapporten er utarbeidet i WP1 og WP2 i prosjektet "Fleksibilitet i fremtidens smarte distribusjonsnett - FlexNett" (2015-2017). FlexNett-prosjektet har som målsetting å bidra til økt fleksibilitet i fremtidens smarte distribusjonsnett gjennom å demonstrere og verifisere tekniske og markedsmessige løsninger for fleksibilitet på ulike nivå i nettet til nytte for ulike aktører. Målsettingen med rapporten er å beskrive tidligere erfaringer, som er relevante for de demonstrasjonsaktivitetene som er planlagte i prosjektet. Demoaktivitetene vil bli gjennomført i nettområdene til BKK Nett (Bergen) og NTE Nett (Steinkjer), og på Hvaler. Demokonseptene som skal testes ut er knyttet til fremtidens nettstasjon og automatisert nettdrift (fleksibel nettdrift), plusskunder i svake distribusjonsnett og fleksibilitet hos plusskunder.

This report describes the work carried out in the period January 2009 – February 2010 by SINTEF under the maintenance contract with NAMSA. Oppdragsgiver: NAMSA

Denne rapporten introduserer de grunnleggende konseptene for Bluetooth mesh nettverksteknologien og diskuterer dens målte ytelse når det gjelder latens og pålitelighet gjennom publiserte artikler og, gjennom uavhengig forskning, foreslår en ny algoritme for dynamisk og automatisk å regulere noen av de protokollspesifikke parametrene som er tilgjengelige for innstilling for Bluetooth mesh i sanntid. latens- og pålitelighetstesting har blitt utført på et fullskala Bluetooth mesh-nettverk lokalisert ved Nordic Semiconductors kontorlokaler i Trondheim, Norge. Målet var å teste Bluetooth mesh nettverksytelse og sammenligne resultatene ved bruk av den foreslåtte algoritmen med tidligere funnet optimale statiske parameterverdier for samme nettverk. Algoritmen regulerer de protokollspesifikke parameterne, Network Transmit Count og Relay Re-transmit Count, så vel som den ikke-protokollspesifikke parameterenhetens radiosendeeffekt (eng. transmit power). Resultatene viser at energiforbruket til enhetene som brukes i testoppsettet kan reduseres med 93% ved å bruke den foreslåtte algoritmen sammenlignet med å bruke standard innstillingene for radiosendeeffekt for nRF52840-brikken til Nordic Semiconductor. Nettverkspåliteligheten, som nådde 99,73%, var noe lavere sammenlignet med resultatene ved å bruke de optimalt innstilte statiske parameterne foreslått i rapporten Optimalisert innstilling av Bluetooth-mesh-parametere for trådløse lysstyringsnettverk som ga perfekt pålitelighet med 100% meldingssuksess. Latensresultatene ved bruk av algoritmen viste seg å være nær det dobbelte av de registrerte verdiene til dens statiske konkurrent. Dette indikerer at algoritmen, selv om den fungerer bra med tanke på strømforbruk og pålitelighet, gir et høyere antall meldingstap ved første sendingsforsøk. Denne effekten skyldes mest sannsynlig enhetens reduserte radiosendeeffekt. Algoritmen oppnår en trade-off mellom nettverkstrafikk, strømforbruk, pålitelighet og latens. Derfor vil tuning av algoritmeparametrene kunne forbedres for å balansere ytelsen bedre eller justeres for å tilpasse spesifikke applikasjonsprioriteter. I andre applikasjoner der noe ventetid er akseptert, men pålitelighet og batterilevetid er viktigere, slik som for eksempel i datainnsamlings- eller sensornettverk, kan algoritmen være et nyttig støtteverktøy. This report introduces the basic concepts of the Bluetooth mesh network technology and discusses its measured performance in terms of latency and reliability through published papers and, through independent research, proposes a novel algorithm to dynamically and automatically regulate some of the protocol-specific parameters available for tuning in Bluetooth mesh in real-time. Latency and reliability tests have been conducted on a large-scale Bluetooth mesh network located at Nordic Semiconductor office space in Trondheim, Norway. The goal was to test the Bluetooth mesh network performance and compare the results when using the proposed algorithm with previously found optimal static parameter values for the same network. The algorithm regulates the protocol-specific parameters, Network Transmit Count and Relay Re-transmit Count, as well as the non-protocol-specific parameter device radio transmit power. The results reveal that the energy consumption of the devices used in the test-bed was reduced by 93% using the proposed algorithm compared with using the default transmit power settings for the Nordic Semiconductor nRF52840 chip. The network reliability, reaching only 99,73%, was slightly lower compared with the results using the optimally tuned static parameters suggested in the report Optimized tuning of Bluetooth mesh parameters for wireless lighting control networks which gave perfect reliability at 100%. Network latency results using the algorithm came out to be almost twice the recorded values of its static competitor. This indicates that the algorithm, although performing well considering power usage and reliability, gives a higher first-transmit message loss count. This effect is most likely caused due to the restricted device radio transmit power. The algorithm achieves a trade-off between network traffic, power usage, reliability, and latency. Hence, tuning of the algorithm parameters could be improved to balance the performance better or be adjusted to fit specific application priorities. As is, the algorithm may be a helpful support tool for applications where some latency is accepted but reliability and battery life are more important, such as in data gathering- or sensor networks.

Denne oppgaven ser på forbedringer av motorstyringsalgoritmen som brukes i vekselretteren til Revolve NTNU's Formula Student racerbil. Et litteraturstudie på mulige forbedringer ble gjort, og det ble foreslått et forbedret design. Forbedringene er gjort med henhold til struktur og kjøretid, som ble oppnådd ved å bruke en kodegenerert motorkontroller laget i Simulink i kodebasen til vekselretteren. Etter resultater fra litteraturstudiet ble det også laget en implementasjon av denne motorkontrolleren med en d-strøm mot momentreferanse oppslagstabell i Simulink. Dette skiftet ut de tidligere tilnærmingene til d-strømmen, som før var beregnet fra et referansemoment gjort med flere iterasjoner av Newtons metode. Implementasjonen av forbedringene på motorkontrollerne ble gjennomført, men valideringen av dem ble ikke utført på grunn av mangel på utstyr og tid. Det ble også gjort forbedringer på kalibreringsprosedyren til enkoderne på bilen. En prosedyre ble implementert som automatisk fant statorforskyvningsvinkelen. Dette ble validert til å ha en betydelig forbedring sammenlignet med den forrige metoden som finner offset manuelt. Tiden det tok å fullføre kalibreringen på én enkoder på én motor ble redusert fra 10 timer til 15 minutter. Denne forbedringen vil være til nytte for enkoderkalibreringsprosessen i framtidige år i Revolve NTNU. This report covers the research done on the improvements of the motor control algorithm used in the DC-AC inverter of Revolve NTNU's Formula Student racing car. A literature review of the improvements on motor control is done, and new designs and implementations of the improvements are proposed. This includes structural improvements and improvements in runtime by using a code-generated motor controller made in a Simulink model in the inverter. Further, after the literature review, an implementation of this motor controller with a d-current and torque reference Look-Up Table (LUT) was made in Simulink. This switched out the previous approximations of the d-current calculated from a reference torque, which was done with numerous iterations of the Newton-Raphson method. Validation of the implemented motor controller improvements was not done due to lack of equipment and time. In addition, improvements were successfully made to the calibration procedure of the motor encoders used on the car. A procedure was implemented that automatically found the stator offset angle. This was validated to have a significant improvement compared to the previous method of manually finding the offset. The improvement led to a reduction in time for the calibration procedure, from up to 10 hours to only 15 minutes needed to finish calibrating one encoder for one motor. This improved procedure will benefit the encoder calibration process for the following years in Revolve NTNU.

IoT-teknologi har skapt nye muligheter for å måle viktige aspekt i naturen, og blir stadig viktigere ettersom fokuset på klima øker. Vann har tidligere vist seg vanskelig å overvåke, men med ny lav-energi elektronikk kan en måle grunnvann, elver, innsjøer, og havvann mer nøyaktig, og på en mye større skala enn før. Et system for innsamling av vanndata ble designet, implementert, og testet. Et kretskort ble designet og bestilt, to sensorer ble bestilt og brukt med den designede elektronikken, og en skytjeneste ble brukt til å loggføre dataene til en viss grad. Målet er å produsere et system som kan bli utplassert for å samle inn data om vannivå i lange tidsrom uten vedlikehold. Oppgaven ser på de innsamlede dataene, trådløs kommunikasjon i IoT-enheter, og energiforbruk. Systemet lyktes med å logge vanndata i naturen ved to separate anledninger, hvor den lengste av dem varte i sju dager. Energiforbruket til system ble målt, og det ble funnet at systemet kan være utplassert i måneder av gangen. Noe arbeid gjenstår, ettersom databasen og brukergrensesnittet for lagring og plotting av data ikke ble fullstendig implementert. IoT technology has created new opportunities for measuring important aspects of nature, and is especially important as the focus on climate increases. Water has previously proven to be challenging to monitor, but with new low-power devices one can measure groundwater, rivers, lakes, and seawater more accurately, and at a much larger scale than before. In this thesis a system for collecting water level data in nature has been designed, implemented, and tested. A PCB was designed and ordered, two sensors have been ordered to be used alongside the designed electronics, and a cloud service has been used to log data to some extent. The goal for the thesis is to produce a system which can be deployed to collect water level data for long periods of time without maintenance. The thesis investigates the collected data, wireless technology for use in remote IoT devices, and energy consumption. The system succeeded to log data in nature in two separate occasions, the longest of them lasting for seven days. Energy consumption of the system was measured, and it was found that the system can be deployed for months. Some improvements are left to be done, as the database and GUI for storing and plotting the data was not fully implemented.

Energisparing er avgjørende for enheter i Tingenes Internett. I denne oppgaven brukes sauesporing som et scenario for å undersøke muligheten for energisparing, ved å bruke et lav-energi mesh-nettverk sammen med en lav-energi WAN sender. Et litteraturstudie er utført der eksisterende sauesporingsløsninger og forskning om distribuerte systemer undersøkes. Basert på dette litteraturstudiet blir en system- og testspesifikasjon foreslått, og systemet implementert. Deretter testes systemet, i tråd med spesifikasjonen, og testresultatene blir undersøkt og diskutert. Testresultatene indikerer at dersom tre noder er samlet, så vil foreslåtte systemet utkonkurrere en naiv løsning med opptil 30%. Denne naive løsningen er basert på hvordan dagens systemer, mest sannsynlig, fungerer. Energy conservation is paramount for devices in the Internet of Things (IoT). This thesis uses a sheep tracking scenario to investigate the feasibility of energy conservation, utilizing a low-power mesh network in conjunction with a Low-Power Wide-Area-Network (LPWAN) transmitter. A literary study is performed, investigating existing sheep tracking solutions and research in the field of distributed systems. Based on the literary study a system- and test specification are proposed and implemented. The implemented system is tested, according to the specification, and the test results are examined and discussed. The test results indicate that, with three or more nodes in a cluster, the system may outperform a baseline solution by up to 30%. The baseline solution is based on how state-of-the-art solutions most likely function.

Lufta vi pustar har innverknad på helsa vår, og dårleg luft kan gje både milde og alvorlege plager. Som eit bidrag til å forhindre ubehag og skade, eller å forsikre høg produktivitet på ein arbeidsplass, nyttar ein sensorar for å overvåke luftkvalitet. I dag blir dette gjort ved hjelp av fast monterte sensorar, som gir målingar som skal gje eit bilete av luftkvaliteten i eit rom eller ein bygning. Som eit alternativ til dette, ser ein på mogleheita for å gjere tilsvarande målingar frå flygande dronar. Denne masteroppgåva tek føre seg denne problemstillinga, med eit fokus på sensorikk. Oppgåva skildrar utviklinga av ein prototype for ein sensornode som kan måle ymse parametrar knytt til luftkvalitet. Ønsket om at produktet skal vere lite nok til å bli bore av ein drone, har vore førande undervegs. Med dette som bakteppe blei komponentar testa og valt ut, og blei implementert i eit eigenutvikla kretskort. Dette kretskortet bestod av sensorar, mikrokontroller og forskjellige kommunikasjonsgrensesnitt med meir. Som del av denne prosessen blei det utvikla programvare til mikrokontrolleren, som gjorde samhandling med sensorar mogleg. Sensornoden hadde sensorar som målte parametrane temperatur, trykk, luftfuktigheit, karbondioksid (CO2) og flyktig organisk materiale (VOC). Nøyaktigheita til desse sensorane blei testa ut gjennom ei rekke lengre testar, men ikkje i samhandling med dronar. Den resulterande sensornoden blei òg vurdert opp mot kriterium for vekt og storleik. Resultata synte at nokre av parametrane klarte sensorane å gje att veldig presist. To parametrar, CO2 og VOC, viste seg vanskelegare å måle med måleutstyr i så liten skala. Vidare blei nyttegraden av målingane dratt i tvil og diskutert, ettersom dei ikkje direkte kan overførast til luftforhold rundt dronar. Storleik og vekt på den resulterande prototypen endte opp med å bli større enn ønska, men moglege forbetringar og endringar som kan endre på dette blei foreslått. Oppsummert dokumenterer oppgåva ei vellykka utvikling av maskinvara til sensornoden. Samtidig har problemområde blitt framheva, og forslag til forbetringar eller alternativ har blitt drøfta. Oppgåva har gitt god oversikt over kva som har fungert godt og dårleg. Arbeidet vil kunne utgjere eit grunnlag for vidare forskning på problemstillinga. The air we breathe affects our heath, and poorly ventilated air can cause both mild nuisances and serious harm. As a contribution to prevent discomfort and harm, or in order to insure high productivity in a working environment, sensors are used to monitor air quality. This is currently done by means of fixed sensors, which give measurements that offer a description of the air quality in a room or a building. As an alternative, the possibility of performing similar measurements from flying drones is proposed. This master thesis takes on this problem, with an emphasis on sensory testing methods. The thesis describes the development of a prototype of a sensor node, which can measure various parameters linked to air quality. A preference for small size and low weight, to be compatible with a drone, has been an area of focus. With this in mind components were tested and chosen, and were implemented in a custom made printed circuit board (PCB). The PCB consisted of sensors, microcontroller, various communication interfaces, and more. Software for the microcontroller was developed as part of this process, which enabled interaction with sensors. The sensor node consisted of sensors measuring the parameters of temperature, pressure, humidity, carbon dioxide (CO2) and volatile organic compound (VOC). The accuracy of the sensors was tested by means of several extended tests, but not whilst interacting with a drone. The resulting sensor node's weight and size was also evaluated. The results showed very precise reproduction of some parameters. Two parameters, CO2 and VOC, proved difficult to measure with equipment of this scale. The usefulness of the measurements was questioned, as they aren't directly comparable with air conditions around drones. Size and weight of the resulting prototype was somewhat bigger than anticipated, but possible improvements and changes were suggested. In summary the thesis documents a successful development of the sensor node's hardware. Areas of concern, and suggestions for improvement have been discussed. The thesis offers a good overview of what proved to function well and what didn't. The work can serve as basis for further inquiry into the subject.

Dette prosjektet var en fortsettelse av prosjektoppgaven i TTK4550. Målet var å implementere deler av en Tids-Sensitiv Nettverks-stabel (TSN) i operativsystemet Zephyr på en NXP FRDM-K64F utviklingsplattform, for å undersøke potensialet i å bruke Zephyr til å sette opp et sensorkort som en TSN talenode. Hovedfokuset i dette prosjektet var å integrere gPTP-funksjonalitet (generisk Presisjons-Tids-Protokoll) og å implementere en kredittbasert trafikkformer (CBS). Integrering av gPTP-funksjonalitet var vellykket etter at en programvarefeil i Zephyrs pakkesocketbibliotek ble korrigert i samarbeid med Zephyr-utviklerne. CBS-funksjonalitet ble også implementert, i tillegg til andre forbedringer på sensornodeapplikasjonen. Slik applikasjonen ser ut nå, så er den i stand til å produsere en strøm av sensordata med tilhørende tidsstempel, og den ser ut til å kunne gi god ytelse, men det er fortsatt en del arbeid igjen før en full TSN-stabel har blitt realisert. This project was a continuation of the term project in TTK4550, and aimed to implement parts of a Time Sensitive Networking (TSN) stack in the Zephyr operating system on an NXP FRDM-K64F board, in order to investigate the potential of using Zephyr to set up a sensor board as a TSN talker node. In this project the main focus was integrating gPTP (generic Precision Time Protocol) functionality and implementing a Credit Based Shaper (CBS). gPTP functionality was successfully integrated after dealing with a bug in Zephyr's packet socket library in cooperation with the Zephyr developers. CBS functionality was also implemented along with other improvements to the sensor node application. In its current state, the application is able to supply a stream of sensor data with associated timestamps, and its performance looks promising, but there is still work left until a full TSN stack has been realised.

Mikronett er små elektriske distribusjonsnett på et begrenset geografisk område som består av laster, energiproduksjon og energilagring som kan være helt uavhengig av det statlige distribusjonsnettet. Det blir spådd som en mulig løsning for å forbedre fremtidens kraftnettverk. Denne oppgaven tar for seg hvordan et isolert mikronett kan dimensjoneres og driftes optimalt. Mer spesifikt fokuserer oppgaven på følgende: • Gjennomfør et litteraturstudie om ulike energikilder som kan brukes i mikronett og hvordan de er implementert i eksisterende mikronett. • Undersøke energiforbruket og potensialet for fornybar energiproduksjon på Froan. Det blir gjort ved å ta utgangspunkt i data fra ROME-prosjektet til SINTEF. • Dimensjonere komponentene i et mikronett på Froan ved å bruke numerisk optimering og resultatene fra forrige punkt. Det vurderes også hvordan endringer i forbruk, produksjon og kostnader vil påvirke dimensjoneringen. • Undersøke om det er mulig å predikere effektforbruk og effektproduksjon på Froan ved å bruke værdata. Forbruket og produksjonen blir først modellert etter faktiske målinger fra Froan. Deretter brukes værmeldingen for Froan for å predikere forbruket og produksjonen. • Bruke numerisk optimering for å planlegge bruken av batteri og dieselgenerator basert på predikeringene av forbruk og produksjon. Det vurderes også hvordan resultatene kan brukes i praksis på mikronettet på Froan. Resultatene fra denne oppgaven virker lovende og viser at dimensjonen og driften av mikronettet på Froan kan optimeres ved å bruke metodikken som er presentert. På grunn av noe usikkerhet knyttet til datagrunnlaget bør det vurderes hvor store sikkerhetsmarginer som er nødvendig når mikronettet dimensjoneres. Det må også vurderes hvordan optimering av driften skal implementeres i praksis. Microgrids are small electrical distribution grids in a limited geographical area that consist of loads, energy production and energy storage that can be completely independent of the main distribution grid. It is predicted as a possible solution to improve the power grid of the future. This thesis deals with how an isolated microgrid can be dimensioned and operated optimally. More specifically, the thesis focuses on the following: • Conduct a literature study on different energy sources that can be used in microgrids and how they are implemented in existing microgrids. • Investigate energy consumption and the potential for renewable energy production at Froan. This is done based on data from the ROME-project of SINTEF. • Dimension the components of a microgrid at Froan using numerical optimization and the results from the previous item. It is also considered how changes in consumption, production and costs will affect the dimensioning. • Investigate whether it is possible to predict power consumption and power production at Froan using weather data. Consumption and production are modeled after actual measurements from Froan first. Then the weather forecast for Froan is used to predict consumption and production. • Use numerical optimization to plan the use of battery and diesel generator based on the predictions of consumption and production. It is also considered how the results can be used in practice on the microgrid at Froan. The results from this thesis seem promising and show that the dimension and operation of the microgrid on Froan can be optimized by using the methods presented. Due to some uncertainty related to the data basis, it should be considered how large safety margins are needed when dimensioning the microgrid. It must also be considered how operation optimization is to be implemented in practice.

Bruken av smarte vannmålere blir mer populært, og flere norske kommuner, inkludert Trondheim, ønker at det tas i bruk for alle husstander. Wireless Meter-Bus (wM-Bus) har vist seg å være en populær standard i denne prosessen og det gir en mulighet til å utvikle en ny insfrastruktur for å samle data i nær sanntid. Ved å i tillegg ha trykkmålere ved siden av så kan det være mulig å få mer innsyn i vannettet som kobler sammen husstandene, og derfor gi en indikasjon på lekasjer. I dette prosjektet ble det utviklet en infrastruktur for innsamling av vannforbruk- og trykkmålinger i nær sanntid, som lagres i en skyløsning for flere husstander i et nabolag. Denne dataen ble dermed gjort mer tilgjengelig ved bruk av en Application Programming Interface (API) i tillegg til en tredjeparts programvare. Dataen ble videre brukt til å lage en modell som representerer vannettet. Denne modellen kunne da brukes til å generere trykkresidualer fra en sammenligning med ekte måleverdier, noe som er essensielt for indikasjoner av lekasjer. Det konkluderes med at infrastrukturen fungerer som ønsket, men endringer må gjøres for at den skal fungere i et ekte scenario. Dataanalysen viste at usikkerheten i modellen var for stor for å gi indikasjoner for lekasjer. Mer informasjon om vannettet må dermed brukes for å forbedre modellen, og dermed lekasjedeteksjons- og lekasjelokaliseringsstrategien. The use of Smart water meters are on the rise, and several municipals in Norway, including Trondheim, wants every household to implement it. Wireless Meter-Bus (wM-Bus) has been shown to be a popular standard in this process and it gives an opportunity to develop a new infrastructure to collect all data near real-time. In addition, by adding pressure meters to work alongside, this might give more insight of the water grid connecting the households and therefore give indications of leakages in the grid. In this project, a infrastructure capable of storing real-time flow and pressure measurements in a cloud solution from several households in a neighborhood was created. This data was then made easily accessible through the use of an Application Programming Interface (API) and also by using a third-party application. The data was further used to create a representational model of the water grid, which was used to compare with real measurements to give indications of leakages. It is concluded that although the infrastructure works as intended, changes need to be made to make it viable in a real setting. The analysis performed on the data showed that the uncertainty of the model was too great to give any indications of leakages. More knowledge surrounding the water grid is therefore needed improve the model, and therefore the leakage detection and localization strategy.

I de kommende årene vil presset på kraftnettet øke på grunn av den storstilte elektrifiseringen som skjer i samfunnet i dag. For å forhindre de potensielle problemene dette medfører for kraftnettet på en kostnadseffektiv måte for både kraftselskapene og kraftkundene, må nye forbrukerfleksibilitetsmetoder og forbrukerstyringsmetoder bli utviklet og brukt sammen med distribuerte kraftkilder for å minske presset på kraftnettet. Denne avhandlingen bruker ekte lastdata fra den industrielle sektor, den kommersielle sektor og boligsektoren sammen med ekte kraftproduksjonsdata fra solcelleanlegg i Trondheim for å studere om det er mulig å redusere presset på kraftnettet på en kostnadseffektiv måte i Trondheim, Norge. Avhandlingen bruker solcelleanlegg og en lastforskyvningsmetode for å minske topplasten og for å øke potensielle økonomiske innsparinger. Avhandlingen simulerer flere forskjellige størrelser på solcelleanlegg for å finne en passende størrelse til de gitte lastdataene i de forskjellige sektorene. En undersøkelse om muligheten for å bruke batterier for å øke de potensielle oppsidene ved et solcelleanlegg er også gjennomført. Hovedresultatene viser at det er mulig å minske topplasten og å spare penger. Installering av et solcelleanlegg er en veldig stor investering, men i det lange løp kan det vise seg at det er en kostnadseffektiv investering. Potensialet for topplastreduksjon og pengeinnsparing er størst i den kommersielle og den industrielle sektoren. Lastforskyvingsmetoden ga også gode resultater, ved å senke topplasten og øke den potensielle økonomiske gevinsten på en enkel, men effektiv måte. Ulempen ved å bruke lastforskyvingsmetoden er at noe av den fleksible lasten må bli forskjøvet og forsinket i en liten periode. Bruken av batterier viste seg å ikke gi noen signifikante fordeler i denne avhandlingen. In the years to come there will be a growing strain on the power grid because of the massive focus on electrification in the society today. To be able to prevent the grid problems in a cost effective way both for the power grid companies and the end customers, new demand response and demand side management methods needs to be developed and used together with distributed power sources to lower the strain on the power grid. This thesis uses real load data from the industrial, commercial and residential sector and real solar power data from Trondheim to study if it is possible to reduce the strain on the grid in a cost effective manner in Trondheim, Norway. The thesis uses solar power plants and a load shifting strategy to lower the peak load and increase the potential economic savings. The thesis simulates many different solar power plant sizes to find a suitable size for the load data in each sector. The possibility of using batteries to boost the potential upsides of the PV power plant is also examined. The key results show that there is potential to both reduce the peak load and to save money by doing so. The installation of a PV power plant is an expensive investment, but in the long term it will prove to be cost effective. The potential is largest in the commercial and industrial sector, while it is not as cost effective in the residential sector. The load shifting strategy also provided positive results, effectively helping to reduce the peak load and to increase the possible earnings. The drawback of the load shifting strategy is that some of the flexible load needs to be delayed for a period. The use of batteries did not prove to give any significant benefits in this thesis.

I dagens industri har distribuerte m°alesystemer blitt brukt i flere °ar og gitt gode resultater. I nyere °ar har ny teknologi dukket opp innen temaet IoT og fullstended endret spillereglene. LoRaWAN og NB-IoT er to av disse teknologiene som tok markedet med storm og spesialiserte seg innen ”low power IoT”. Med et stigende klimafokus blant befolkningene har et lite fokusskifte innen strømforsyning skjedd mot energien fra solen. Apparater og bygninger blir mer og mer forsynt via solcellepaneler, og dette og ledet til at nye vanskeligheter har blitt eksponert. Kan man predikere hvor mye et solcellepanel vil produsere ved en gitt tid basert p°a information fra andre paneler i nærheten? En tr°adløs strømsensor somm°alet strøm og spenning og kommuniserer over LoRaWAN og NB-IoT ble designet og implementert. Sensoren m°alet strøm og spenning fra et solcellepanel og sender data til en server. Et mindre sensornettverkt p°a 4 nodes ble originalt satt i drift for °a simulere et DMS vha. LoRaWAN og NB-IoT som kommunikasjonsprotokoll. Oppgaven undersøker egenskaper som selvforsyning av strøm, tidssynkronisering mellom noder, strømforbruk og tidsforsinkelser mellom produksjonen i nodene. Systemet virker som det skulle til en viss grad, men pga. ufortsette problemer og faktorer diskutert i oppgaven, ble det ikke produsert nok god reproduserbar data til °a trekke konklusjoner. Et komplett system med evnen til °a predikere skybeveglser ble aldri implementert og testet. Istedenfor ble et liste sensornettverkt p°a 4 nodes utplassert med intensjon om ”proof-of-concept”, men evnet ikke °a produsere nok reproduserbar data til °a trekke en konklusjon. In the industry, distributed measurements systems have existed and been used for many years with great results and success. In recent years, new technologies within the topic of Internet of Things (IoT) have emerged and completely changed the game. Long Range Wide Area Network (LoRaWAN) and Narrowband-IoT (NB-IoT) are two of those technologies who took the market by storm, and specialize in low-power IoT devices. With a climate focus increasing by the year, a slight shift in focus towards solar energy arrived. More and more devices and buildings being powered by solar energy new difficulties surfaced. Is there a way to at some point be able to predict the delivery of energy (DoE) from solar panels, based on others around it? In this thesis an embedded power measurement sensor was designed, tested and finally implemented using LoRa and NB-IoT as communication. The sensor will measure voltage and current produced from a solar panel and transmit said data to a back-end application. A small network of 4 nodes were originally deployed in order to simulate a distributed measurement system (DMS) using both LoRaWAN and NB-IoT as communication protocol. The thesis investigates self-sufficiency, time synchronization, power consumption and necessary data to identify a time-lag between nodes. The deployed system did to some extent work as intended, but due to several discussed factors, not provide sufficient and good enough data A full system in order to actually predict cloud movement were never deployed. However, a small DMS with the intention of illustrating proof-of-concept were deployed but did not manage to procure sufficient data for a conclusive result.

Rørbrudd, forurensing og lekkasje er arsaker til store tap av vann i vannforsyningsnettet. Feilene kan derimot bli oppdaget ved bruk av moderne malere som forutser feilene før de inntreffer. Disse målerne kan bruke Trådløs M-Bus, som er en hyppig brukt og testet standard for kommunikasjon med datainnsamlere. På grunn av at standarden skal passe til forskjellige land og regioner har den blitt laget med stor fleksibilitet. Denne fleksibiliteten kan medføre problematikk nar utstyr skal brukes sammen. Denne masteroppgaven undersøker sameksistens av utstyr fra forskjellige leverandører, ved implementere og teste en generell WM-Bus datainnsamler for å motta telegrammer fra en kommersiell måler. Flere oppsett ble implementert for a verifisere at utstyret fungerte som det skulle, og for å teste og eksperimentere med forskjellige konfigurasjoner. Resultatene viser at det foreslåtte systemet ikke klarte å motta telegrammer fra måleren. Forklaringen på dette ble senere oppdaget, og skyldes at programvaren til demonstreringsprosjektet ikke er kompatibel med den kommersielle måleren. Oppgaven konkluderer med at systemet ikke er i stand til å motta telegrammer fra måleren. Det antas derimot at det er gode muligheter for å klare det med spesifikke endringer i programvaren. Et forslag til hvordan dette kan gjennomføres er oppgitt i slutten av oppgaven, basert på erfaringer fra dette prosjektet. Large amounts of water are lost due to pipe-breaks, contamination, and leakages in the water supply network. Modern utility meters may be used to keep track of the state of the network, and to predict equipment failure. These meters use Wireless M-Bus, a field proven standard, to communicate with data collectors. However, the standard has been left flexible in order to suit regulations across regions, which may introduce variations across solutions. The following thesis investigates the use of equipment from different vendors, by implementing and testing a general WM-Bus kit in order to receive telegrams from a commercial meter. Several setups were implemented with the purpose of verifying that the equipment functioned as intended, and to test and experiment with different configurations. The results show that the proposed system was unable to receive telegrams from a commercial utility meter, due to problem with the WM-Bus mode used. An explanation was found, showing that the software used was inoperable with the commercial meter. The thesis concludes that the proposed system is not eligible for reception of telegrams from the commercial meter, but shows great promises of being able to with specific changes to the software stack. A proposal for a promising configuration of the system has been given, based on the experiences from the demonstration project.

Distribuerte målesystem har blitt brukt i industrien i flere år og med stor suksess. Nye teknologier innenfor IoT åpner opp for nye løsninger i verdenen av kontroll og målesystemer. LoRaWAN er en av mange protokoller laget spesielt for lav-energi IoT enheter. En trådløs vibrasjon-måler som bruker LoRa for kommunikasjon ble designet og implementert. Ett sett med vibrasjon-målere ble utplassert med det formål å simulere ett distribuert målesystem med LoRaWAN som kommunikasjon. Denne oppgaven undersøker LoRaWAN’s egenskaper innenfor synkronisering, energi-forbruk og konnektivitet. Løsningen var i stand til å samle inn vibrasjonsdata fra forskjellige sensorer og lagre dataen på en ekstern server. En full løsning ble aldri implementert og testet. Ett distribuert målesystem med LoRaWAN som kommunikasjon ble deployert og data innsamlet. LoRa ble brukt til å synkronisere sensorer og det ble bevist å være en mulig løsning for kommunikasjon i et distribuert målesystem. Distributed measurement systems have been used in the industry for years and with great success. However new technologies in IoT opens up for new solutions in the world of control and sensory systems. LoRaWAN is one of many protocols made specifically for low-power IoT devices. In this thesis an embedded vibration-sensor has been designed, tested and implemented, using LoRa as communication. A set of vibration-sensors has been deployed in order to simulate a DMS (distributed measurement system) using LoRaWAN as a communications protocol. This thesis investigates synchronization, power-consumption and connectivity properties of LoRaWAN, with a DMS as a use-case. The deployed system managed to successfully gather vibration data and store it on a remote server. A full solution covering all aspects were never deployed. However, a DMS with LoRaWAN as communications were deployed and data was collected. Synchronization was done using LoRa and that proved to be a feasible solution for communications in DMS.

Denne masteroppgåva tar eit første steg inn i utviklinga av ei autonom drone for overvaking av innandørsklima. Ei ramme vart designa og 3D-printa for å fungere som eit grunnlag for framtidig testing av sensorar for overvaking av innandørsklima, samt maskinvare for autonom styring av dronen. I tillegg til ramma, vart det designa og 3D-printa eit sensorkammer med luftinntak for montering til ramma som ein ekstern modul. Det same vart gjort for LiDAR-fester. Det viste seg seinare at den innbilte metoden for å feste modulane til ramma ikkje fungerte, og ingen av modulane vart testa. Teoretiske estimat indikerte eit velfungerande sensorkammer, medan seinare analyse og diskusjon sådde tvil om dette, og presenterte heller eit alternativ. Ei løysing før trådlaus lading vart utvikla og testa med suksess, med opp til 0.8 A ladestraum og eit potensiale på ca. 1.6 A. Løysinga kan brukast i eit autonomt oppsett, sjølv om det testa oppsettet manglar enkelte fordelaktige kvalitetar. Dei utførde flytestane var dominert av ei driftande drone og, i byrjinga, mykje støy på gyroskopet. Sjølv om implementering av eit "notch filter" praktisk talt eliminerte støy på gyroskopet, fortsette driftinga. Ein gyroskop-akselerometer "dance theory" med ubalanserte motorar vart sett på som ei mogleg årsak til dette problemet. Uheldigvis vart fleire komponentar i dronen seinare øydelagt, noko som gjorde at problemet med drifting aldri vart løyst. Av same årsak vart heller ikkje sensorkammeret testa. Kort summert har denne masteroppgåva produsert ei konseptuell drone, med lågare vekt enn andre liknande eksempel, samtidig som den truleg er for stor til å kunne kallast ei "miniatyrisert drone". Plassering av miljøsensorar på dronen vart foreslått, der tilsvarande sensorar for nokre av dei ikkje var inkludert i eksisterande løysingar. Kombinert med grunnlag for trådlaus autonom lading finnast, så vidt forfattaren kjent, ingen liknande eksisterande dronar. This thesis takes the first step into the development of an autonomous drone for indoor climate monitoring. A frame was designed and 3D-printed, with the aim of providing a base for testing of indoor climate sensors and autonomous hardware in the future. In addition to the frame, a sensor chamber with air intakes was printed for modular mounting to the frame. Also LiDAR mounts were designed and printed for modular mounting. Unfortunately, the mounting technique did not work as intended, and none of the external modules were tested. Theory implied a well working sensor chamber, while analysis and discussion gave some doubt and presented an alternative. A wireless charging solution was developed and successfully tested, with a charging current up to 0.8 A, and later potential of ca. 1.6 A. The solution can be used as part of an autonomous solution, though the tested setup lacks some desirable features. Flight tests conducted were dominated by a drifting drone and, initially, much gyro noise. With the implementation of a notch filter gyro noise was practically eliminated, but drifting persisted. A gyroscope-accelerometer "dance theory" and imbalanced motors seemed likely to be causing the drift. Unfortunately, a fault in the drone resulted in damage to several components, and so the drifting was never resolved. The sensor chamber was, for the same reason, not tested either. In short, this thesis has produced a conceptual drone lighter than discovered existing solutions. At the same time, the current prototype is likely too large for it to be called a miniaturized drone. Allocation of environmental sensors has also been suggested, some of which equivalents are not found in the existing solutions either. Combined with a base for wireless autonomous charging there are, to the best of knowledge, no existing drones similar to this.

Den pågående moderniseringen av strømnettet i Norge har ført til installasjon av smarte strømmålere (AMS) for alle strømkunder. AMS-målerne sender automatisk data til nettselskapet om strømforbruket til kunden. Personlig data er blitt gjort tilgjengelig for kunden gjennom en port på framsiden av meterne. To systemer for å samle inn personlig data fra AMS-målere har blitt designet og implementert i denne oppgaven. Begge systemene bruker Wi-Fi til å sende data til en skytjeneste for videre prosessering og lagring. Flere enheter ble produsert av et av systemene. Disse enhetene ble brukt til å samle inn data fra flere kilder. Datamengden som ble samlet inn ga ikke et godt nok grunnlag til å utføre en nøye analyse og tilstandsestimering av distribusjonsnettet, men en signifikant trend i variasjonen av spenningsverdier ble oppdaget. Trenden viste at spenningsnivået var konsekvent høyest på natta og lavest på morgenen og kvelden. Disse tidspunktene tilsvarer tidene det er minst og størst belastning på distribusjonsnettet. The ongoing modernization of the Norwegian electricity grid has led to the installation of smart electricity meters (AMS) for all power consumers. The AMS meters automatically send data concerning power usage directly to the distribution network operator, while personal data for the consumer has been made available through a port on the front of the meters. In this thesis, two embedded systems for the acquisition of consumer data from AMS meters have been designed and implemented. Both systems use Wi-Fi to transfer measurement data to a cloud service for further processing and storage. Multiple units of one of the system designs were produced and successfully used for data collection from multiple sources. Although not enough data were collected to perform a thorough analysis and state estimation of the distribution network, a significant trend in the variation in voltage values was found. The trend showed that voltage values were consistently highest during the night and lowest during the morning and evening, which corresponds to the times with the lowest and highest network load.

I denne oppgaven ønsker vi å utvikle en embedded plattform basert på lavenergi nettverksteknologiene LoRa og NB-IoT. Enheten skal være i stand til å rapportere potensiell solenergiproduksjon til en sentral server. Det er også et designmål å begrense utstyrets størrelse og kostnad. En liste med systemkrav foreslås, og et overordnet design blir utviklet. Enhetens funksjonalitet deles inn i moduler, og et utvalg av komponenter samt en generell skjemategning presenteres for to ulike design. Det ene designet er basert på nRF9160 mikrokontrolleren med NB-IoT og LTE-M funksjonalitet. I det andre designet brukes et RN2483 LoRa-modem sammen med en ATtiny817 som styringsenhet. En energihøster krets for sollys med et oppladbart batteri legges frem som en løsning på strømforsyning. Modulen ble verifisert som fungerende, men det kom frem at det valgte solpanelet ikke var stort nok til å kunne skaffe tilstrekkelig energi i vintermørket. Derfor burde et større panel benyttes. For å finne den potensielle solcellepanelproduksjonen ble det laget en sensor for å måle kortslutningsstrømmen og temperaturen til solcellepanelet. Sammen med panelets egenskaper kan sollysets innstrålingstetthet estimeres. Ut fra dette kan man finne den mulige produksjonen til panelet. Sensorer for å bestemme enhetens orientering og posisjon ble lagt til for å gi ytterligere informasjon om den observerte irradiansen. En modell for oppbyggingen av enhetens programvare, kommunikasjonsprotokoll og meldingsstruktur ble foreslått. Det ble gjennomført en test hvor enheten lykkes i å sende og motta meldinger fra serveren med bruk av MQTT. Arbeidet som presenteres i dette prosjektet er ikke en komplett implementasjon, men fungerer som et grunnlag for å ferdigstille sensornoden. In this project, we want to develop an embedded platform based on the low power wide area network technologies LoRa and NB-IoT, that is capable of reporting the potential solar energy production to a central server. Restricting the size and cost of the equipment is a also a design goal. A set of system requirements is proposed, and a design approach is presented. The required functionality of the device is divided into modules, and a selection of components and a general schematic is presented for two different designs. One design is based on the nRF9160 NB-IoT and LTE-M enabled microcontroller, while the other uses a RN2483 LoRa modem with a ATtiny817 as central unit. A solar harvester circuit with a rechargeable battery is suggested for power management. Although the basic features of the module was functioning, it was discovered that the selected solar panel was not large enough to power the system during the dark winter season, thus, a larger panel should be used. For finding the potential solar panel production, a sensor for measuring the short circuit current and the temperature of the solar panel was made. Together with the characteristics of the panel, the solar irradiance can be estimated, which in turn describes the possible production from the panel. Sensors for the orientation and position of the device was also added to provide additional information about the observed irradiance. A model for the device software, communication protocol, and message structure was proposed, and a test sending and receiving messages from a server using MQTT was successfully performed. The work presented in this project falls short of a full implementation, but it can serve as a basis for finalizing the design of the sensor node.

Granåsen (ca 1 - 1,3 GWh/år for de siste 5 år) står ovenfor store endringer årene fremover. En rekke utbyggingsfaser er under planlegging, og første utbyggingsfase pågår allerede. Utbygningene vil bidra til et høyere energiforbruk (estimert til >6,1 GWh/år) med oftere og høyere effekttopper. Utbygningene skal følge Trondheims kommunedelplan for energi og klima for perioden 2017-2030. Kartlegging av laster, installasjon av effektloggere, andre målinger vedrørende anlegget og litteraturstudie, er utført for å undersøke potensialet for mikrogrid i Granåsen fra et energi- og økonomisk perspektiv. Et modellerings- og simuleringsverktøy (HOMER Pro) har blitt brukt til å lage forenklede modeller av Granåsen som mikrogrid. Resultater fra installerte effektloggere fremstilles i rapporten. De målte lastene inkluderer lys for langrennsløyper, snøproduksjon, og flomlys ved langrenn og hoppstadion. Måledataen og vurdering av resultatene har ført til konkrete forslag for energioptimalisering. Mer spesifikt, erstatte eldre teknologi til smart styring av LED flomlys og mer automatisk snøproduksjon er blitt anbefalt. Automatisk snøproduksjon vil bidra til å gi større fleksibilitet, redusere timer som blir brukt på forhåndsarbeid og oppstart av snøproduksjonsenhetene. Loggeutstyr ble installert i Toppidrettsenteret (en bygning), som bidrar til Granåsen totale energiforbruk på grunn av oppvarming (størst energisektor). Flere forenklede modeller er blitt implementert i HOMER Pro. En referansemodell for anleggets nåværende situasjonen, samt scenarioer med batteri, solcellepanelmodeller eller kombinasjoner. Modellene inkluderer produksjonen (solcellepaneler) og energilagring (batterier), da disse er mulige tiltak for Granåsen. Tidligere undersøkelser og planlegging viser at solcellepaneler kan installeres en rekke steder. Det er usikkerheter tilknyttet simuleringsresultatene fordi modellene er bygd ved hjelp av parametere, som for eksempel dagens priser for solcellepaneler og batterier. Mikrogridmodellen med sol og batteri (NPC: 16 461 810 kr) førte til en høyere livsløpskostnad sammenlignet med dagens referansemodell (NPC: 9 779 497 kr), men mikrogridmodellen reduserte energi og effektleddet. Modellen med solcellepaneler og batterilagring kan gi en kostnadsbesparelse på 9,77 % for energileddet per år og 14,18 % for effektleddet per år. Ifølge simuleringene kan solcellepanelene levere ca. 115 118 kWh/år. Et fremtidig energibehov ble estimert. Mikrogridmodellen med fremtidig energibehov (NPC: 88 009 640 kr) førte fortsatt til en høyere livsløpskostnad sammenlignet med fremtidig referansemodell (NPC: 33 811 020 kr), men mikrogridmodellen reduserte energi og effektleddet. Modellen med solcellepaneler og batterilagring for fremtidig behov kan gi en kostnadsbesparelse for energileddet på 16,12 % og effektleddet med 9,95 % per år. Fra simuleringene kan solcellepanelene levere ca. 1 604 984 kWh/år. Disse simuleringene inkluderer ikke økonomisk støtte, og modellene er også ulønnsomme. Investeringene i de ulike modellene er høye. Kraftprisene er lavere om sommeren når solenergi er mest effektiv. Lavere teknologikostnader, samt økte energikostnader, er nødvendig for å gjøre solenergi og batterier mer konkurransedyktig i Norge. Mikrogrid i Granåsen bør vurdere andre tiltak for å redusere energiforbruket, samt bruk av solcellepaneler og mobile batterisystemer. Granåsen ski facility (approx. 1 - 1.3 GWh/year for the last 5 years) is facing major changes in the years to come. Several development phases are planned, and the first phase is currently in development. The development will contribute to higher energy consumption (estimated at >6.1 GWh/year) and increased frequency and magnitude of peak power. The development of Granåsen ski facility is a part of Trondheim municipal’s plans regarding energy and climate for the period 2017-2030. Mapping of loads, installation of power meters, other measurements regarding the facility and literature study, has been carried out to investigate the potential of a microgrid in Granåsen from an energy and economic perspective. A modelling and simulation tool (HOMER Pro) have been used to create simplified models of Granåsen as a microgrid. Results from installed power meters are presented in this work. The measured loads include light for cross-country trails, snow production, as well as floodlights for cross-country and ski jump stadiums. The measurement and assessment of the results have led to concrete proposals for energy optimization. Specifically, replace older technology with smart control of LED floodlights and more automatic snow production is advised. Automatic snow production will help to provide greater flexibility, reducing hours spent on pre-work and start-up of the snow production units. Measurement equipment was installed in Toppidrettsenteret (a building), which contributes to Granåsen’s total energy consumption due to heating (greatest energy sector). Several simplified models have been implemented in HOMER Pro. One reference model of the current situation, as well as scenarios with battery, solar panel models or combinations. The models include the production (solar panels) and energy storage (batteries) as these are realistic measures for Granåsen. Previous surveys and planning show that solar panels can be installed in a variety of locations. There are uncertainties associated with the simulation results because the models are built using parameters, such like current prices for solar panels and batteries. The microgrid model with solar and battery (NPC: 16 461 810 kr) led to a higher life-cycle cost compared to today’s reference model (NPC: 9 779 497 kr), but the microgrid model reduced energy and demand charge. The model with solar panels and battery storage can provide a cost saving of 9.77 % for the energy charge per year and 14.18 % saving for the demand charge per year. According to the simulations, the solar panels can deliver approximately 115 118 kWh/year. Future energy demand was estimated. The microgrid model with future energy demand (NPC: 88 009 640 kr) still led to a higher life-cycle cost compared to the future reference model (NPC: 33 811 020 kr), but the microgrid model reduced energy and demand charge. The model with solar panels and battery storage for future demand can provide a cost saving for the energy charge of 16.12 % and the demand charge by 9.95 % per year. From the simulation, the solar panels could deliver approximately 1 604 984 kWh/year. These simulations do not include financial support, and the models are also unprofitable. The initial investments in the various models are high. Power prices are lower in the summer when solar power is most effective. Lower technology costs, as well as increased energy costs, are needed to make solar and battery more competitive in Norway. A microgrid in Granåsen should consider other measures to reduce power consumption as well as the use of solar panels and mobile battery systems.

Denne oppgaven har som mål å hente ut 3D-informasjon om omgivelsene i sanntid ved bruk av stereoskopisk datasyn. Oppgaven var utviklet for Integrated 3D Sensors (I3DS). Stereosyn består av to hovedproblemer. Det første er samsvarsproblemet (correspondence problem); for hver pixel i det ene bilde, finne dens samsvarende pixel i det andre bildet. To tilnærminger for å løse dette problemet presenteres: lokalbasert og semi-lokalbasert tilnærming. Den andre utfordringen er høy datagjennomstrømming som gjør det utfordrende å utvikle et system som gir høy bildeflyt med lavt strømtrekk. Forskjellige innvevde arkitekturer utforskes i denne oppgaven for å løse disse problemene. Bruk av maskinvareakseleratorer (FPGA og GPU) gir bedre ytelse, men samtidig vesentlig høyere utviklingskostnader og tid. This thesis aims to extract real-time 3D information about the environment using stereoscopic vision in space; it was developed for the Integrated 3D Sensors project (I3DS). Stereo vision presents two significant challenges first is the correspondence problem; finding for every pixel it's corresponding pixel in the other image, two approaches for solving this problem are explored in this thesis local-based approach and semi-global based approach. The second challenge is the high throughput of data, making it challenging to implement a system that provides high frame rates with low power consumption, different embedded architectures are explored in this thesis; embedded CPU, embedded GPU, and FPGA to mitigate that problem. The use of hardware accelerators (FPGA and GPU) provides better performance but at a significantly higher development costs, and time, so this project exploits modern software tools to accelerate the embedded development, OpenCV on the embedded CPU, CUDA implementation of OpenCV and libsgm on the embedded GPU, and the new library by Xilinx XFopenCV synthesized for the FPGA. Finally, local block stereo matching and semi-global stereo matching are implemented on CPU, GPU and FPGA, providing six different implementations, benchmarked for stereo matching accuracy, processing time/frame rates and power consumption. It is shown that the CPU implementation provides the highest accuracy, but lowest frame rates, and highest power consumption, the FPGA implementation provided the lowest accuracy, but highest frame rates and lowest power consumption, while the GPU scored mid-way in all of its benchmarks.

I samarbeid med det norske selskapet Hy5 utforskes haptisk tilbakekobling for deres h°andprotese i denne oppgaven. Rapportens første deler er et litteraturstudie og en teoridel hvor haptisk tilbakekobling, menneskelig bevegelsesstyring og berøringssans presenteres. Det er basert p°a disse funnene, og et fordypningsprosjekt, se Appendix D, at et system for haptisk tilbakekobling beskrives, konstrueres, delvis monteres p°a en Hy5 h°andprotese, programmeres og testes. Selv om det resulterende systemet gir innsikt og danner en vei videre for videre studier oppn°as ikke flere av kravene satt til system. Hovedkilden til problemene var kraftsensorenes svake ytelse etter integrering med h°andprotesen. Videre arbeid omfatter bedre kraftdeteksjon, spesielt ved sm°a kontaktkrefter, og mer funksjonell tesing i mer realistiske settinger. In cooperation with the Norwegian company Hy5, haptic feedback for their prosthetic hand is explored in this thesis. The first parts of the paper are a literature review and a theory section presenting haptic feedback, human motor control and tactile sensation. Based on those findings, and a previous specialisation project, see Appendix D, a haptic feedback system is proposed, assembled, partially mounted on a Hy5 hand, programmed and tested. While the resulting system provides insights and a stepping stone for future research, several of the system requirements were not meet. The main source of system failure was the poor performance of the force sensors when integrated with with the prosthetic hand. Future work includes ensuring better force sensing, particularly at low contact forces, and more functional testing in more realistic settings.

Elektrisk energi- og effektforbruk er ventet å øke i årene fremover. Kraftnettet må være dimensjonert for den høyeste tenkelige effekttoppen, det er derfor ønskelig å begrense topper i effektforbruket. Målet med denne oppgaven er å undersøke mulige effektreduserende tiltak for svømmeanlegget Pirbadet, samt å vurdere lønnsomheten av eventuelle tiltak. Måledata for Pirbadet ble innhentet fra Entro og seks ELITEpro måleinstrument som ble installert i forbindelse med oppgaven. Variasjoner i effektforbruk og fordeling på utvalgte lastkategorier ble kartlagt. Modelleringsverktøyet HOMER Pro ble benyttet for å undersøke hvordan elektrisk effektforbruk fra strømnettet ville blitt påvirket ved installasjon av solcellepanel og ved bruk av batterier. Lønnsomheten av disse tiltakene ble vurdert. Pirbadets elektriske effektforbruk følger en tydelig døgnsyklus som gjenspeiler åpningstidene, men variasjonene mellom ukedager og årstider er små. De største elektriske lastene er ventilasjonsanlegg og vannpumper. Det er mulig å redusere topper i effektforbruket fra strømnettet ved installasjon av solcellepanel eller batterier, men dette vil ikke være økonomisk lønnsomt med dagens kostnadsnivå. Økonomisk lønnsomme tiltak for effektreduksjon ved Pirbadet kan være økt bruk av behovsstyring og i noen tilfeller oppgradering av teknisk utstyr. Med dagens energi- og effektpriser vil det ikke være økonomisk lønnsomt for Pirbadet å gjennomføre større investeringer for å redusere topper i effektforbruket. Dersom utregningsmetoden av effekttariff endres, kan det bli lønnsomt for Pirbadet å gjennomføre effektreduserende tiltak. The consumption of electricity is expected to increase in the years to come. The electrical grid has to be dimensioned for the maximum peak power and hence it is desirable to limit peaks in the power consumption. The aim of this master thesis is to investigate possible measures for reducing peak power at a swimming facility, Pirbadet, as well as to evaluate the financial profitability of the measures. Measured data for Pirbadet were obtained from Entro and six ELITEpro instruments installed as part of the work with this thesis. Temporal variations of selected loads as well as the total power consumption were analyzed. The modelling tool HOMER Pro was used to investigate how the installation of solar panels and/or batteries would affect electrical power consumption from the grid. The financial profitability of these measures was assessed. Pirbadet's electrical power consumption follows a daily cycle that reflects their opening hours. Variations between weekdays, weekends and seasons are small. The largest electric loads are ventilation and water pumps. It is possible to reduce peaks in power consumption from the grid by installing solar panels or batteries, but this is not financially profitable with current costs. Financially profitable measures for power reduction at Pirbadet may include increased use of demand side management and in some cases upgrading the technical equipment. Major investments to reduce the peak power consumption at Pirbadet is not financially profitable given the existing tariffs for energy and power consumption. However, if the tariffs for peak power changes it might become profitable to implement more power-reducing measures.

Flashminne er et vanlig dataminne brukt i en rekke enheter som bruker elektrisk ladning til å lagre data. Denne ladningen kan lekke og foråsake en bit-flip feil. Tradisjonelt har metoder som feilkorrigeringskoder (ECC) blitt brukt til å redusere disse feilene. Følgende avhandling gir et alternativ til den konvensjonelle ECC-metoden for å finne og redusere forekommelsen av disse feilene. Ved å måle, lagre og evaluere den elektriske ladningen over tid kan denne lekkasjen detekteres og forhindres før det forplanter seg til en feil. For å utvikle og teste det foreslåtte systemet har en simulator for flash blitt utviklet. Simulatoren bruker statiske egenskaper som er samlet fra tidligere arbeider til å simulere en fordeling av flash cellene. Forskjellige feilmoduser er introdusert i distribusjonen. Det foreslåtte systemet har blitt utviklet mot x86 plattformen som et bevis på konseptet, hvor en port til AVR32 arkitekturen er tatt i betraktning. Systemet har blitt evaluert med simulatoren, med et fungerende system som resultat. Det foreslåtte systemet klarer å finne, følge og reprogrammere celler med en lekkasje som går mot en feil. Flash memory is a common memory used in a variety of devices, using an electric charge to store data. This electric charge can leak and cause an error in the form of a bit-flip. Traditionally methods such as Error Correction Codes (ECC) has been used to mitigate these errors. The following thesis presents an alternative to the conventional ECC method to find and reduce these errors. By measuring, storing, and evaluating the electrical charge over time, leakage can be detected and prevented before the error propagates into a failure. To develop and test the proposed system, a simulator for flash has been developed. The simulator uses statistical properties collected from previous work to simulate a flash cell distribution with various error modes introduced. The proposed error prevention system has been developed on the x86 platform as a proof of concept, with a port to AVR32 in mind. The system has been evaluated against the simulator, resulting in a functioning system. The proposed system manages to find, track, and reprogram cells with a leakage trending towards failure.

Nye standarder og produkter blir for tiden utviklet for å dekke et økende behov for distribuert innsamling av data og styring. I denne oppgaven utforsker vi nye mobilnett-standarder fra 3rd Generation Partnership Project (3GPP). Vi utvikler og tester et system for innsamling av data basert på nRF9160 fra Nordic Semiconductor. Vi viser at systemet oppnår flere ønskelige krav i en Tingens Internett (IoT)-sammenheng, og diskuterer mulige forbedringer og anvendelser. New standards and products are being produced to satisfy an increasing demand for distributed data collection and control. In this thesis, we explore recent cellular standards from the 3rd Generation Partnership Project (3GPP). Further, we design, implement and test a data collection node based on the Nordic Semiconductor nRF9160. The data collection node is shown to fulfill several desirable requirements for an Internet of Things (IoT) use case, and further possible improvements and applications are discussed.

Optisk trådløs undervannskommunikasjon er et interessant fagfelt med mange bruksområder. Det åpner muligheten for kommunikasjon med høy datahastighet over korte distanser, noe som er nyttig for blant annet kommunikasjon mellom autonome undervannsfarkoster som ønsker å utveksle store mengder data. Denne masteroppgaven ble foreslått av Eelume, et selskap som utvikler en slangerobot for inspeksjon og vedlikehold av undervannsinstallasjoner. Målet for oppgaven var å undersøke muligheten for transmisjon av video mellom en slangerobot og en basestasjon under vann ved bruk av optisk kommunikasjon med lavkostkomponenter. En litteraturstudie av feltet ble gjort, hvor modulering basert på on-off-keying ble valgt på bakgrunn av robusthet og vanskelighetsgrad for implementasjon. Det vises, dog, at man kan oppnå høyere båndbreddeutnyttelse og datahastigheter ved bruk av mer komplekse moduleringsteknikker. Et kommunikasjonssystem for optisk trådløs kommunikasjon ble laget i henhold til en spesifikasjon. Eksperimentell testing av det utviklede kommunikasjonssystemet ble gjort i friluft og i vann med tre hovedmål; evaluere avstander signalet kan detekteres på, oppnåelig UART baud-hastighet og bestemme båndbredden til systemet. Det ble funnet at signalet detektere lett opptil ti meter, hvor vann fører til klart mer tap av lysstyrke enn luft. Overføringen av informasjon via UART fungerer godt ved lave baud-hastigheter på 9600 og 38400 både i friluft og i vann for avstander i området 6-7,5m. For høyere baudhastigheter på 115200 og 230400 blir avstanden redusert til 2,5-3m. For den nåværende tilstanden til det utviklede systemet, ser det usannsynlig ut å strømme video på grunn av begrensninger i båndbredde og strenge pekningskrav. Dynamikken i elektronikken er sett på som hovedbegrensningen til oppnåelig båndbredde og UART baud-hastighet. Denne oppgaven har vært sterkt fokusert på å lage en løsning med lavpriskomponenter. Det er imidlertid sannsynlig å oppnå datahastigheter som er egnet for strømming av video med videre forbedringer som elektronikk med høyere båndbredde, mer avanserte moduleringsteknikker og fungerende vanntett innkapsling. Underwater optical wireless communication (UOWC) is an interesting field with many applications. It allows for high data rate communication over short distances, which is useful for communication between autonomous underwater vehicles that wish to exchange large amounts of data. The thesis was proposed by Eelume, a company developing a snake robot for inspection and maintenance of underwater installation. The goal was to investigate the feasibility of transmitting video between a snake robot and a base station under water using optical communication with low cost components. A literary study on the field of UOWC was done, where modulation based on on-off-keying (OOK) was chosen for robustness and ease of implementation. However, complex modulation techniques show high bandwidth utilization and achievable data rates. A system for underwater optical wireless communication was made according to a specification. Experimental testing of the developed communication system was done in open air and in water with three main objectives; evaluating the distance for detecting the signal, the achievable UART baud rate and determining the bandwidth of the system. It was found that the signal is easily detectable up to ten meters, however, the light got clearly more attenuated in water than in open air. The transmission of information via UART works well with low baud rates of 9600 and 38400 both in open air and in water for distances in the range of 6-7.5m. For higher baud rates of 115200 and 230400 the distance is reduced to 2.5-3m. For the current state of the developed system it is not seen as feasible to stream video due to limitations in bandwidth and strict pointing requirements. The dynamics of the electronics are seen as the main limitation to the achievable bandwidth and UART baud rate. The thesis has been heavily focused on making the solution with low cost components. It is, however, likely to achieve data rates suitable for streaming video with further improvements such as higher bandwidth electronics, more advanced modulation techniques and proper watertight enclosures.