The introduction of performance based tariff regulations along with higher media and political pressure have increased the need for well-performed risk and asset management applied to electric power distribution systems (DS), which is an infrastructure considered as a natural monopoly. Compared to other technical systems, DS have special characteristics which are important to consider. The Swedish regulation of DS tariffs between 1996 and 2012 is described together with complementary laws such as customer compensation for long outages. The regulator’s rule is to provide incentives for cost efficient operation with acceptable reliability and reasonable tariff levels. Another difficult task for the regulator is to settle the complexity, i.e. the balance between considering many details and the manageability. Two performed studies of the former regulatory model, included in this thesis, were part of the criticism that led to its fall. Furthermore, based on results from a project included here, initiated by the regulator to review a model to judge effectible costs, the regulator changed some initial plans concerning the upcoming regulation.   A classification of the risk management divided into separate categories is proposed partly based on a study investigating investment planning and risk management at a distribution system operator (DSO). A vulnerability analysis method using quantitative reliability analyses is introduced aimed to indicate how available resources could be better utilized and to evaluate whether additional security should be deployed for certain forecasted events. To evaluate the method, an application study has been performed based on hourly weather measurements and detailed failure reports over eight years for two DS. Months, weekdays and hours have been compared and the vulnerability of several weather phenomena has been evaluated. Of the weather phenomena studied, heavy snowfall and strong winds significantly affect the reliability, while frost, rain and snow depth have low or no impact. The main conclusion is that there is a need to implement new, more advanced, analysis methods. The thesis also provides a statistical validation method and introduces a new category of reliability indices, RT. / Distribution av elektricitet är att betrakta som ett naturligt monopol och är med stor sannolikhet det moderna samhällets viktigaste infrastruktur – och dess betydelse förutspås öka ytterligare i takt med implementering av teknik ämnad att minska mänsklighetens klimatpåverkan. I Sverige finns det fler än 150 elnätsbolag, vilka är av varierande storleksordning och med helt olika ägarstrukturer. Tidigare var handel med elektricitet integrerat i elnätsbolagens verksamhet, men 1996 avreglerades denna; infrastruktur för överföring separerades från produktion och handel. Införandet av kvalitetsreglering av elnätstariffer under början av 2000-talet och hårdare lagar om bland annat kundavbrottsersättning samt politiskt- och medialt tryck har givit incitament till kostnadseffektivitet med bibehållen god leveranskvalitet. En viktig aspekt är att eldistribution har, jämfört med andra infrastrukturer, flera speciella egenskaper som måste beaktas, vilket beskrives i avhandlingens första del tillsammans med introduktion av risk- och tillförlitlighetsteori samt ekonomisk teori.  Två studier som kan ha bidragit till den förra regleringens fall och en studie vars resultat ändrat reglermyndighetens initiala idé avseende modell för att beräkna påverkbara kostnader i kommande förhandsreglering från 2012 är inkluderade.   Av staten utsedd myndighet övervakar att kunder erbjudes elnätsanslutning och att tjänsten uppfyller kvalitetskrav samt att tariffnivåerna är skäliga och icke diskriminerande. Traditionellt har elnätsföretag mer eller mindre haft tillåtelse till intäkter motsvarande samtliga omkostnader och skälig vinst, så kallad självkostnadsprissättning. Under slutet av 1990-talet började ansvarig myndighet emellertid arbeta mot en reglering av intäktsram som även beaktar kostnadseffektivitet och kundkvalitet. Vid utformande av en sådan reglering måste svåra avvägningar göras. Exempelvis bör elnätsföretags objektiva förutsättningar, såsom terräng och kunder, tas i beaktning samtidigt som modellen bör vara lätthanterlig och konsekvent. Myndigheten ansåg ingen existerande reglermodell vara lämplig att anpassa till svenska förhållanden, så en ny modell utvecklades: Nätnyttomodellen (NNM). För 2003 års tariffer användes denna och beslut om krav på återbetalning till berörda elnätskunder togs, vilka överklagades. En utdragen juridisk process inleddes, där modellen kritiserades hårt av branschen på flera punkter. Två, i avhandlingen inkluderade studier, underbyggde kritisk argumentation mot NNM. Beslut i första instans (Länsrätt) hade inte tagits 2008 då parterna kom överens avseende år 2003-2007. Ett EU-direktiv tvingar Sverige att gå över till förhandsreglering, och i stället för att modifiera NNM och fortsätta strida juridiskt för den, togs beslut att ta fram en helt ny modell. Nätföretagens tillåtna intäktsram kommer förenklat grunda sig på elnätsföretagens kapitalkostnader och löpande kostnader. Därtill, utifrån hur effektivt och med vilken kvalitet nätföretagen bedrivit sin verksamhet, kan tillåten intäktsram justeras.   En systematisk beskrivning av ett elnätsföretags nuvarande riskhantering och investeringsstrategier för olika spänningsnivåer tillhandahålles med syfte att stödja elnätsföretag i utvecklandet av riskhantering och att ge akademiskt referensmaterial baserat på branscherfarenhet. En klassificering av riskhantering uppdelat i olika kategorier och en sårbarhetsanalysmetod samt en ny tillförlitlighetsindexkategori (RT) föreslås i avhandlingen, delvis baserat på genomförd studie. Sårbarhetsanalysens övergripande idé är att identifiera och utvärdera möjliga systemtillstånd med hjälp av kvantitativa tillförlitlighetsanalyser. Målet är att detta skall vara ett verktyg för att nyttja tillgängliga resurser effektivare, t.ex. förebyggande underhåll och semesterplanering samt för att bedöma om förebyggande åtgärder baserat på väderprognoser vore lämpligt. RT är en flexibel kategori av mått på sannolikhet för kundavbrott ≥T timmar, vilket exempelvis är användbart för analys av kundavbrottsersättningslagars påverkan; sådana har exempelvis införts i Sverige och UK under 2000-talet. En statistisk valideringsmetod av tillförlitlighetsindex har tagits fram för att uppskatta statistisk osäkerhet som funktion av antal mätdata ett tillförlitlighetsindexvärde är baseras på.   För att utvärdera introducerad sårbarhetsanalysmetod har en studie utförts baserat på timvisa väderdata och detaljerad avbrottsstatistik avseende åtta år för två olika eldistributionsnät i Sverige. Månader, veckodagar och timmar har jämförts vars resultat exempelvis kan användas för fördelning av resurser mer effektivt över tid. Sårbarhet med avseende på olika väderfenomen har utvärderats. Av de studerade väderfenomen är det blott ymnigt snöfall och hårda vindar, särskilt i kombination, som signifikant påverkar eldistributionssystems tillförlitlighet. Andra studier har visat på sårbarhet även för blixtnedslag (som ej fanns med som parameter i avhandlingen inkluderad studie). Temperatur (t.ex. inverkan av frost), regn och snödjup har således försumbar påverkan. Korrelationsstudier har utförts vilket bland annat visar på ett nästan linjärt samband i Sverige mellan temperatur och elförbrukning, vilket indirekt indikerar att även elförbrukning har försumbar påverkan på leveranskvalitet. Slutligen föreslås ett analysramverk som introducerad sårbarhetsanalys skulle vara en del av. Övergripande idé presenteras, vilket främst skall inspirera för fortsatt arbete; emellertid bör påpekas att introducerad sårbarhetsanalysmetod är en självständig och färdig metod oavsett om föreslagna idéer genomföres eller ej. / QC 20110815

Maximum asset performance is one of the major goals for electric power system managers. To reach this goal minimal life cycle cost and maintenance optimization become crucial while meeting demands from customers and regulators. One of the fundamental objectives is therefore to relate maintenance and reliability in an efficiently and effectively way, which is the aim of several maintenance methods such as the Reliability Centered Maintenance method (RCM). Furthermore, this necessitates the determination of the optimal balance between preventive and corrective maintenance to obtain the lowest total cost. This thesis proposes methods for defining the importance of individual components in a network with respect to total interruption cost. This is a first step in obtaining an optimal maintenance solution. Since the methods consider several customer nodes simultaneously, they are especially suitable for network structures that serve many purposes/customers e.g. transmission and distribution networks with more than one load point. The major results are three component reliability importance indices, which are applied in two case studies. The first case study is based on a network in the Stockholm area. The second case study is performed for one overhead line system in the rural parts of Kristinehamn. The application studies demonstrate that the indices are possible to implement for existing electrical networks and that they can be used for maintenance prioritization. Consequently these indices constitute a first step in the overall objective of a maintenance optimization method. The computations of the indices are performed both with analytical and simulation based techniques. Furthermore, the indices can be used to calculate the component contribution to the total system interruption cost. The approach developed for the importance indices can be utilized in any multi-state network that can be measured with one performance indicator. / QC 20101130

The aim of the study is to analyze the possibility of how and where wind farms should be integrated on the electrical grid. The challenges mainly concern grid capacity and transmission losses. Economic factors will be regarded as well. To fulfill the aim, the Skellefteälven river in Sweden is selected as study object. A regional grid along the river is thereupon simulated with regards to five existing hydro power plants, four electrical consumption points, and the national grid. Additionally, four wind farms are placed on probable sites around the grid. Considering the large amount of data to be calculated in this study, a grid model assembled through numerical analysis in MATLAB is henceforth deemed optimal. Through load flow simulation, the voltage variations and power losses are calculated. Hence, the costs of the losses is found. The investment costs for upgrading the grid are also determined. As the results show, an upgrade of the electrical grid certainly requires a relatively large investment sum. Nevertheless, the return of the project will eventually surpass the initial costs. Accordingly, there are economic benefits of investing in upgrading the grid capacity. / Syftet med studien är att analysera möjligheten till hur och var vindkraftsparker borde integreras i elnätet. Utmaningarna rör främst nätkapacitet och ledningsförluster. Ekonomiska faktorer kommer även att undersökas. För att uppnå syftet bedrivs en fallstudie, där Skellefteälven väljs som studieområde. Ett regionalnät är utformat längs älven med hänsyn till fem existerande vattenkraftverk, fyra valda konsumtionsnoder och stamnätet. Utöver dessa placeras även fyra vindkraftsparker ut på lämpliga ställen. Med tanke på hur mycket data som behandlas vid beräkningarna simuleras därför nätet med hjälp av numerisk analys i MATLAB. Genom att köra effektflödesberäkningar räknas spänningsvariationer och effektförluster fram. Därifrån kan kostnader för ledningsförluster tas fram. Vidare framtas även investeringskostnader för uppgradering av nätet. Resultaten visar att en uppgradering kräver en relativt stor investeringssumma. Däremot kommer inkomsten efter en genomförd uppgradering tillslut att överstiga initialkostnaden. Därav finns det ekonomiska fördelar med att investera i en ökad nätkapacitet.