This diploma thesis is focused on the design of a rotating rectifier for a synchronous generator. Based on defined requirements, the new rotating rectifier concept has been created that allows a greater current range than existing rectifier used by Siemens Electric Machines s.r.o. The thesis is divided into five parts. The first part deals with the search of existing rotating rectifiers and other design possibilities. The requirements for the rotating rectifier were defined in the second part of the thesis. The following section deals with both electrical design of rectifier elements and varistors. The fourth part of the diploma thesis describes the thermal analysis. On the basis of thermal analysis the operating conditions of the rotating rectifier were determined. The last part of the thesis is devoted to mechanical and modal analysis. Based on these analyses, the strength and operability of the new rotating rectifier concept were verified.

Series compensation is extensively applied to the transmission lines to increase the power transfer capability of transmission lines, reduce transmission losses, improve voltage profiles, and improve power oscillation damping and transient stability of power systems. But it modifies the apparent impedance of the transmission lines during fault conditions and might cause the distance protection of transmission lines to encounter directional discrimination issues and reach problems. The non-linear characteristic of metal oxide varistor in series compensation model creates further complexity to the fault analysis and might affects the performance of conventional distance protection scheme. The distance protection issues in the series compensated lines need to be addressed for the reliable and sustainable operation of power system.The directional discrimination issues related to current inversion and voltage inversion phenomenon, and reach problems related to sub-synchronous oscillation phenomenon are addressed in this thesis report. This report aims to analyse the impacts of series compensation on the performance of conventional distance relays, and proposes a new protection solution to mitigate the shortcomings of distance relays in the series compensated lines. The proposed new protection solution includes: new tripping characteristic of quadrilateral distance relays to cope with the steady-state reach problems due to current or voltage inversion, and a new high-pass filtering technique to handle the transient reach problems due to SSO.The proposed new protection algorithm is developed in MATLAB. The performance of new protection algorithm is evaluated by simulating a 500 kV two-source power system with a 200 km series compensated line in EMTDC/ PSCAD (Manitoba Hydro). The proposed new protection solution is found to be beneficial. / Seriekompensation tillämpas i stor utsträckning på överföringsledningarna för att öka överföringsförmågan hos överföringsledningar, minska överföringsförluster, förbättra spänningsprofiler och förbättra effektdämpning och övergående stabilitet hos elsystem. Men det ändrar transmissionslinjernas uppenbara impedans under felförhållanden och kan orsaka att distansskydd för överföringsledningarna stöter på diskrimineringsproblem och uppnår problem. Den icke-linjära egenskapen hos metalloxidvaristor i seriekompensationsmodell skapar ytterligare komplexitet för felanalysen och kan påverka prestandan hos konventionella distansskyddssystem. Distansskydd problemen i seriekompenserade linjer måste lösas för en pålitlig och hållbar drift av elsystemet. De riktningsdiskrimineringsproblem som är relaterade till det aktuella inversions- och spänningsinversionsfenomenet och uppnår problem relaterade till subsynkron oscillationsfenomen tas upp i denna avhandlingsrapport. Denna rapport syftar till att analysera effekterna av seriekompensation för prestanda hos konventionella distansreläer och föreslår en ny skyddslösning för att mildra bristerna i distansreläerna i seriekompenserade linjer. Den föreslagna nya skyddslösningen innefattar: Ny utlösningskaraktäristik för fyrsidig distansreläer för att klara avståndet med stillastående / räckvidden på grund av ström- eller spänningsinversion och en ny högpassfiltreringsteknik för hantering av övergående över- Nå problem på grund av SSO. Den föreslagna nya skyddsalgoritmen har utvecklats i MATLAB. Utförandet av den nya skyddsalgoritmen utvärderas genom simulering av ett 500 kV två-källa kraftverk med en 200 km serie kompenserad linje i EMTDC / PSCAD (Manitoba Hydro). Den föreslagna nya skyddslösningen har visat sig vara fördelaktig.

Roslagsbanans signalanläggningar har flera olika lösningar för dess strömförsörjning i form av standarder för batterier och likriktare. Denna lösningsvariation har försvårat för underhållspersonalen att åtgärda de fel som uppstått och därmed fördröjt trafiken, dvs trafikstörningar. Roslagsbanan försörjs delvis av lokala elnät där avbrott emellanåt förekommer. Dessa avbrott inträffar ofta när elnätsleverantörerna underhåller sitt ortnät vilket kan ske även under rusningstrafik. Avbrotten kan även orsakas inom signalanläggningarna när stora spänningsvariationer förekommer, t.ex. när stora induktiva- eller kapacitiva laster slås av. Dessa problem analyseras och åtgärdsförslag tas fram i denna rapport. De befintliga likriktarna och batterierna samt förslag till ersättningsprodukter som behövs för detta säkerhetssystem har sammanställts i denna rapport. För att skapa en hållbar, robust och miljövänlig strömförsörjning till Roslagsbanans signalanläggningar undersöktes i detta arbete strömspikar, avbrottsfri kraftförsörjning samt dessutom möjligheten att ansluta solceller som kompletterande åtgärd. I signalutrustningen vid Roslags Näsby stationsområde detekterades och undersöktes förekomsten av strömspikar. Två åtgärdsförslag för att komma till rätta med dessa strömspikar togs fram. Förslagen var ett lågpassfilter och en metalloxidvaristor som båda var för sig reducerar strömspikarna. Lågpassfiltret dämpar insignalernas spänning och strömförsörjning vid kraftiga förändringar i frekvensen och metalloxidvaristorn reducerar strömflödet vid överspänningar. Ytterligare undersökningar av transienterna i Roslags Näsbys och de övriga signalanläggningarna på Roslagsbanan bör utföras. Resultaten av de genomförda undersökningarna om avbrottsfri kraftförsörjning och solceller visade däremot att utrustningarna inte bör installeras i de nuvarande signalanläggningarna. Solceller var inte implementerbara eftersom effektbehovet av signalanläggningarna var större än den takyta som fanns tillgänglig för solcellerna. Arbete och investeringar för ett avbrottsfritt kraftförsörjningsunderhåll och installation av denna utrustning var mer krävande i jämförelse med dess nytta för signalanläggningarnas tillförlitlighet, dvs ingen åtgärd i nuläget. Förslag på ersättningsprodukter i form av likriktare och batterier lades fram till arbetsgivarna för att skapa en standard för Roslagbanans kraftförsörjning framåt. / Roslagsbanan's signal systems have several different solutions for its power supply in the form of several standards for batteries and rectifiers. This solution variation has made it difficult for maintenance staff to correct the errors that occurred and thus delayed traffic, i.e. traffic disturbances. Roslagsbanan is partly supplied by local power grids where interruptions occur occasionally. These interruptions often occur when the network service providers maintain their home network, which may also occur during rush hour traffic. The interruptions can also be caused by the signal systems them self when large voltage variations occur, e.g. when large inductive or capacitive loads are switched off. These problems are analysed, and action proposals are presented in this report. The existing rectifiers and batteries as well as proposals for replacement products that are needed for this safety system have been compiled in this report. To create a sustainable, robust and environmentally friendly power supply to Roslagsbanan’s signal systems, this work investigated transients, uninterruptible power supply, as well as the possibility of connecting solar cells as a complementary arrangement. An investigation of the signal equipment at Roslags Näsby station area showed presence of transients. Two proposals to reduce these transients were presented. The proposals were a low pass filter and a metal oxide varistor, both individually reduces transients. The low pass filter attenuates the voltage and current of the signal when the strong frequency changes occurs and the metal oxide varistor reduces the current flow at overvoltages. Further investigations of the transients in Roslags Näsbys and the other signal facilities on the Roslagsbanan should be performed. On the other hand, the results of the investigations on uninterruptible power and solar cells showed that the equipment should not be installed in the current signal systems. Solar cells were not implementable because the power requirement of the signal systems was greater than the current ceiling area for the solar cells. The work and investment for uninterruptible power supply maintenance and installation were more demanding in comparison to its usefulness for the reliability of the signal systems. Proposals for replacement products were submitted to employers to create a standard for Roslagbanan's power supply onwards. / Сигнални систем на железници која се зове Рослагсбана садржи више различитих решења за своје напајање у облику неколико стандарда за батерије и исправљаче. Варијација различитих решења проузроковала je потешкоће у отклањању новонасталих грешака служби које се баве одржавањем и изазвала је застој у железничком саобраћају. Рослагсбана се напаја електричном енергијом из локалних мрежа на којима може доћи до прекида. Прекид напајања електричном енергијом може бити изазван наглим променама напона у сигналним системима и уколико локални дистрибутер изводи радове на одржавању електричне мреже. Проблеми који могу настати променама напона се анализирају и испитују у овом извештају. Попис исправљача и батерија као и њихова стандардна решења су обрађени и представљени у циљу стварања одрживог и дугорочног решења за системску сигнализацију. Анализирани су високонапонски шпицеви, системи за непрекидно напајање електричном енергијом (УПС) и могућност прикључивања соларних панела. У сигналном систему на станици Рослас Насби измерени су високонапонски шпицеви. Како би се дошло до најбољег и најповољнијег решења анализирана су два предлога за њихово уклањање. Један предлог за уклањање био је ниско пропусни филтер док је за редукцију предложен метал- оксидни одводник пре напона (МОВ). Ниско пропусни филтер смањује јачину струје и напона уколико фреквенција пређе одређену претходно утврђену границу, док МОВ редукује ток струје уколико дође до скока напона. Пре имплементације било ког од наведених решења треба извршити накнадна испитивања у вези са напонским шпицевима. Резултати указују да имплементација УПС-а и соларних панела није могућа. Могућност соларних панела да произведу довољну количину енергије која је потребна за одређени систем није сразмерна површини система која би могла да се прекрије соларним панелима. Трошкови одржавања и прикључивања УПС система су већи у поређењу са значајем које би систем имао од самог УПС система. Предлог стандардних батерија и исправљача који је представљен послодавцу коригован је како би се дошло до стандардног решења за све предстојеће пројекте.