Modernization of distribution network load flow calculations : reimplementation from C++ to C#/.NET
Harinen, Teemu (2026)
Diplomityö
2026
School of Engineering Science, Tietotekniikka
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2026052252229
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2026052252229
Tiivistelmä
This thesis examines the modernization of a legacy load flow calculation component used in electrical distribution management systems. The objective was to design and implement a new C#/.NET-based load flow component for a modern backend environment while preserving the functionality of an existing C++ implementation.
The work follows the Design Science Research methodology. The developed artefact implements a backward–forward sweep algorithm for radial medium- and low-voltage distribution networks. The solution was integrated into a web-based backend architecture and designed to operate alongside the legacy implementation using a coexistence-based modernization strategy.
The evaluation compared the modernized implementation against the legacy solver using equivalent network models and switching states. The results demonstrated functional equivalence while enabling integration with a modern microservice-based backend architecture. The modular C#/.NET implementation also improved maintainability and reduced architectural coupling compared to the legacy solution.
The thesis demonstrates how computational components in critical infrastructure systems can be modernized incrementally without replacing existing operational systems. The work provides an industrial case study of platform-driven software modernization in distribution network management systems. Tässä diplomityössä tarkastellaan sähkönjakelun hallintajärjestelmissä käytettävän perinteisen tehonjakolaskentakomponentin modernisointia. Työn tavoitteena oli suunnitella ja toteuttaa uusi C#/.NET-pohjainen tehonjakolaskentakomponentti moderniin mikropalveluarkkitehtuuriin säilyttäen olemassa olevan C++-toteutuksen toiminnallisuus.
Työ noudattaa Design Science Research -tutkimusmenetelmää. Kehitetty artefakti toteuttaa säteittäisille keski- ja pienjänniteverkoille tarkoitetun backward–forward sweep -algoritmin. Ratkaisu integroitiin verkkopohjaiseen mikropalveluarkkitehtuuriin ja suunniteltiin toimimaan rinnakkain vanhan toteutuksen kanssa.
Arvioinnissa modernisoitua toteutusta verrattiin vanhaan laskentaratkaisuun käyttämällä samoja verkkomalleja ja kytkentätiloja. Tulokset osoittivat toteutusten toiminnallisen vastaavuuden sekä mahdollistivat integraation moderniin mikropalvelupohjaiseen arkkitehtuuriin. Modulaarinen C#/.NET-toteutus paransi lisäksi ylläpidettävyyttä ja vähensi arkkitehtuurista kytkeytyneisyyttä verrattuna vanhaan ratkaisuun.
Työ osoittaa, kuinka kriittisen infrastruktuurin järjestelmien laskennallisia komponentteja voidaan modernisoida vaiheittain ilman olemassa olevien tuotantojärjestelmien korvaamista. Tutkimus tarjoaa esimerkin siitä, miten sähkönjakelun hallintajärjestelmien komponentteja voidaan modernisoida vaiheittain säilyttäen olemassa olevien järjestelmien toiminnallisuus.
The work follows the Design Science Research methodology. The developed artefact implements a backward–forward sweep algorithm for radial medium- and low-voltage distribution networks. The solution was integrated into a web-based backend architecture and designed to operate alongside the legacy implementation using a coexistence-based modernization strategy.
The evaluation compared the modernized implementation against the legacy solver using equivalent network models and switching states. The results demonstrated functional equivalence while enabling integration with a modern microservice-based backend architecture. The modular C#/.NET implementation also improved maintainability and reduced architectural coupling compared to the legacy solution.
The thesis demonstrates how computational components in critical infrastructure systems can be modernized incrementally without replacing existing operational systems. The work provides an industrial case study of platform-driven software modernization in distribution network management systems.
Työ noudattaa Design Science Research -tutkimusmenetelmää. Kehitetty artefakti toteuttaa säteittäisille keski- ja pienjänniteverkoille tarkoitetun backward–forward sweep -algoritmin. Ratkaisu integroitiin verkkopohjaiseen mikropalveluarkkitehtuuriin ja suunniteltiin toimimaan rinnakkain vanhan toteutuksen kanssa.
Arvioinnissa modernisoitua toteutusta verrattiin vanhaan laskentaratkaisuun käyttämällä samoja verkkomalleja ja kytkentätiloja. Tulokset osoittivat toteutusten toiminnallisen vastaavuuden sekä mahdollistivat integraation moderniin mikropalvelupohjaiseen arkkitehtuuriin. Modulaarinen C#/.NET-toteutus paransi lisäksi ylläpidettävyyttä ja vähensi arkkitehtuurista kytkeytyneisyyttä verrattuna vanhaan ratkaisuun.
Työ osoittaa, kuinka kriittisen infrastruktuurin järjestelmien laskennallisia komponentteja voidaan modernisoida vaiheittain ilman olemassa olevien tuotantojärjestelmien korvaamista. Tutkimus tarjoaa esimerkin siitä, miten sähkönjakelun hallintajärjestelmien komponentteja voidaan modernisoida vaiheittain säilyttäen olemassa olevien järjestelmien toiminnallisuus.