At the Division of Electricity at Uppsala University there is an experimental rig for hydroelectric generators. The experimental rig’s vital part is a 12-pole synchronous machine, whose electrical characterizing parameters (resistances, inductances and time constants) are unknown. The aim of this thesis is to characterize the machine in its current state by perform a Standstill Frequency Response (SSFR) test. From the analysis of the measurement data, which is a part of the test, a set of basic parameters have been received. Based on this set of basic parameters a mathematical model has been matched to fit the measurement data so that the last unknown parameters could be obtained. The result of the analysis and fit gave a set of parameters. The set of parameters resulted in a more or less good fit to the measurement data. It has been shown that even though the parameters are based on the generator itself it does not necessarily give the best fit. As a verification of the parameters, which has been received from the test, further work is needed by implementing the parameters into a dynamic model and then compare that model with measured responses from electrical or mechanical interference of the generator.

Detta arbete har bestått i att utveckla en mobil förnyelsebar energikälla för hjälparbetare och expeditioner. Efter kontakt med Läkare Utan Gränsers internationella avdelning för logistik framkom att organisationen vid fältarbete saknar en pålitlig energikälla för att tillgodose sitt basbehov av el. Resultatet är en vattendriven elgenerator som alstrar ström från forsande vatten i floder och bäckar. De största fördelarna är mobiliteten, den enkla och snabba installationen och kontinuiteten i elproduktion. / Examensarbete Industridesign kandidatrapport

Detta projekt har utförts som examinerande moment i kursen: examensarbete för högskoleingenjörsexamen i innovationsteknik och design, MSGC12, 22,5 hp. Projektet inleddes och utfördes av Hampus Deljerud med hjälp av Invencon AB. Handledare på universitetet var Monica Jakobsson, och examinator i kursen var professor Leo de Vin. Ett problem har identifierats att ägare av fritidsfordon har svårt att tillgodose sitt behov av hushållsel under vintern. Under projektet har en rad marknadsundersökningar genomförts där behovet och existerande lösningar har undersökts. Enkäter och andra undersökningsmetoder resulterade i att över hundra respondenter tog sin tid och visade intresse för att svara på frågor och delta i omröstningar. När problemet hade fastställts gjordes en projektplan för att klargöra mål, avgränsningar, milstolpar och deadlines. Detta kompletterades även med riskanalyser i försök att eliminera eventuella fallgropar.  Utifrån litteraturstudier och marknadsundersökningar sammanställdes alla krav i en kravspecifikation. Kravspecifikationen användes för att se till att alla nya koncept uppfyllde alla krav. Idégenereringar utfördes digitalt med hjälp av tre olika grupper över videosamtal. Alla deltagare fick möjlighet att dela sina tankar och idéer direkt över nätet via Google drive. Tjugoen koncept togs fram och sållades ned till fem potentiella lösningar som tillgodosåg de krav som ställdes i kravspecifikationen.   Ett Exceldokument togs fram där väderdata från SMHI användes i en beräkningskalkyl för att hitta den bästa lösningen på grundproblemet. Den bästa lösningen visade sig vara en kombination av energisystem där en del av systemet består av ett hopfällbart vindkraftverk. Vindkraftverkets fällmekanism tar hjälp av generatorn i kraftverket och vajrar. Genom tillämpning av existerande mekanik i dagens vindkraftverk görs konstruktionen med färre delar och resulterar i en lösning som bedöms vara gynnsam ur ett ekonomiskt perspektiv.

This report highlights the market for synchronous machines and examines the current situation. Today, the world demands higher volumes of electrical power that is cleaner, more efficient and generated from fossil-free sources. This increases the importance of using efficient and modern that minimise energy losses. A synchronous machine is an electric motor or generator with high efficiency. There is a need for up-to-date knowledge about the current market situation for manufacturers to keep pace with the requirements and regulations, while also satisfying their customer needs. This study investigates the main trends, identifies different manufacturers in different market segments, as well as what type of added value these companies offer to their customers. Data collection combined with a series of interviews have been conducted to understand the current market situation and draw conclusions using models appropriate for the aim of the study. Our findings show that, in many cases, the machines themselves are very similar with only minor variations. The greatest differentiation lies in what additional value manufacturers offer beyond the product itself. This added value is where the markets great opportunities for development lies. This report will thus provide a new and effective way of analysing a market by considering what a company can offer beyond its products, while also incorporating the unique aspects of what their products actually provide. / Denna rapport belyser marknaden för synkronmaskiner och hur den nuvarande situationen ser ut. Idag kräver världen högre volymer av elektrisk kraft, renare kraft och effektivare kraft framställd från fossilfria källor. Detta leder till en ökad vikt av att använda effektiva och moderna motorer som minskar onödiga energiförluster. En synkronmaskin är en elektrisk motor eller generator med hög effektivitet. Det finns ett behov av ny kunskap om den aktuella situationen på marknaden för att tillverkare ska kunna hålla jämna steg med kraven, regleringarna och samtidigt tillfredsställa sina kunders behov. Den här studien undersöker de främsta trenderna, vilka tillverkare som är i vilka typer av marknader, samt vad för värdeerbjudanden företagen erbjuder sina kunder. En datainsamling i kombination med en serie intervjuer har genomförts för att förstå den nuvarande marknadssituationen samt för att dra slutsatser med hjälp av modeller anpassade för denna studie. Våra resultat visar att i många fall är maskinerna mycket lika varandra med endast små variationer. Den största skillnaden ligger i vad mer tillverkare kan erbjuda utöver själva produkten, d.v.s. i deras värdeerbjudanden. Marknadens största utvecklingsmöjligheter ligger inom vilket mervärde ett företag kan erbjuda sina kunder. Denna rapport kommer därmed bidra med ett nytt och effektivt sätt att läsa av en marknad, som både tar hänsyn till vad företaget kan erbjuda utöver sina produkter samt de unika aspekterna gällande vilka mervärden deras produkter faktiskt genererar.

The maximum length of an high voltage underground cable (HV UGC) cable is oftenconstrained by the criterion that the cable cannot have more than 50% reactivepower compensation. If this limit is exceeded the current in the circuit breaker maynot have a zero crossing after energization, which is referred to as the zero missingphenomenon. This is problematic if a fault occur shortly after energization. Inthe past 10 years, different methods have been proposed which would allow greaterreactive power compensation. These methods either prevent the zero missing phenomenon(preventive methods) or provide a way to open the circuit breaker if afault occurs (handling methods).A new 200 km, 220 kV line has been proposed in Iceland referred to as Sprengisandslína.One proposed option is to build it as an OHL-UGC-OHL line as the voltagecriteria is not fulfilled if Sprengisandslína is built as an UGC with a 50% reactivepower compensation. The aim of this thesis is to see whether the zero missing phenomenoncan be avoided by implementing countermeasures - this gives a preliminaryresults whether Sprengisandslína can be built as an UGC. In this thesis the four differentpreventive methods are analyzed with a transient study for Sprengisandslína:(1) Pre-insertion resistor, (2) simultaneous synchronized switching, (3) synchronizedswitching where the cable is energized before the shunt reactor, and (4) synchronizedswitching where the shunt reactor is energized before the cable.Preliminary steady state studies were performed to determine the minimum numberof shunt reactors needed to fulfill the voltage criteria. The results showed thatthe minimum number needed were three assuming they are all of equal size locatedevenly along the cable (one at each end and one in the middle). Additionally, it isnecessary to see whether the generators would become underexcited if the cable isiiienergized with 100% reactive power compensation as it can reduce the lifetime ofthe generators. The results showed that the generators did not become underexcited.The countermeasure of synchronized switching where the shunt reactor is energizedbefore the cable and the countermeasure of simultaneous synchronized switchingwere shown to eliminate the zero-missing phenomenon when the cable was energizedwith 100% reactive power compensation. Synchronized switching where theshunt reactor is energized before the cable was seen to have lower switching overvoltages,21% higher than the nominal value, and the lower inrush current of 2.38kA. However, the method of simultaneous synchronized switching is cheaper andthe switching overvoltages and inrush current were within an acceptable margin(switching overvoltages were 35:9% higher than the nominal value and the inrushcurrent was 4.01 kA).The results of the study indicate that Sprengisandslína can be energized as an UGCwith 100% reactive power compensation if either the countermeasure of simultaneoussynchronized switching or synchronized switching where the shunt reactor isenergized before the cable are used. However, a detailed frequency study must beperformed before either of the countermeasures can be recommended. / Högsta längden på en högspänning underjordisk kabel begränsas ofta av de kriteriersom kabeln inte kan ha mer än 50% reaktiv effektkompensation. Om denna gränsöverskrids kan strömmen i strömbrytaren inte ha noll genomgang efter aktivering,kallad noll saknad fenomen. Detta är problematiskt om ett fel inträffar strax efteraktivering. Under de senaste 10 åren har olika metoder föreslagits, vilket skullemöjliggöra större reaktiv effektkompensation. Dessa metoder hindrar antingen detnollbristande fenomenet (förebyggande metoder) eller ger ett sätt att öppna strömbrytarenom ett fel uppstår (hanteringsmetoder).En ny 200 km, 220 kV linje har föreslagits på Island kallad Sprengisandslína. Ettföreslaget alternativ för att den här linjen ska byggas är att bygga den som en OHLUGC-OHL-linje, eftersom spänningskriterierna inte är uppfyllda om Sprengisandslínaär byggt som en UGC med en 50% reaktiv effektkompensation. Syftet meddenna avhandling är att se huruvida det saknade fenomenet kan undvikas genomatt genomföra motåtgärder - detta ger ett preliminärt resultat om Sprengisandslínakan byggas som en UGC. I denna avhandling analyseras de fyra olika förebyggandemetoderna med en övergående studie för Sprengisandslína: (1) Förinsättningsresistor,(2) Synkroniserad samtidigkoppling, (3) Synkroniserad inkoppling där kabelnaktiveras före shuntreaktorn och (4) ) synkroniserad inkoppling där shuntreaktornaktiveras före kabeln.Preliminära steady state studier utförs för att bestämma det minsta antalet shuntreaktorersom behövs för att uppfylla spänningskriterierna. Resultaten visade att detminsta antalet som behövdes var tre förutsatt att de alla är lika stora som liggerjämnt längs kabeln (en i varje ände och en i mitten). Dessutom är det nödvändigtatt se om generatorer skulle bli underexiterad om kabeln är energiserad med 100%iiiivreaktiva effektkompensation eftersom det kan minska generatorns livslängd. Resultatenvisade att generatorer inte blev underexiterad.Motståndet för synkroniserad omkoppling där shuntreaktorn aktiveras före kabelnoch motmätningen av samtidig synkroniserad omkoppling visades för att elimineradet nollmissande fenomenet när kabeln aktiverades med 100% reaktiv effektkompensation.Synkroniserad omkoppling där shuntreaktorn aktiveras innan kabeln visadesig ha lägre omkopplingsvolymer, 21% högre än nominellt värde och den lägre inbrusningsströmmenpå 2,38 kA. Metoden för samtidig synkroniserad omkopplingär emellertid billigare och omkopplingsvolymen och inströmmen var inom en acceptabelmarginal (omkopplingsvolymer var 35; 9% högre än nominellt värde ochinströmningsströmmen var 4,01 kA).De resultaten av studien indikerar att Sprengisandslína kan energiseras som en UGCmed 100% reaktiv effektkompensation om antingen motspelet av samtidig synkroniseradomkoppling eller synkroniserad omkoppling där shuntreaktorn aktiveras innankabeln installeras. En detaljerad frekvensstudie måste dock utföras innan någon avmotåtgärderna kan rekommenderas.

The modern power system is aiming to progress away from conventional synchronous machine  based power generation towards converter dominated system that leads to extensively high penetration of renewable energy such as wind and PV. This transition of modern power system toward converter based renewable energy comes with new challenges as the conventional synchronous generation is being replaced by converter based power system (CBPS). The converter is commonly interfaced to the power system with Phase Locked Loop (PLL) technique to synchronize the converter with the grid voltage angle and inject the current at the right angle. Therefore, this approach is called grid- ­following converter; this type of configuration of converters may lead to some power system instabilities (e.g., voltage instability, frequency instability, synchronous and sub­synchronous instabilities). In order to overcome the limitation of the grid-­following converters, another converter control concept become present in the literature as a grid-­forming converter where the synchronizing method to the grid eliminates the need for PLL .In this thesis, a grid- ­forming controlled power converter is implemented with an energy storage system to emulate the inertia of the synchronous generator through the VSM control concept. An electromagnetic transient (EMT) simulation has been modeled in the PSCAD simulation environment. The model is the well­known four-­machine two-­area power system. The model has been tested by incrementally replacing the synchronous machines with wind farms connected through power converters; this weakens the grid and may lead to frequency instability during a disturbing event. An Energy Storage System (ESS) has been implemented and added to the system to mitigate the loss of the kinetic energy of the rotating masses of the synchronous generators. The ESS is integrated with a grid-­forming converter that is controlled to mimic the dynamic behavior of a synchronous generator. Thus, the ESS is synchronized to the system based on the swing equation of the synchronous generator. The results show significant improvements in the frequency stability of the system under study. / Det moderna energisystemet har som mål att bortgå från den konventionella synkronmaskinbaserade energiförsörjning mot ett konverteringsdominerat system som leder till  en mycket hög penetration av förnybar energi, som tillexempel vind och solenergi. Den här övergången av modernt energisystem mot konverteringsbaserad förnybar energi medför nya utmaningar i och med att konventionell synkrongenerering byts ut mot konverterarbaserat energisystem (Converter Based Power System, CBPS) . Konverteraren är ofta integrerad i energisystemet via Phase Locked Loop ­teknik (PLL) för att synkronisera konverteraren med kraftnätets spänningsvinkel och injicera strömmen i rätt vinkel. Det här tillvägagångssättet kallas därför för nätföljande konvertering; denna typ av konfiguration av konverterare kan leda till instabilitet i energisystemet (t.ex. instabil elektrisk spänning, frekvensinstabilitet, synkron och sub- ­synkron instabilitet). För att hantera begränsningarna som nätföljande konverterare träder ett koncept om ytterligare en konverteringskontroll fram i litteratur, i form av en nätformande konverterare där synkroniseringsmetoden i nätet eliminerar behovet av PLL.I denna avhandling implementeras en nätformande konverterare med ett energiförvaringssystem för att emulera trögheten i synkrongeneratorn genom VSM-­styrkonceptet. En elektromagnetisk transientsimulering (EMT) har modellerats i simuleringsmiljön PSCAD. Modellen är det välkända energisystemet med fyra maskiner och två områden. Modellen har testats genom att stegvis byta ut synkronmaskinerna med vindkraftverk anslutna genom energikonverterare; detta gör nätet svagare och kan leda till frekvensinstabilitet vid en störande händelse. Ett energiförvaringssystem (Energy Storage System, ESS) har implementerats och kopplats till systemet för att mildra förlusten av kinetisk energi i de roterande massorna hos synkrongeneratorerna. Energiförvaringssystemet ESS är integrerat med en nätformande konverterare som styrs för att härma det dynamiska uppförandet av en synkrongenerator. Således är ESS synkroniserat med systemet baserat påsynkrongeneratorns svängekvation. Resultaten visar betydelsefulla förbättringar av frekvensstabiliteten i systemet under studien.

This thesis explores the viability of various energy harvesting technologies for powering micro-scale IoT devices in outdoor environments, specifically for products developed by Thule Sweden AB. Through a comprehensive literature review and experimental testing, we evaluated the performance of solar panels and piezoelectric systems to identify sustainable power solutions that could replace or reduce dependence on traditional battery power. Our methodology involved controlled laboratory tests and real-world applications on car roof boxes and bike trailers to assess the technologies under practical conditions. The experiments aimed to achieve a minimum daily energy output of 20 Joules. This target was chosen with reference to the energy consumption data of a specific IoT device used by Thule. The results demonstrated that while both solar and piezoelectric technologies have their possibilities and limitations, they hold promise for integration into IoT applications, offering a step towards more sustainable product designs. These findings contribute to a broader understanding of energy harvesting’s potential to reduce environmental impact and enhance the self-sufficiency of energy production in outdoor IoT applications. / Denna avhandling undersöker genomförbarheten av olika teknologier för energiutvinning för att driva mikroskaliga IoT-enheter i utomhusmiljöer, specifikt för produkter utvecklade av Thule Sweden AB. Genom en omfattande litteraturöversikt och experimentella tester utvärderade vi prestandan hos solpaneler och piezoelektriska system i syfte att identifiera hållbara energilösningar som kunde ersätta eller minska beroendet av traditionella batterier. Vår metodik inkluderade både kontrollerade laboratorietester och praktiska tillämpningar på takboxar och cykelkärror för att bedöma teknologierna under praktiska förhållanden. Experimenten syftade till att uppnå en minsta daglig energiproduktion på 20 joule. Detta mål baseras på energiförbrukningsdata från en specifik IoT-enhet som används av Thule. Resultaten visade att även om både sol- och piezoelektriska teknologier har sina fördelar och begränsningar, har de potential för integration i IoT-applikationer, vilket erbjuder ett steg mot mer hållbara produktdesigner. Dessa fynd bidrar till en bredare förståelse för energiutvinningens potential att minska miljöpåverkan och förbättra självförsörjningen av energiproduktion för IoT-applikationer utomhus.