För att en kvalitativ och driftsäker kraftomvandling från vind till elkraft skall erhållas ställs krav på en mängd olika faktorer. Klimatologiska och tekniska faktorer kräver korrekt dimensionering och anpassning av omvandlingstekniken för att största möjliga energimängd skall kunna omvandlas på ett driftsäkert och energieffektivt vis som vindkraftsägare, nätägare kräver. Vinden är som bekant en oberäknelig kraftkälla. Variationerna i styrka och tid kan innebära en hel del driftoptimeringsproblematik med efterverkningar för vindkraftsverket, nätet och belastningen. Konsekvenserna kan bero på vilken typ av teknik som är installerad i de olika delarna av energisystemet och i områdets elnät. Varierande effektbehov och effektfaktor i tiden har också en signifikant betydelse för elnätets stabilitet.  Anpassning av drift i elnätet mot den turbulenta vinden ger ofta avvikelser på spänning och effektflöden, speciellt i extrema situationer där svaga elnät existerar. God samverkan med vindkraftverket och nätets varierande aktiva och reaktiva effektbehov till energianvändaren kan ge förutsättningar för god elkvalitet och därmed optimerad och säker drift med få avbrott över tiden. Ofta kan och är det mekaniska, elektrotekniska val i vindkraftverket och tillhörande elsystem som spelar en avgörande roll för hur lönsam investeringen blir under verkets tekniska livslängd. Nätägaren eftersträvar en god interagering mellan elnät och elproduktion som ger upphov till få medeltalsfel mellan avbrott och elfel, detta kallas i branschen för ”Mean time between failures” MTBF.  Enligt Svensk energi skall långsamma och snabba spänningsvariationer samt övertoner och erforderlig kortslutningseffekt utredas och jämföras mot de krav och villkor som råder vid elektrisk integrering av elproduktion i elnätet. Förstudien har kommit fram till två lämpliga anslutningsförslag med vindkraftsprojektering. Det beskrivs senare i rapporten förslag på två tillhörande Smart Grid varianter med energilagring för anslutningsförslagen i det befintligt svaga lokala elnätet. / To achieve a reliable and qualitative power conversion from the wind into electric power, a variety of factors and demands need to be obtained. Climatological and technological factors requires proper dimensioning and adjustment of the conversion technology, to harvest the greatest possible amount of energy and to be converted in a reliable and energy efficient way, that windmill owners, power grid owners require. The wind is as familiar an unpredictable power supply. The variations in intensity over time could mean a number of drive optimization problems with after-effects of the wind turbine, power grid and load. The consequences may depend on which type of technology that is installed in the different parts of the energy system. The area's power grid and varying power needs with characteristics over time, also has a significant importance. The turbulent wind gives deviations of voltage and power flow, especially in various extreme situations in weak power grids. Good interaction between the wind turbine and power grid with varying active and reactive power demand for the energy users, provides conditions for a good power quality and thus, an optimal and safe operation with few interruptions over time. It can be, and often is the mechanics, electro-technical choices in the wind turbine and associated electrical systems that play a critical role in how profitable installation is during the wind turbines technological life. The power grid owner strives for a good interaction between the power grid and electrical generation which rise for few faults between interruptions and errors. In the branch this is known as "Mean time between failures" MTBF.  According to the Swedenergy, harmonics, slow and fast voltage variations including required short-circuit power should be investigated and compared with those requirements and terms that prevails with electrical integration of power into the grid. The feasibility study has concluded two suitable power connection proposals including wind mapping research, later in this report it is described and suggested two related Smart Grid variants with energy storage for the two power connection proposals in the existing weak local grid. / Judith Saari var betygsättare på muntlig presentation.

Increased use of variable energy and integration of electricity markets in the European Union have led to new challenges when balancing supply and demand in the grid. Load management is a possible way to manage these challenges by adjusting electricity consumption in order to balance the power system. Household appliances can be used for this purpose, for example by providing automatic frequency control. The aim of this master thesis is to investigate the potential of load management from private households and to examine how the power system is affected by a more flexible electricity consumption. The thesis focuses on fridges as automatic frequency control reserves and the ability of fridges to balance the power system. Attributes such as capacity, activation time, persistence and the effect of load reconnection has been modelled in Simulink, Matlab. Complementary interviews with actors from the electricity industry have been done to summarize their insights on demand response. The results indicate that fridges can be used as a part of the automatic frequency controlled reserve FCR-N, based on assumptions made in this study. However, current requirements imposed on balancing resources are not fully met by the fridges. In order for household appliances to provide the needed flexibility, some requirements might need to be rephrased. The results also show that the capacity for providing balancing services differs for positive and negative imbalances, as consumption can be reduced with 30 MW and increased with 66 MW. When controlling the fridges by moving the reference temperature, there is a risk that the appliances will synchronize with each other, i.e. reconnect or disconnect at the same time, resulting in frequency oscillations. It is therefore important that load management is designed to avoid this kind of behavior.

Increased use of variable energy and integration of electricity markets in the European Union have led to new challenges when balancing supply and demand in the grid. Load management is a possible way to manage these challenges by adjusting electricity consumption in order to balance the power system. Household appliances can be used for this purpose, for example by providing automatic frequency control. The aim of this master thesis is to investigate the potential of load management from private households and to examine how the power system is affected by a more flexible electricity consumption. The thesis focuses on fridges as automatic frequency control reserves and the ability of fridges to balance the power system. Attributes such as capacity, activation time, persistence and the effect of load reconnection has been modelled in Simulink, Matlab. Complementary interviews with actors from the electricity industry have been done to summarize their insights on demand response. The results indicate that fridges can be used as a part of the automatic frequency controlled reserve FCR-N, based on assumptions made in this study. However, current requirements imposed on balancing resources are not fully met by the fridges. In order for household appliances to provide the needed flexibility, some requirements might need to be rephrased. The results also show that the capacity for providing balancing services differs for positive and negative imbalances, as consumption can be reduced with 30 MW and increased with 66 MW. When controlling the fridges by moving the reference temperature, there is a risk that the appliances will synchronize with each other, i.e. reconnect or disconnect at the same time, resulting in frequency oscillations. It is therefore important that load management is designed to avoid this kind of behavior.

In order to handle the mismatch between photovoltaic (PV) electricity production and household electricity use, battery storage systems can be utilized. However, the profitability of PV-battery systems in Sweden is poor, and economic incentives for households to invest in such systems are therefore missing. Hence, it is important to improve the profitability to increase the number of PV-battery installations. The aim of this thesis is to investigate the techno-economic potential of a PV-battery system offering ancillary services, more specifically the primary frequency regulation FCR-N. Five cases of residential PV-battery installations are investigated: the first with a PV system only, the second with a PV-battery system to store surplus PV electricity, and the three other cases with PV-battery systems with the ability to regulate the grid through FCR-N to varying degrees. The results show that providing FCR-N with a PV-battery system offers a substantial techno-economic potential for the system owner. By using available battery capacity for FCR-N, the payback time for a PV-battery system can be shortened significantly. With a battery price of EUR 570 per kWh (VAT excluded) and a discount rate of 2%, the payback time for the entire system can decrease from 32 to 9 years if the battery is used for FCR-N regulation. Furthermore, the payback time for a battery storage can be shortened with FCR-N. Calculated with respect to the economic added value of a battery and with a discount rate of 5%, the payback time can decrease from over 100 years to 4 years.

Transportsektorn domineras idag av fossila drivmedel som påverkar miljön negativt. Alternativen till fossila drivmedel är el och gas i form av bio- och vätgas. För att kunna ha en fordonsfriflotta helt oberoende av fossila drivmedel 2030 som är ett av Sveriges miljömål kommer elnätet bära ett mycket stort ansvar. Syftet med detta arbete var att ge Eskilstuna Energi och Miljö (EEM) information om hur det befintliga elnätet skulle klara högre ställda krav vid effektuttag i form av laddkontakter hos privatpersoner. Arbetet grundar sig i en ordentlig analys av data i det befintliga elnätet och med hjälp av programmet Trimble NIS simulerades flera tänkbara scenarier med högre effektuttag, simuleringarna gjordes med trefaseffekter, 4,1 kW, 7 kW, 11 kW och en sammanlagringseffekt på 80 % vid 7 kW. Totalt tre olika nätstationer simulerades och studerades. Efter simuleringarna erhölls data för strömstyrka i fördelningskablarna och hushållsströmmarna. En känslighetsanalys gjordes för att få ett så nära genomsnittligt värde hur körsträckorna för medelpersonen förändras, analysen gjordes för 30 % ökning och 30 % minskning av den genomsnittliga körsträckan. I resultaten sammanställdes de tre nätstationerna tillsammans i grafer, för att få ett genomsnittligt och tydligt resultat. Resultaten visade att vid ett ökat effektuttag på 4,1 kW skulle 17 av 111 personer överstigit sin dåvarande huvudsäkring i strömstyrka, vid de högre simulerade effektuttagen ökade antalet hushåll som överskred huvudsäkringen. I fördelningsnätet med ett effektuttag på 4,1 kW påverkades 2 av 34 förlagda kablar negativt, dvs. de översteg maxgränsen av vad de hade klarat av. Vid effektuttag på 7 kW och sammanlagring på 80 % vid samma effekt påverkades 6 stycken och vid 11 kW påverkades 14 stycken av de totalt 34 stycken negativt. Samtliga transformatorer skulle klarat av strömstyrkan som skulle uppkommit vid effektuttag på 4,1 kW. Två av transformatorerna hade även klarat av effektuttag på 7 kW samt sammanlagringen på 80 % vid samma effekt, enbart en av de tre transformatorerna skulle klarat av samtliga effektuttag utan någon negativ påverkning. För att det befintliga nätet inte ska överbelastas vid installation av kontakter för elbilar får den uttagna trefaseffekten i varje hushåll inte överskrida 4,1 kW. Eftersom effektuttaget i hushållen inte är konstanta över ett dygn skulle en typ av effektreglering kunna möjliggöra högre effekter till laddningen. På nätter är oftast förbrukningen mindre och därför finns det mer utrymme till att ladda en bil på högre effekt än 4,1 kW. Tiden för att ladda sin bil för dagliga körsträckor varierar mellan drygt en timme till sex timmar. Sker laddningen under natten med en effekt som nätet klarar av är en omställning från fossil- till eldrivna fordon ett möjligt framtidsscenario.

The purpose of this thesis was to examine how futureinvestments in new techniques such as solar cellsystems, electric vehicle chargers and energy storageat end costumers would affect the rural electricitygrid based on two future scenarios. The main issuepredicted with investments in this new technology atend users are over utilization of the electricitygrid if the new technique is not used in a proper wayin order to avoid high power peaks. By studying real electricity consumption as it appearstoday and adding charging of an electric vehicleaccording to the two scenarios (with our withoutenergy storage and solar cell electricity production)new usage patterns could be determined. Theseusage patterns could then be inserted insimulations of three real electricity grids for studiesof the effect on the electricity grids. The conclusion is that the electricity grids ingeneral are oversized regarding thermal loading whilstthe fuses at the end costumer need to be reinforced inorder to not get over utilized in the scenario where noenergy storage was implemented. Only one of the gridswas shown to be over utilized when all customers wasequipped with the new techniques and the grid wasdensified. Otherwise, in the other grids and scenariosonly some conductors were over utilized. However, whatwas shown to be a problem was the voltage drop at theend customer’s facilities which was higher than theallowed value of 5%.According to this the grid was shownto be over utilized. As a final conclusion it can be shown that the voltagedrop decides the design of the grids and that thepower grid companies probably should consider newpossible business strategies.

Influential actors refer to smart grids as a revamped version of the energy systemwhen they argue for alternative energy pathways, and assign demonstration projects with the task of turning prospects about the future into functional configurations. This thesis explores notions of the smart grid future that are implicitly conveyed in Swedish smart grid strategy and planning documents. The purpose of this thesis is to describe and analyse how a smart grid is assembled in a Swedish demonstration project. Inspired by Science and Technology Studies (STS), it explores this process through interviews, document studies and participant observation. By combining concepts such as sociotechnical imaginaries, material participation and translations, this study sheds light on the negotiations, tensions and struggles at play in the process of making smart grids functional. This study examines how included and excluded users make sense of the smart grid and of their own role in shaping the future. What imaginaries do the actors involved in the project draw on? What materialities take part in shaping the smart grid, and what user engagements are encouraged? The aim of the study is to seek an enhanced understanding of how smart grids are made, of the different forces that shape this process and, ultimately, of the reality of Swedish households as part of a smart grid in the making. This study shows that making a smart grid functional is not as feasible as the smart grid imaginaries suggest, and it finds potential in user engagements that are suppressed within the current market regime, which is primarily arranged around economic incentives. / Inflytelserika aktörer beskriver smarta elnät som ett sätt att modernisera energisystemet och sjösätter demonstrationsprojekt med uppgift att omforma potentiellt omvälvande visioner till fungerande konfigurationer. Denna avhandling undersöker vilka föreställningar om smarta elnät som implicit förmedlas i svenska strategi- och planeringsdokument, och beskriver och analyserar hur dessa visioner påverkar hur ett smart elnät sätts samman i ett svenskt demonstrationsprojekt. Inspirerad av teknik- och vetenskapsstudier (STS) analyserar avhandlingen denna process med hjälp av intervjuer, dokumentstudier och deltagande observation. Genom att kombinera teoretiska begrepp som sociotekniska föreställningar, materiellt deltagande (material participation) och översättningar, undersöker studien de förhandlingar, spänningar och konflikter som inträffar när smarta elnät blir till. Studien belyser också hur inkluderade och exkluderade användare förstår det smarta elnätet och sin egen roll när det gäller att forma framtiden. Vilka föreställningar om framtiden använder sig de aktörer som är involverade i projektet av? Hur inkluderas olika materialiteter i utformningen av det smarta elnätet och vilka typer av användare uppmuntras av den konfigurering som sätts samman i projektet? Syftet med studien är att nå en djupare förståelse för dels hur smarta elnät blir till och de olika krafter som bidrar till denna process, och dels hur svenska hushåll konstrueras som en del av smarta elnät. Studien visar att det är inte så enkelt att skapa fungerande smarta elnät som föreställningarna gör gällande, och den hittar en outnyttjad potential hos användarna vars deltagande dikteras av marknadsmässiga villkor och ekonomiska incitament snarare än ansvar och delaktighet.

This thesis explores the use of machine learning as a load classifier in a distribution grid based on the daily consumption behaviour of roughly 1600 loads spread throughout the areas Bromma, Hässelby and Vällingby in Stockholm, Sweden. Two common unsupervised learning methods were used for this, K-means clustering and hierarchical agglomerative clustering (HAC), the performance of which was analysed with different input data sets and parameters. K-means and HAC were unfortunately difficult to compare and there were also some difficulties in finding a suitable number of clusters K with the used input data. This issue was resolved by evaluating the clustering outcome with custom loss function MSE-tot that compared created clusters with subsequent assignment of new data. The loss function MSE-tot indicates that K-means is more suitable than HAC in this particular clustering setup. To investigate how the obtained clusters could be used in practice, two K-means clustering models were also used to perform some cluster-specific peak load predictions. These predictions were done using unitless load profiles created from the mean properties of each cluster and dimensioned using load specific parameters. The developed models had a mean relative error of approximately 8-19 % per load, depending on the prediction method and which of the two clustering models that was used. This result is quite promising, especially since deviations above 20 % were not uncommon in previous work. The models gave poor predictions for some clusters, however, which indicates that the models may not be suitable to use on all kinds of load data in its current form. One suggestion for how to further improve the predictions is to add more explanatory variables, for example the temperature dependence. The result of the developed models were also compared to the conventionally used Velander's formula, which makes predictions based on the loads' facility-type and annual electricity consumption. Velander's formula generally performed worse than the developed methods, only reaching a mean relative error of 40-43 % per load. One likely reason for this is that the used database had poor facility label quality, which is essential for obtaining correct constants in Velander's formula.

Transportsektorn står inför en omställning från förbränningsfordon till eldrivna fordon. Detta är en åtgärd för att minska koldioxidutsläppet inom transportsektorn och därmed reducera klimatpåverkan. Syftet med studien är att undersöka hur en ökad effektanvändning i form av elbilsladdning påverkar Gävles lokala elnät samt hur olika laddtekniker påverkar elnätet. Bakgrunden till studien grundar sig att elnätsföretaget vill öka medvetenheten om hur elnätets beredskap ser ut för en ökad elbilsladdning. Att undersöka elbilsladdningens påverkan på elnätet är av stor nytta för elnätsföretaget, men även andra som undersöker elbilsladdnings påverkan i elnätet kan ha användning för studien. Ämnet elbilsladdning är mycket aktuellt och många studier undersöker olika delar som berör elbilsladdning. Tidigare studier undersöker även olika typer av laddtekniker och hur smart laddning minska påverkan i elnätet. Smart laddning kan anpassa elbilsladdningen genom att styra den efter olika styrsignaler och sammankoppla hela elnätet. Denna studie undersöker delar av Gävles lokala elnät genom att simulera befintliga mätvärden lågspänningsnätet samt olika typer av elbilsladdning. Studien analyserar effektanvändningen av befintliga mätdata samt belastningsström och spänningsfall i elnätet med varierande lastprofiler i fyra olika områden. Resultatet för denna studie visar att elbilsladdning påverkar elnätet, vilket beror på vilken typ av laddteknik som används samt dimensioneringen av elnätet. Studien visar att elanvändningen i området idag har effekttoppar på eftermiddag och kväll när kunderna består av villakunder men att effekttoppen kan vara mitt på dagen där det finns industrier. Med elbilsladdning ökar belastningen samt spänningsfallet i nätet och en del av säkringarna i nätet löser ut. Laddning med 11 kW mellan kl. 16:00-19:00 samt laddning med effektvakt på 13,8 kW ger störst belastning och spänningsfall. Laddning utan styrning är den laddteknik som påverkar elnätet mest men laddning med effektvakt orsakar också problem. Laddning med 5,5 kW mellan kl. 23:00-06:00 samt när endast 50% av alla kunder laddar med 11 kW mellan kl. 16:00-19:00 är de scenarion som påverkar elnätet minst. Laddning med en låg effekt under natten när grundlasten är som lägst är den laddteknik som är mest gynnsam för elnätet. Studien visar även att nätet klarar en högre belastning av elbilsladdning inom en snar framtid om endast en del av kunderna i nätet använder elfordon. / The transport sector is facing a transition from combustion engine vehicles to electric vehicles. Through this action the carbon dioxide emissions in the transport sector can be reduced. The purpose of this study is to observe how an increased power use from electric vehicle charging (EVC) affects the local electricity grid in Gävle. The study also addresses how different charging techniques affect the electricity grid. The background of this study is to the increase awareness of the capacity of the electricity grid. There is a need from the electricity grid company to look over the impact on the grid from EVC. This could also be useful for others looking over the impact on the electricity grid from EVC. This is a hot topic and lots of other studies look over the different aspects of EVC. Previous studies also examine different types of charging techniques and how smart charging reduces the negative impact on the electricity grid. Smart charging is a way to adjust the EVC by regulating it after different parameters and connecting the entire electrical grid. This study simulates existing measured values of the low-voltage grid in Gävle and various types of EVC. This study examines the power use of existing measurement data as well as load current and voltage drops in the electricity grid with different load profiles in four different areas. Results from this study shot that EVC affects the electricity grid, to what extent depends on the type of charging technology used and the dimensions of the electricity grid. The study shows that electricity use in the area has power peaks in the afternoon and evening with residential customers, but power peaks tend to be in the middle of the day if there are industries in the area. EVC increase the load on the electricity grid, causes voltage drops and a few fuses in the grid to be triggered. Charging with 11 kW between 16:00-19:00 and charging with a power monitor of 13.8 kW create the greatest voltage drops and highest load on the grid. Charging without means of control affects the electricity grid the most but charging with a power monitor also creates problems. Charging with 5.5 kW between 23:00-06:00 as well as when only 50 % of all customers charge with 11 kW between 16:00-19:00 impacts the grid the least. Charging with low power during the night when the base load is at its lowest is the charging technology that is most favorable for the electricity grid. Results also show that the grid can handle a higher load of EVC in the near future if only some of the customers in the network start using electric vehicles.

This thesis describes the current situation of the electrical grid on a general level and contemporary support policies for residents who feed renewably produced electricity into the grid within a Swedish context. It shows which issues currently exists and suggests a new way to value overproduced renewable electricity which is not self-consumed. This way is called a dynamic price function (DPF), and this thesis models, simulates and analyzes the DPF in order to create an economic incentive to support the balance of the electrical grid – one of its most important parameters. The suggested DPF could potentially work with any renewable source in any area, but the focus in this thesis has been on solar power-systems for households in local areas. While the currently support policies, which uses static models to value overproduced renewable electricity, have created important incentives for the initial penetration of solar power among local residents they do not scale well as the share of renewable production on a local level increase. This might cause negative impacts on the electrical grid. The thesis’ results show that by designing the DPF in certain ways it is possible to create an economic incentive for different behaviors. The most promising design incorporates three different incentives at the same time and they are: 1) to incentivize the initial penetration of solar power in local areas which do not have any production, 2) to incentivize a higher share of solar power, but not too high, and 3) to procure storage possibilities for overproduced electricity. These incentives do not only encourage a more even geographical distribution of solar power, but also allow for a higher share of solar power in the energy system without risking the balance of the grid.