<p>Lastflödesberäkningar kan användas för att se om ett nät behöver byggas ut för att tillgodose en ökad belastning, hur mycket reaktiv effekt som behöver tillföras, eller för att se om ett givet nät klarar av bortfall av en ledning. Syftet med denna rapport är att presentera teorierna för lastflödesberäkningar. Dessutom ska en manual till simuleringsprogrammet Power World färdigställas.</p><p>Ledningens viktigaste förluster är genom: serieinduktans, shuntinduktans och resistans. Reaktiv effekt kan tillföras dels genom seriekondensatorer, för att motverka ledningens spänningsfall; och dels genom shuntkondensatorer för att kompensera för lastens behov av reaktiv effekt. En lindningskopplare ändrar transformatorns omsättning, vilket renderar i att spänningen i överföringsledet ändras. På varje ställe där ett elkraftnät förgrenar sig finns en skena.</p><p>För lastflödesberäkningar delar man upp skenorna i tre olika sorter: <em>swing bus</em>, lastskena och spänningskontrollerad skena. Vid beräkningarna beräknas först spänningen på en skena, och sedan beräknas spänningen på nästa skena beroende av den. I de flesta fall är Newton-Raphsons metod att föredra. Rapporten introducerar lastflödesberäkningar genom två genomgångna exempel. Särkopplat nät är en förenklad metod för lastflödesberäkningar. Beräkningsprogram använder de teorier för lastflöden som denna rapport presenterar, och kan ofta beräkna andra problem av elkraftteknisk karaktär.</p><p>Lastflödesberäkningar kan användas för att se om ett nät behöver byggas ut för att tillgodose en ökad belastning, hur mycket reaktiv effekt som behöver tillföras, eller för att se om ett givet nät klarar av bortfall av en ledning. Syftet med denna rapport är att presentera teorierna för lastflödesberäkningar. Dessutom ska en manual till simuleringsprogrammet Power World färdigställas.</p><p>Ledningens viktigaste förluster är genom: serieinduktans, shuntinduktans och resistans. Reaktiv effekt kan tillföras dels genom seriekondensatorer, för att motverka ledningens spänningsfall; och dels genom shuntkondensatorer för att kompensera för lastens behov av reaktiv effekt. En lindningskopplare ändrar transformatorns omsättning, vilket renderar i att spänningen i överföringsledet ändras. På varje ställe där ett elkraftnät förgrenar sig finns en skena.</p><p>För lastflödesberäkningar delar man upp skenorna i tre olika sorter: <em>swing bus</em>, lastskena och spänningskontrollerad skena. Vid beräkningarna beräknas först spänningen på en skena, och sedan beräknas spänningen på nästa skena beroende av den. I de flesta fall är Newton-Raphsons metod att föredra. Rapporten introducerar lastflödesberäkningar genom två genomgångna exempel. Särkopplat nät är en förenklad metod för lastflödesberäkningar. Beräkningsprogram använder de teorier för lastflöden som denna rapport presenterar, och kan ofta beräkna andra problem av elkraftteknisk karaktär.</p>

Lastflödesberäkningar kan användas för att se om ett nät behöver byggas ut för att tillgodose en ökad belastning, hur mycket reaktiv effekt som behöver tillföras, eller för att se om ett givet nät klarar av bortfall av en ledning. Syftet med denna rapport är att presentera teorierna för lastflödesberäkningar. Dessutom ska en manual till simuleringsprogrammet Power World färdigställas. Ledningens viktigaste förluster är genom: serieinduktans, shuntinduktans och resistans. Reaktiv effekt kan tillföras dels genom seriekondensatorer, för att motverka ledningens spänningsfall; och dels genom shuntkondensatorer för att kompensera för lastens behov av reaktiv effekt. En lindningskopplare ändrar transformatorns omsättning, vilket renderar i att spänningen i överföringsledet ändras. På varje ställe där ett elkraftnät förgrenar sig finns en skena. För lastflödesberäkningar delar man upp skenorna i tre olika sorter: swing bus, lastskena och spänningskontrollerad skena. Vid beräkningarna beräknas först spänningen på en skena, och sedan beräknas spänningen på nästa skena beroende av den. I de flesta fall är Newton-Raphsons metod att föredra. Rapporten introducerar lastflödesberäkningar genom två genomgångna exempel. Särkopplat nät är en förenklad metod för lastflödesberäkningar. Beräkningsprogram använder de teorier för lastflöden som denna rapport presenterar, och kan ofta beräkna andra problem av elkraftteknisk karaktär. Lastflödesberäkningar kan användas för att se om ett nät behöver byggas ut för att tillgodose en ökad belastning, hur mycket reaktiv effekt som behöver tillföras, eller för att se om ett givet nät klarar av bortfall av en ledning. Syftet med denna rapport är att presentera teorierna för lastflödesberäkningar. Dessutom ska en manual till simuleringsprogrammet Power World färdigställas. Ledningens viktigaste förluster är genom: serieinduktans, shuntinduktans och resistans. Reaktiv effekt kan tillföras dels genom seriekondensatorer, för att motverka ledningens spänningsfall; och dels genom shuntkondensatorer för att kompensera för lastens behov av reaktiv effekt. En lindningskopplare ändrar transformatorns omsättning, vilket renderar i att spänningen i överföringsledet ändras. På varje ställe där ett elkraftnät förgrenar sig finns en skena. För lastflödesberäkningar delar man upp skenorna i tre olika sorter: swing bus, lastskena och spänningskontrollerad skena. Vid beräkningarna beräknas först spänningen på en skena, och sedan beräknas spänningen på nästa skena beroende av den. I de flesta fall är Newton-Raphsons metod att föredra. Rapporten introducerar lastflödesberäkningar genom två genomgångna exempel. Särkopplat nät är en förenklad metod för lastflödesberäkningar. Beräkningsprogram använder de teorier för lastflöden som denna rapport presenterar, och kan ofta beräkna andra problem av elkraftteknisk karaktär.

Det svenska elkraftsystemet har länge varit ett stabilt system med god elkvalitet och räknats som ett av de bästa kraftsystemen i världen. En mycket viktig faktor för stabiliteten är de systemtjänster som kärnkraftverk ger tack vare sina stora och synkront kopplade generatorer. Med ökad installation av icke-synkrona väderberoende kraftverk och samtidig avveckling av kärnkraftverk minskar dessa systemtjänster till kraftsystemet. Syftet med detta arbete är att undersöka vilka bidragande egenskaper kärnkraftverk ger till kraftsystemet avseende stabiliteten i det nordiska kraftsystemet då andelen icke-synkron elproduktion ökar. Att veta vad som gör kraftsystemet stabilt är viktigt för att rätt beslut ska tas angående framtida elproduktion. Resultatet från arbetet visar att kärnkraften har en stor betydelse för det nordiska kraftsystemets stabilitet. Kärnkraftverk bidrar med svängmassa, produktion och konsumtion av reaktiv effekt och effektdämpningar med sina dämpfunktioner. Det gör att kärnkraften bidrar till kraftsystemets frekvens-, spännings- och rotorvinkelstabilitet. Vid nedläggning av kärnkraftverk ändras kraftsystemets förutsättningar och de systemtjänster som kärnkraften bidrar med till kraftsystemet försvinner. Detta måste beaktas vid beslut om framtida elproduktion. / The Swedish electric power system has for a long time been one of the best power systems in the world regarding stability and power quality. An important factor for the stability is the property of the large synchronous generators used in domestic nuclear power plants. With an increasing amount of non-synchronous electric production and decommissioning of nuclear power, the stabilizing properties are reduced. The purpose of this thesis is to examine what contributing properties nuclear power plants have for the Nordic power system regarding stability in a situation with increasing amount of non-synchronous electric production. For future decisions it is of importance to know what causes stability in the power system. The study shows that nuclear power plants have a large significance for stability in the Nordic power system. With their synchronous generators nuclear power plants contribute with rotational inertia, production and consumption of reactive power and dampening of power fluctuations. With these properties, nuclear power plants contribute to frequency, voltage and rotor angle stability in the power system. As nuclear power plants are being shut down the conditions and properties of the power system is changed. For a continued stable and reliable power system, these changes must be recognized.

Denna rapport analyserar följderna av en spänningshöjning i ett mellanspänningsnät från 6 kV till12 kV alternativt till 20 kV. Rapporten undersöker ett befintligt elnät i södra Sverige som ägs avMellersta Skånes Kraft ek. För. (MSK). Det består av 177 stycken transformatorer, har ca 2500kunder och överförde totalt runt 32 GWh år 2016.Rapporten är uppdelad i tre delar, den första delen behandlar de tekniska aspekterna av en förhöjdspänningsnivå, den andra delen behandlar de ekonomiska följderna detta kan medföra och dentredje delen presenterar slutsats och diskussion.Elnätet simulerades i programvaran Neplan och elektriska beräkningar utfördes på olika driftfallunder årets månader. Lasterna i nätet fastställdes bland annat genom att använda Velandersmetod. Information och indata av nätets komponenter inhämtades genom produktblad, kontaktmed tillverkare och MSK samt genom diverse litteratur.Rapporten visar att en ökad spänningsnivå i elnätet minskade transmissionsförlusterna ochmedförde lägre kostnader för elnätföretaget. Det medförde också andra tekniska fördelar,exempelvis att spänningsfallet minskade, belastningsgraden av nätets komponenter minskade samtatt kortslutningsströmmen blev lägre. En högre spänningsnivå ökade nätets generering av reaktiveffekt.Elnätföretagets intäktsram förändras vid en förhöjd spänningsnivå, dels till följd av det tillägg somerhålls vid effektivt utnyttjande av elnät, dels då vissa anläggningsdelar i nätet ersätts. Lönsamheteni att investera inför en ökad spänningsnivå berodde på flera faktorer, bland annat vilka typer avanläggningsdelar som behövde ersättas, kapitalstrukturen på investeringen och elnätföretagetskalkylränta. I lönsamhetsanalysen använder rapporten internräntemetoden.I fallet för MSK antogs samtliga av elnätets transformatorer behöva ersättas vid en ökadspänningsnivå, vilket således ökade intäktsramen inför nästa tillsynsperiod med totalt ca 3,4 Mkr.Internräntan för investeringen bestämdes till 4,62%. En viss osäkerhet råder dock kring ett antalav elnätets olika anläggningsdelar (kablar, ledningar och transformatorer) vilket kan påverkainvesterings omfattning, utfall och om nätet kan hantera en förhöjd spänningsnivå i sitt nuvarandeskick. / This report analyses the consequences of an increased voltage level in a medium voltage gridfrom 6 kV to 12 kV alternatively to 20 kV. The report examines an existing electricity grid insouthern Sweden, owned and operated by the power company Mellersta Skånes Kraft ek. För.(MSK). It consists of 177 transformers, has approximately 2500 customers and transferred 32GWh (incl. losses) in 2016.The report is divided into three parts, the first part addresses the technical aspects of an increasedvoltage level, the second part addresses the economic consequences that this implies and thethird part presents the conclusion and discussion.The grid was simulated in Nepal software and electrical calculations were performed on 12different operating modes, one for each month of the year. The loads in the network weredetermined by using Velander's method. Information and input-data of network componentswere obtained through product sheets, direct contact with manufacturers and MSK and as wellas through various literature.The report shows that an increased voltage level in the grid reduced transmission losses andresulted in lower costs for the grid owner. It also brought other technical benefits, such as lowervoltage drops, lower load intensity of network components, and lower short circuit current. Ahigher voltage level increased the network's generation of reactive power.The grid company’s revenue frame changes with an increased voltage level, partly because of thebonus that is obtained through efficient utilization of the grid, partly by replacing certaincomponents in the grid. The profitability of investments imposed by an increased voltage levelquickly became complicated due to several factors. Including what type of components thatneeded replacement, the capital structure of the investment and the electricity company's rate ofinterest. In the profitability analysis, the report uses the internal rate of return method.In the case of MSK it was assumed that all the power grid transformers needed replacement withan increased voltage level, thus increasing the revenue frame for the next supervisory period byapproximately 3.4 million SEK. The internal rate of return for the investment was found at 4.62%.However, some uncertainty exists about several components (cables, wires and transformers) inthe grid, which may affect the profitability of the investment and the grid’s capability to handle anincreased voltage level in its present state.

Both electric power systems and the transportation sector are essential constituents to modern life, enhancing social welfare, enabling economic prosperity and ultimately providing well-being to the people. However, to mitigate adverse climatological effects of emitting greenhouse gases, a rigorous de-carbonization of both industries has been set on the political agenda in many parts of the world. To this end, electrifying personal vehicles is believed to contribute to an affordable and reliable energy model that provides tolerable environmental impact. Representing an inherently flexible electricity demand, plug-in electric vehicles (PEVs) promise to facilitate the integration of variable renewable energy sources. Yet, how should the PEVs' system usage be ideally coordinated for providing benefits to electric power systems in the presence of resource scarcity? The thesis develops a model of an aggregation agent as the interface to the wholesale electricity generators, which is envisaged to be in charge of procuring energy in electricity markets, exposed to uncertainty in prices, fleet availability and demand requirements. This aggregator could coordinate the PEV charging either with direct load control (DLC), i.e., sending power set points to the individual vehicles, or with indirect load control (ILC), i.e., by sending retail price signals. Contributing to the technical literature this thesis has on the one hand proposed a two-stage stochastic linear program for the PEV aggregator's day-ahead and balancing decisions with DLC over a large fleet of PEVs, while accounting for conditional value at risk in the objective function. On the other hand, it has put forward a formulation of ILC coordination as a bi-level optimization problem given by mathematical programming with equilibrium constraints, in which 1) the upper level decisions on retail tariffs and optimal bidding in electricity markets are subject to 2) the lower level client-side optimization of PEV charging schedules. These decisions may respect a potential discomfort that could arise when PEV users have to deviate from their preferred charging schedule. Set in an existing, real medium voltage distribution network with urban characteristics and spatial PEV mobility, network UoS tariffs for capacity have been applied to both DLC and ILC scheduling by a PEV aggregator. / Både elkraftsystem och transportsektorn är nödvändiga komponenter av vårt moderna liv – de förstärker den sociala välfärden, möjliggör ekonomisk framgång och bidrar slutligen med välmående för folket. För att undvika skadliga klimateffekter av utsläppta växthusgaser har en rigorös utfasning av fossila bränslen inom båda dessa sektorer prioriterats på politiska agendor runtom i världen. På så vis förväntas elektrifieringen av personbilar bidra till en prisvärd och pålitlig energimodell som ger en acceptabel miljöpåverkan. Med en betydande flexibilitet i efterfrågan på el har elbilarna möjlighet att underlätta integrationen av förnybara energikällor. Frågan är då, hur ska elbilarnas elanvändning koordineras för att bäst bistå elkraftsystemet med hänsyn till resursbrist? Det huvudsakliga syftet med den här forskningen är att föreslå beslutsstödsverktyg som kan förbättra systemeffektiviteten genom elbilsladdning. Forskningen utvecklar en modell för en aggregatoragent som länk till grossistelproducenterna, som antas vara ansvariga för att köpa energi på elmarknaden, under osäkerhet inom priser, tillgång på bilar och efterfrågan. Aggregatorn kan koordinera elbilsladdningen antingen genom direkt efterfrågekontroll, med kraftbegräsningar för enskilda elbilar, eller genom indirekt efterfrågekontroll, men prissignaler. Den här avhandlingen har å ena sidan föreslagit ett tvåstegs stokastiskt linjärt program för elbilsaggregatorns spotmarknads- och balansbeslut med direkt efterfrågekontroll för en stor elbilsflotta, genom att ta hänsyn till conditional value at risk i målfunktionen. Å andra sidan har den tagit fram en formulering för koordinering av indirekt efterfrågekontroll som ett bileveloptimeringsproblem med jämviktsrestriktioner, där 1) de övre besluten om slutkundspriser och optimal budgivning i elmarknaderna med förbehåll för 2) den lägre optimeringen av kundoptimeringen av laddningsscheman. Dessa beslut kan åsamka möjligt obehag för elbilsanvändarna då de behöver avvika från sina föredragna laddningsscheman. Kapacitetsnätverkstariffer har tillämpats både för direkt och indirekt laddningskontroll för en elbilsaggregator, i ett existerande distributionsnätverk med urbana egenskaper och spatiala laddningsscheman för elbilar. / ¿Cómo sería nuestra sociedad moderna, si no existiese el acceso generalizado a la electricidad y cómo viviríamos sin transporte motorizado? Parece muy difícil imaginar nuestras sociedades contemporáneas en países desarrollados sin los sistemas eléctricos como la columna vertebral para incrementar el beneficio social, el desarrollo económico y ultimadamente el bienestar humano. No hay duda que el sector transporte es un constituyente esencial para la vida moderna. Sin embargo, para mitigar los efectos adversos de los gases de efecto invernadero, una rigorosa descarbonización del sector eléctrico y transporte ha sido establecida en la agenda política de muchas partes del mundo. En este sentido, se espera que los vehículos contribuyan a lograr un modelo energético accesible y fiable con un impacto ambiental tolerable. Pero todavía existe una duda: ¿Exactamente cuánto deberían coordinarse los vehículos eléctricos, de tal manera que puedan proveer beneficios al sistema eléctrico en la presencia de escasez de recursos? El principal objetivo de esta investigación es proponer herramientas de soporte que puedan mejorar la eficiencia de todo el sistema a través de la carga de vehículos eléctricos. Un agente agregador podría ser el interfaz con el mercado mayorista de electricidad en la cual el agregador está encargado de comprar energía en los mercados eléctricos exponiéndolo a la incertidumbre de precios, la disponibilidad de la flota de vehículos y los requerimientos de demanda. Este agregador podría coordinar la carga de vehículos eléctricos con control directo de carga (CDC), esto es enviando consignas a los vehículos individuales, o con control indirecto de cargas (CIC), enviando señales de precios minoristas. Esta tesis contribuye con la literatura técnica en dos maneras, por un lado propone una programación lineal en dos etapas con CDC para el agregador de vehículos eléctricos que toma decisiones de oferta en el mercado diario y desvíos de energía para una flota grande de vehículos eléctricos, mientras se tiene en cuenta el valor en riesgo condicional. Por otro lado, se propone una formulación de coordinación con CIC como un problema de optimización binivel dado por una programación matemática con restricciones de equilibrio, donde 1) las decisiones del nivel superior son el diseño de las tarifas minoristas y las ofertas óptimas en los mercados, que dependen de 2) las decisiones de optimización de tiempo de carga de los vehículos eléctricos por parte de los clientes, que se da en un nivel inferior. Las tarifas de red han sido aplicadas a ambos CDC y CIC, estas tarifas están basadas en una red de distribución de media tensión con características urbanas y con movilidad de vehículos eléctricos. / Zowel het elektrische energiesysteem als het transportsysteem leveren een essentiële bij-drage aan de hedendaagse samenleving: het verhogen de maatschappelijke welvaart, het toelaten van economische vooruitgang, en het verbeteren van het menselijke welzijn. Echter, om de nadelige effecten van broeikasgassen te beperken, is een verregaande decarbonisatie van beide sectoren een belangrijk politiek agendapunt geworden in verschillende delen van de wereld. De elektrificatie van personenwagens wordt geacht bij te dragen aan een betaalbaar en betrouwbaar energiemodel dat een aanvaardbare milieu impact heeft. De inherente flex-ibiliteit in de energievraag van plug-in elektrische voertuigen (PEV’s) is beloftevol voor de facilitering van de integratie van hernieuwbare energiebronnen. De vraag is: hoe kan het opladen van PEV’s het best gecoördineerd worden om voordelig te zijn voor het elektrische energiesysteem op momenten van productieschaarste? Het belangrijkste doel van dit onderzoek is om beleidsondersteunende hulpmiddelen aan te bieden, om het totale systeemrendement te verbeteren door middel van het gecoördineerd opladen van PEV’s. Het proefschrift ontwikkelt een model van een aggregatie-agent die als interface fungeert naar de groothandelsmarkt van elektriciteitsproducenten. De aggregator is verantwoordelijk voor de aankoop van de energie op deze elektriciteitsmarkten, en is bij-gevolg blootgesteld aan prijsvolatiliteiten, de beschikbaarheid van de voertuigvloot, en de vereiste energievraag. Deze aggregator kan het opladen van de PEV‘s coördineren via directe lastregeling (Direct Load Control, DLC), het verzenden van de vermogenssetpoints naar de individuele voertuigen, of via indirecte lastregeling (Indirect Load Control, ILC), het sturen van prijssignalen. De bijdrage van dit proefschrift aan de technische vakliteratuur is tweeledig. Ener-zijds wordt er een tweetraps stochastische lineaire programmatiemethode voorgesteld voor de beslissingen van de PEV aggregator op de day-ahead markt en de balanceringsmarkt, waarbij rekening gehouden wordt met het voorwaardelijke risicogehalte van de doelfunctie. Ander-zijds wordt er een formulering van de ILC-coördinatie voorgesteld, als een bi-level optimalisatie probleem dat gebaseerd is op de wiskundige programmeringsmethode met evenwichtsbeperkin-gen. Hierbij zijn er 1) de high-level beslissingen omtrent de retailtarieven en de optimale biedstrategie in de elektriciteitsmarkten, en 2) de low-level optimalisatie van de individuele PEV oplaadschema’s. Deze beslissingen kunnen een mogelijk ongemak creëren door de af-wijking van het optimale laadschema voor de PEV-gebruiker. Voor een realistisch en bestaand stedelijk middenspanning distributienetwerk en ruimtelijk PEV mobiliteitsgedrag, zijn UoS capaciteitstarieven toegepast door een PEV-aggregator, zowel voor DLC- als ILC-gebaseerde laadcoördinatie. / <p>SETS Joint Doctorate</p><p>The Erasmus Mundus Joint Doctorate in Sustainable Energy Technologies and Strategies, the SETS Joint Doctorate, is an international programme run by six institutions in cooperation:</p><p>• Comillas Pontifical University, Madrid, Spain</p><p>• Delft University of Technology, Delft, the Netherlands</p><p>• Florence School of Regulation, Florence, Italy</p><p>• Johns Hopkins University, Baltimore, USA</p><p>• KTH Royal Institute of Technology, Stockholm, Sweden</p><p>• University Paris-Sud 11, Paris, France</p><p>The Doctoral Degrees provided upon completion of the programme are issued by Comillas Pontifical University, Delft University of Technology, and KTH Royal Institute of Technology.</p><p>The Degree Certificates are giving reference to the joint programme. The doctoral candidates are jointly supervised, and must pass a joint examination procedure set up by the three institutions issuing the degrees.</p><p>This Thesis is a part of the examination for the doctoral degree.</p><p>The invested degrees are official in Spain, the Netherlands and Sweden respectively.</p><p>SETS Joint Doctorate was awarded the Erasmus Mundus excellence label by the European Commission in year 2010, and the European Commission’s Education, Audiovisual and Culture Executive Agency, EACEA, has supported the funding of this programme</p><p>The EACEA is not to be held responsible for contents of the Thesis.</p><p>QC 20150923</p>

Variable renewable energy sources are today increasingly integrated in the power system as a step towards the renewable society. The large-scale introduction of converter-based energy sources brings challenges in terms of reduced damping to the power system due to the reduced number of synchronous generators. This can be manifested as high rate-of-change-of-frequency and decreased grid stability. To forestall this reduced performance, it is suggested that the grid-following control of today’s converters are restructured to a grid-forming control, enabling the converter to behave closer to a synchronous machine.   This thesis compares grid-following and grid-forming control and seeks to further describe this grid-forming behavior by applying a grid-forming control method on an energy storage enhanced STATCOM-system. A continuous time model and a linearized model based on state space representations are constructed in order to investigate the grid-forming behavior but also how the converter stability is affected by a restructure from grid-following to grid-forming control.   The results indicate that the investigated grid-forming control method displays a behavior similar to synchronous machines and incorporates the ability to provide frequency response services and so called “synthetic inertia” to the grid.  The results also show that the stability of the converter (the ability to provide a bounded output when the system is perturbed) is ensured when the control method is restructured from grid-following to grid-forming and that the investigated grid-forming method is stable also in weak grid situations.

I ett modernt samhälle är elektricitet en nyckelkomponent för industrins, individens och samhällets utveckling. Naturkatastrofområden där elektriciteten slagits ut står inför stora prövningar för att kunna få samhällsviktiga funktioner att fungera igen. Med hjälp av den mobila miljövänlig energienhet Emergency Energy Module (EEM) kan elbehovet lindras. Detta examensarbetes mål var att ta fram en elsystemsbeskrivning för den kommande Export container (EXC), samt ta fram ett korrekt elschema för den befintliga EEM. Elsystemsbeskrivningen måste ta hänsyn till EXC:s kravspecifikation samt innehålla Bills of Material (BoM) och elschema. Problematiken ligger bl.a. i att få flera olika energikällor (sol, vind och biomassa förgasare) att fungera tillsammans i ett elsystem där likspänning, växelspänning, trefas och enfas blandas. Stor vikt ligger också vid att få ett flexibelt elsystem som relativt lätt kan förändras efter olika kunders behov. Genomförandet av detta examensarbete utfördes inledningsvis med en faktainsamligs-fas. Detta efterföljdes av en genomgång och analys av EEM:s elsystem vilket resulterade i ett elschema och en manual. Svagheter i EEM:s elsystem ansågs vara avsaknaden av överspänningsskydd och jordfelsbrytare, mätpunkt 5 var felplacerad, mätutrustningen borde av säkerhetsskäl vara fastmonterade och 1-fas generator borde användas i biomassaförgasaren för att avlägsna snedbelastningsproblem. Den befintliga Power routern, vars uppgift är att kontrollera energiflöde i systemet, ansågs begränsad eftersom den endast kunde ta emot en AC-energikälla, endast hantera 1-fas samt hade en relativt låg max uteffekt på 5,5 kW. Med hjälp av analysens funna svagheter och med hänsyn till EXC:s kravspecifikation konstruerades sedan ett elsystem för EXC med tillhörande BoM, elschema, kravspecifikation avseende delsystem och förslag på kandidater som uppfyller dessa. Elsystemet rekommenderas byggas kring Power routern Quattro vilket ger stora möjligheter till flexibilitet i form av att kunna skala upp systemet om bl.a. mer effekt skulle önskas av kund, eller om det finns behov av 3-fas system. En mängd olika programmeringsinställningar kan då göras vilket underlättar uppbyggnaden av specifika elsystem efter varierande kunders behov. / In a modern society electricity is a key component for the development of the individual, industry, and society. Natural disaster areas where the electricity has been knocked out face great trials in order to get vital public functions working again. With the help of the mobile eco-friendly energy device Emergency Energy Module (EEM) electricity needs can be eased. The goal of thesis was to produce an electrical power system description for the upcoming Export container (EXC), and to generate a correct circuit diagram for the existing Emergency energy module (EEM). The electric power description must take into account EXC's specifications and include Bills of Material (BoM) and circuit diagram. The problems lies in getting the various sources of energy (solar, wind and biomass gasifier) to work together in a power system where DC, AC, three-phase and single-phase are mixed. Great emphasis is also given to obtain a flexible electricity systems that can be relatively easily changed for different customer needs. The making of this thesis was carried out initially with a gathering facts phase. This was followed by a review and analysis of the EEM's electrical system which resulted in a circuit diagram and a manual. Weaknesses in EEM's electrical system was considered to be the lack of overvoltage protection and residual current device, measuring point 5 was misplaced, measuring equipment should for safety reasons be firmly attached and 1-phase generator should be used in biomass gasifier to remove uneven load problems. The existing Power router, whose task is to control the energy flow in the system, was limited because it could only receive one AC power source, handle only one-phase and had a relatively low maximum output power of 5.5 kW. Whit the help of the analysis improvement suggestions above and with EXC's specification taking into account was then an electric power system for EXC constructed. with associated BoM, circuit diagram, specifications for subsystems and proposals for candidates that meet these. The electrical system is recommended to be built around the Power router Quattro which provides great opportunities for flexibility in terms of being able to scale up the system if such more power would be desired by the customer, or if there is a need for 3-phase systems. A variety of programming settings can then be made which facilitates the construction of specific electrical systems for varying customer needs.

På uppdrag av Trafikverket har denna rapport syftet att ge en rekommendation baserat på jämförelse av nuvarande standarden IEC 60870-5-104 och den alternativa standarden IEC 61850. Studien jämför IEC 61850 och IEC 60870-5-104 och skillnader mellan dessa två standarder utifrån olika områden som kommunikation, säkerhet samt ekonomiska aspekter. I arbetets teoridel behandlas elnätet och hur elstationer i allmänhet fungerar utifrån kommunikationsprotokollen och hur systemen kommunicerar med andra enheter. Resultatet av arbetet visar att standarden IEC 61850 erbjuder stora möjligheter och fördelar i samtliga aspekter, och har även en utvecklingspotential. Med kommunikationsprotokollet IEC 61850 erhålls mer information i form av feltyp, direkta mätningar och styrning på kontrollanläggningar. Dock finns det en komplexitet i IEC 61850 som kan kräva större anpassningar för att ersätta tidigare protokoll på anläggningar vid byte. Utifrån säkerhetsaspekten uppvisar IEC 61850 styrka bland annat gällande skydd av integritet och konfidentialitet. Sammantaget visar arbetet att det finns stor fördel att använda sig av IEC 61850 vid framtida tillämpningar utifrån examensarbetets resultat / On behalf of the Swedish Transport Administration (Trafikverket), this report aims to provide a recommendation based on a comparison of the current communication protocol standard IEC 60870-5-104 and the alternative standard IEC 61850. This study compares IEC 61850 and IEC 60870-5-104 and differences between these two standards based on different areas such as communication, security and economic aspects. In the theoretical part of this thesis, the electricity grid is treated and how electricity stations generally work based on the communication protocols and how the systems communicate with other devices. The result of the thesis shows that the standard IEC 61850 offers great opportunities and advantages in all aspects and has a potential for development. With the communication protocol IEC 61850, more information is obtained in form of error type, direct measurements and control at control plants. However, there is a complexity in IEC 61850 which may require major adaptations to replace previous protocols on plants when changes are needed. Based on the safety aspect, IEC 61850 shows strength among other things regarding protection of privacy and confidentiality. Overall, the work shows that there is a great advantage of applying IEC 61850 in future use based on this thesis results.

I en fördelarstation i Ellevios elnät i Stockholm har en viktig konfigurationsfil försvunnit. Filen används för att beskriva styr- och kommunikationssystemet för övervakning och fjärrmanövrering av stationen från en driftcentral. Dessutom behöver operativsystemet på en enhet i kommunikationssystemet uppdateras. Det misstänks att konfigurationsfilen som har försvunnit behövs för att genomföra uppdateringen. Det visar sig att konfigurationsfilen inte behövs för att genomföra uppdateringen av operativsystemet. Två metoder utvecklas därför, en för att genomföra uppdateringen av kommunikationsenheten, och en för att återskapa konfigurationsfilen. Den första metoden beskriver hur operativsystemet på en Remote Terminal Unit i ABB:s RTU500-serie kan uppdateras från firmwareversion 11 till version 12. Den andra metoden beskriver hur en fullständig konfigurationsfil, i form av en Substation Configuration Description (SCD) kan återskapas för stationen. Den senare metoden utvecklas specifikt för den enskilda stationen, men skulle kunna vidareutvecklas för att återskapa SCD-filen i fler stationer där samma problem idag finns. Metoden för att genomföra uppdatering av operativsystemet används framgångsrikt för att genomföra själva uppdateringen. Metoden för att återskapa konfigurationsfilen testas genom att en konfiguration för en ny kommunikationsenhet genereras baserat på den återskapade konfigurationen.  Genom att tillämpa dessa metoder kan tillförlitligheten för styr- och kommunikationssystem med IEC 61850-teknologi förbättras. Detta kan leda till ökad tillförlitlighet vid elleverans, eftersom kommunikationssystemet används för att övervaka elnätet och hantera fel genom fjärrstyrning. Detta minskar behovet av fysiska besök till stationen. Rapporten är ett examensarbete för programmet Högskoleingenjör i elektroteknik. Examensarbetet utfördes under våren 2023 på företaget Omexom Sweden. / In a distribution substation in Ellevio's power grid in Stockholm, an important configuration file has gone missing. The file is used to describe the control and communication system for monitoring and remote operation of the substation from a control centre. Additionally, the operating system on a device within the communication system needs to be updated. It is suspected that the missing configuration file is required to perform the update. It turns out that the configuration file is not needed to carry out the operating system update. As a result, two methods are developed: one for performing the update of the communication unit and another for recreating the configuration file. The first method describes how the operating system on a Remote Terminal Unit in ABB’s RTU500 series can be updated from firmware version 11 to version 12. The second method explains how a complete configuration file, in the form of a Substation Configuration Description (SCD) can be recreated for the substation. Although the latter method is specifically tailored for the individual substation, it could be further refined to recreate the SCD file in several other stations with the same issue. The method for performing the operating system update is successfully utilized to carry out the update itself. The method for recreating the configuration file is tested by generating a configuration for a new communication unit based on the reconstructed configuration. By implementing these methods, the reliability of the IEC 61850-based control and communication system can be enhanced. This can lead to improved reliability of power delivery since the communication system is used to monitor the power grid and manage faults through remote control. Thereby, the need for physical visits to the substation is reduced. The report is a thesis for the Bachelor program in Electrical Engineering. The thesis was carried out during the spring of 2023 at the company Omexom Sweden.

Variable renewable energy sources typically connect to the power grid through power electronic interfaces. Increased use of such sources can cause issues for conventional distance protection. The purpose of distance protection is to detect transmission line faults and trip circuit breakers accordingly in order to maintain power system stability and power quality, and to ensure the safety of equipment and humans. Conventional distance protection solutions work satisfactorily in grids dominated by synchronous generators, but it has been recognized in industry and academia that new solutions may be needed in power grids dominated by power electronics interfaced generation due to the non-linear system impacts introduced by such sources. It was the aim of this thesis project to investigate the performance of alternative solutions used toward this end, specifically time domain distance protection solutions which are immune to the dynamics of power electronics interfaced sources. Short-circuit simulations for different fault scenarios have been performed in PSCAD, utilising models with a wind farm connected via a single overhead transmission line to a grid represented by a voltage source and impedance. The PSCAD line voltages and currents were processed in Matlab where both a more conventional phasor-based algorithm and a time domain differential equation based algorithm were implemented and simulated. A tripping logic based on detecting stable fault distance estimates within the primary protection zone was used. The implemented algorithms were compared for 96 scenarios in their ability to identify the faults and fault types, estimate the fault distances, and in their tripping speed. The results show an overall better performance for the differential equation algorithm compared to the conventional phasor-based algorithm, with more successful trips, faster tripping speed and superior distance estimate convergence on the correct fault distance. Some limitations have also been identified for the differential equation algorithm such as a fault impedance trajectory in the impedance plane which can lead to incorrect trips during external faults when using conventional tripping logic. It is suggested that more research be done regarding the differential equation algorithm with the next step being further algorithm development and testing when using fault impedance estimates and a tripping zone in the impedance plane. / Variabla förnybara energikällor använder vanligtvis kraftelektronik som ett gränssnitt för kopplingen till kraftnätet och ökningen av sådana källor kan skapa problem för konventionella distansskydd. Distansskydds syfte är att detektera jord- och fasfel på kraftledningar samt att skicka utlösningssignaler till strömbrytare för att isolera felet, vilket behövs för att upprätthålla kraftnätets stabilitet, effektkvalitet samt för att säkerställa säkerhet för komponenter och människor. Konventionella distansskydd fungerar bra i kraftnät dominerade av synkrongeneratorer men det har uppmärksammats av industrin samt den akademiska världen att nya lösningar kan behövas i kraftnät som är dominerade av energikällor med kraftelektronik-gränssnitt på grund av dess olinjära dynamik. Syftet med detta examensarbete är att undersöka prestandan av alternativa algoritmer för distansskydd som kan användas mot detta ändamål, specifikt tidsdomän algoritmer som är immuna mot dynamiken introducerad av kraftelektroniken. Kortslutningssimuleringar för olika scenarion har simulerats i PSCAD modeller med en vindkraftpark kopplad i änden på kraftledningen, där spänningarna och strömmarna sparas för vidare analys. Resultaten från PSCAD simuleringar bearbetades i Matlab där både en konventionell algoritm baserad på fasvektorer samt en tidsdomän algoritm baserad på differentialekvationer har implementerats och simulerats. Den implementerade utlösningslogiken baserades på att detektera stabila estimeringar för avståendet mellan skyddsreläet och felet på kraftledningen, där utlösningssignaler skickas för stabila estimeringar detekterade inom den primära skyddszonen för reläet. De implementerade algoritmerna jämfördes i 96 olika scenarion för deras förmåga att: identifiera fel och feltypen, estimera avståndet mellan skyddsreläet och felet samt för deras utlösningstider. Resultaten visar en i överlag bättre prestanda för differentialekvations-algoritmen jämfört med den konventionella fasvektor-baserade algoritmen med fler lyckade strömbrytarutlösningar, snabbare utlösningstider samt bättre konvergens och mer korrekt lokalisering för avståndsestimeringen mellan skyddsreläet och felet. Vissa limitationer har även identifierats för differentialekvations-algoritmen, exempelvis en felimpedans-kurva i impedansplanet vilket kan leda till inkorrekta utlösningar för externa fel om ett konventionellt impedansområden används för utlösningslogiken. Det föreslås att mer forskning bör utföras kring differentialekvations-algoritmen med nästa steg att vidare utveckla algoritmen samt utföra tester vid användande av felimpedansestimeringar och en utlösningslogik baserad på impedansområden.