For an energy efficient current transmission, high demands are set on the construction of transformers. One of the more significant parts is the winding that constitutes the core of the transformer. In order to secure a high quality and reduced loss of energy, companies therefore work actively with decreasing possible sources of error in order to gain better control over the processes.The thesis is an investigative feasibility study with the purpose to examine the possibility to implement amore reliable brake system in a wire winding process aswell as creating documents with possible solutions for how the feeding of wire can be controlled.In the study are first and foremost qualitative methods for data collection used. These partly consist of an interview study with employees, observations from the industry and a literature review aswell as a market study. The methods are chosen to give a broad description of how the process function and what other solutions can be applicable to be used in a final conceptual solution proposal.From the interview study, the needs and requirements were summarized into a list of selection criterias. These criterias were weighted and then used to select one of the concepts for further development. The final solution presented two different proposals for brake types depending on whether the company wants to use a pneumatic or electric brake system. Further in the development, suggestions are given on how the brakes could be controlled. The aim of this point is to be able to create a higher reliability in the regulation of the system's brake pressure and allow the operator to do this from the front of the workstation. / För en energieffektiv strömöverföring ställs det höga krav på konstruktionen av transformatorer. En betydelsefull faktor är de lindningar som utgör kärnan på transformatorn. För att kunna säkerställa en hög kvalitet och minskad energiförlust arbetar företagen aktivt med att minimera möjliga felkällor för att få bättre kontroll över processerna.Rapporten har strukturen av en undersökande förstudie där syftet är att undersöka möjligheten att implementera ett mer pålitligt bromssystem i en trådlindningsprocess samt skapa underlag för möjliga lösningar över hur trådmatningen kan regleras.Som grund används framför allt kvalitativa datainsamlingsmetoder. Dessa utgörs dels av en intervjustudie med anställda, observationer av verksamheten och processen, dels en litteratur- ochmarknadsundersökning. Metoderna används för att få en bred uppfattning av den process som undersöks samt vilka andra lösningar som kan vara tillämpbara för att slutligen användas som underlag till konceptuella lösningsförslag.Från intervjustudien sammanfattade de behov och krav som finns till en lista med urvalskriterier. Dessa kriterier viktades varpå de användes för att välja ett av koncepten för vidare utveckling och förtydligande. I det slutgiltiga lösningsförslaget presenterades två olika förslag på bromstyper beroende på om företaget vill utnyttja ett pneumatiskt eller elektriskt bromssystem. I nästa steg av utvecklingen ges förslag på hur styrning av bromsarna skulle kunna ske. Målet med denna punkt är kunna skapa en högre pålitlighet i regleringen av systemets bromstryck samt tillåta operatören att göra detta framifrån arbetsstationen.

HVDC technologies are very effective on long distance power transmission but generally raise large interrogations as how to determine an effective configuration. This thesis propose part of an optimization process in order to determine an optimal configuration for an HVDC installation, emphasizing in this report the impact of the conductor selection and of the filter design.  The conductor selection, including varying voltages raises concern about the knowledge of the energy cost evolution in order to determine its optimum and a sensitivity analysis is proposed to evaluate the impact of this factor on the final design. The conductor selection approach made it possible to determine the key parameters in choosing a conductor which are the radius and number of conductors. Different types of conductors and configurations were compared with different scenari for energy cost in order to determine the most economical conductor.  Filter design is a matter that concerns both the internal components and the AC components of the HVDC station but can also be considered as an optimization process, considering the total losses of the filters and the total harmonic distortion and using a minimax approach.  The optimization approach, based on a Newton-Raphson algorithm, made it possible to determine an optimal combination of filters in order to account for all the power range in the HVDC link. It was observed that even though the actual choice for the design was close to the final design selected, it was not optimal for low power harmonics. / HVDC är en mycket effektiv teknik för kraftöverföring av elektrisk energi på långa avstånd, men ställer generellt stora krav på hur man genomför en effektiv konfiguration. Denna avhandling föreslår en del av en optimeringsprocess för att bestämma en optimal konfiguration för en HVDC-anläggning. Det som betonas i denna rapport är effekterna av val av ledare och design av filter. Ledarvalet, inklusive val av spänning, kräver en prognostisering av energikostnadernasutvecklingen för att optimera designen och göra en känslighetsanalys för att utvärdera effekterna av dessa faktorer på den slutliga utformningen. Tillvägagångssättet för ledarval gjorde det möjligt att fastställa de viktigaste parametrarna att välja en ledare som är radien och antal delledare. Olika typer av ledare och konfigurationer jämfördes med olika scenario för energikostnaden för att bestämma denmest ekonomiska ledaren. Filterdesignen är en fråga som berör både de inre komponenterna och AC komponenter i HVDC-stationen, men kan också betraktas som en optimeringsprocess, med avseende på de totala förlusterna av filtren och total harmonisk distorsion och med hjälp av en minimax tillvägagångssätt. Optimeringsstrategin som bygger på en Newton-Raphsons algoritm, gjorde det möjligt att fastställa en optimal kombination av filter för att ta hänsyn till alla effektområden i HVDC-förbindelsen. Det observerades att även om det faktiska valet för konstruktionen var nära den slutliga utformning som valdes, så var den inte optimala för låga  övertoner.

“High voltage direct current” (HVDC) teknologi har blivit allt viktigare teknik för att integrera förnybara energikällor i elnätet. För att styra ett sådant elsystem på bästa möjliga sätt krävs optimala kontrollstatergier både för omvandlarna och nätet. Så syftet med detta projekt är att undersöka hur olika regleringsmetoder, såsom centraliseradoch distribuerad spänningskontroll, kan påverka driften i ett 4-terminal HVDC-system. Ett optimalt effektflöde uppstår i systemet endast när likspänningen inte avviker från sitt börvärde och det uppnås genom att ha aktiv effekt regulator i varje nod i nätet. Olika scenarier som ändring av effektens börvärde och omvandlaravbrott har simulerats med hjälp av HIL-processen i realtid. Simuleringarna hjälper till att analysera hur väl dem implementerade regleringsmetoder i nodernas regulatorer hantera dessa förändringar. Resultatet ger bevis på att både centraliseradoch distruebued metoden har positiva och negativa aspekter. Fördelen med centraliserade metoden är att den ger en väldefinierad operationspunkt men den hanterar den inte svåra transienter (tex. avbrott) vilket distribuerade metoden gör.

The aim of the present thesis is to improve and optimize a Thomson coil based actuatorfor medium voltage vacuum interrupters. The Thomson coil based actuator’s concept isdiscussed. The thesis presents analytical as well as finite element models of the actuatoralong with a comparison of their results. Several experimental setups have been built forthis degree project and they are described in the thesis. Measurements from these setupsare also compared to simulation results. The thesis concludes by drawing conclusionsfrom the compared results and proposes possible directions for additional work in thenear future. / Målsättningen för denna uppsats är att förbättra och optimera en aktuator för mellanspänningsvakuumbrytare baserad på en Thomsonspole. Aktuatorkonceptet analyserasoch diskuteras. Uppsatsen presenterar analytiska modeller såväl som numeriska modellerför FEM av aktuatorn, samt jämförelser av resultaten från simuleringar gjorda av dessa.Flera experimentuppställningar har byggts under detta examensprojekt och beskrivs idenna uppsatsen. Mätningar från dessa uppställningar jämförs också med resultaten frånsimuleringarna. Uppsatsen drar slutligen slutsatser utifrån resultaten och föreslår möjligavägar för ytterligare arbete på området inom en snar framtid.

Meshed high-voltage direct current grids are becoming an increasingly important technology for integrating renewable energies into the power system. To control the grids in the best possible way, optimal converter and grid control strategies are needed. This project studies how a four-terminal high-voltage direct current grid is operated and controlled by implementing different grid and converter control strategies. The grid control strategies examined are centralized voltage control and distributed voltage control with and without deadband. Simulations are made in the software PSCAD. Different fault types on the grid are studied to investigate how the power flow and voltage level are affected. An optimal value for both the deadband width and droop constant has been identified. Moreover, the results indicate that centralized droop control is not a suitable grid control strategy, whereas distributed voltage control with and without deadband are. The fault study indicates no differences between distributed voltage control with and without deadband. The power flow and voltage levels are identical for all fault types. / Högspända likströmsnät spelar en allt större roll med att integrera förnyelsebar energi i våra elnät. För att styra dessa nät på bästa möjliga sätt krävs optimala omvandlar- och nätkontrollstrategier. I detta projekt studeras hur ett fyrterminalt högspänt likströmsnät kan styras och drivas genom att implementera olika omvandlar- och nätkontrollstrategier. De nätkontrollstrategier som studerats är centraliserad spänningskontroll och distribuerad spänningskontroll med och utan ett spänningsintervall. Alla simuleringar har utförts i programmet PSCAD. Olika fel i nätet har även studerats för att undersöka hur effektflödet och spänningsnivån påverkas. Ett optimalt värde på både spänningsintervallet och droop konstanten har identifierats. Dessutom har resultat som indikerar att centraliserad spänningskontroll inte är en lämplig nätkontrollstrategi erhållits, medan distribuerad spänningskontroll med och utan spänningsintervall är det. Felsimuleringarna påvisar ingen skillnad mellan distribuerad spänningskontroll med och utan spänningsintervall. Effektflödet och spänningsnivån är identiska för alla fel.

It is anticipated that massive amounts of energy will be transferred long distances via High-Voltage Direct Current (HVDC) links in the future and the prospect of having meshed HVDC grids is envisioned, for example the European super grid. Such a power system would benefit greatly if HVDC circuit breakers could reliably clear faults within the HVDC network. Different ways to break large direct currents have been proposed throughout the years and one distinguished concept is based on generating an artificial zero-crossing of the current and pass it through a mechanical interrupter as it opens. This concept is implemented in the Voltage-Source Converter Assisted Resonant Current (VARC) circuit breakers developed at Scibreak which require auxiliary power from an off-line supply unit to energize their electronic equipment. This thesis continuous and builds on research previously carried out at Scibreak on a special Auxiliary Power Supply (APS) concept for 525 kV HVDC applications. In essence, it is a unique modularized high-frequency transformer whose power transfer and voltage withstand capabilities are the cornerstones of its design. The APS must supply an adequate amount of power to drive the VARC circuit breakers with preferably high efficiency while also fulfilling the considerable insulation demands of HVDC grids. A feasibility study of this APS concept was carried out by building a parametric 3D model in the Finite Element Analysis (FEA) software Ansys Maxwell which includes all parts that affect both its magnetic and electrical properties. The initial model reproduced experimental results from a magnetic APS prototype and was then used to explore a plethora of different geometries and materials with regards to its magnetic and dielectric designs. Specific design candidates were selected for more in-depth analysis and experimental work. All obtained results together with knowledge of commercially available materials show that the APS holds great promise to meet the necessary design criteria for its HVDC applications. Its dielectric design is well suited to continuously handle an operating voltage of 525 kV DC, meet the required impulse voltage levels of the grid and properly shield the magnetic structure. It is expected to have a long life time where the design criterion was always 30 years in this work. Moreover, its magnetic design is anticipated to supply a few kW of active power with efficiencies between 80 to 95 percent and manage a continuous operating time of 5 min. Both design aspects are interchangeable to a decent extent in order to cope with one another and produce a compromised design. / Det förväntas att enorma mängder energi kommer överföras långa sträckor med Högspänd Likström (HVDC) i framtiden och blivande HVDC-nät håller på att föreställas, till exempel det europeiska superelnätet. Ett sådant kraftsystem skulle ha stor nytta av HVDC-brytare som tillförlitligt kan bryta felströmmar inom HVDC-nätet. Olika sätt att bryta stora likströmmar har föreslagits med åren och ett distinkt koncept bygger på att generera en artificiell nollgenomgång av strömmen och föra den genom en mekanisk brytarkammare när den öppnas. Detta koncept är implementerat i de så kallade VARC-strömbrytarna som utvecklas hos Scibreak, vilka kräver hjälpmatning av effekt från en extern försörjningsenhet för att driva deras elektroniska utrustning. Denna avhandling fortsätter och bygger vidare på forskning som tidigare utförts hos Scibreak på ett speciellt Hjälpmatningskoncept (APS) för 525 kV HVDC-tillämpningar. I huvudsak är det en unik modulariserad högfrekvenstransformator vars kraftöverföring och spänningståligheter är huvudfokusen i dess design. Hjälpmatningen måste kunna leverera en tillräcklig mängd effekt för att driva VARC-brytarna med företrädesvis hög verkningsgrad, samtidigt som den ska uppfylla de betydande isolationskraven för HVDC-nät. En genomförbarhetsstudie av detta APS-koncept gjordes genom att bygga en parametrisk 3D modell i Finita Elementmetodsprogramvaran (FEM) Ansys Maxwell som inkluderar alla delar som påverkar både dess magnetiska och elektriska egenskaper. Den initiala modellen reproducerade experimentella resultat från en magnetisk APS-prototyp och användes sedan för att utforska en uppsjö av olika geometrier och material med avseende på dess magnetiska och dielektriska konstruktioner. Specifika designkandidater valdes ut för mer djupgående analys och experimentiellt arbete. Alla erhållna resultat tillsammans med kunskap om kommersiellt tillgängliga material visar att APS:n har stora möjligheter att uppfylla alla nödvändiga kriterier för sina HVDC-tillämpningar. Dess dielektriska design är väl lämpad för att kontinuerligt hantera en driftspänning på 525 kV DC, möta de erforderliga stötspänningståligheterna i nätet och ordentligt skydda den magnetiska strukturen. Den förväntas ha en lång livstid där designkriteriet alltid var 30 år i detta arbete. Dessutom förväntas dess magnetiska design leverera några kW aktiv effekt med verkningsgrader mellan 80 till 95 procent och klara en kontinuerlig drifttid på 5 min. Båda designaspekterna kan justeras i en någorlunda utsträckning för möta de krav som ställs från varandra och producera en kompromissad design.

Transformers emit a characteristic humming noise due to magnetostriction which is the continuous change in dimensions during magnetization. The noise is amplified if the induced frequencies match the core’s natural frequencies, consequently avoiding geometries that create resonance is critical in order to fulfill customer sound level requirements. In this thesis, a high voltage direct current transformer core with two main limbs and two return limbs is studied. Using finite element analysis (FEA), the core can be modeled and analyzed in a computer environment. The main contributors of noise are the first bending and longitudinal resonance modes. Data for how these modes change with geometric alterations is collected and stored through parametric studies. An analytical expression is then constructed through Rayleigh’s energy method with added coefficients that can be correlated to FEA datasets achieving a verified model via data-fitting. A satisfactory model is created for both resonance modes. / Transformatorer avger ett karaktäristiskt surrande ljud. Ljudet uppkommer på grund av magnetostriktion vilket är förändringar i geometri som uppkommer då kärnan kontinuerligt magnetiseras. Ljudet förstärks om induktionsfrekvenserna matchar kärnans naturliga frekvenser, så att undvika kärngeometrier som skapar resonans är viktigt för att klara ljudnivåkrav som kunden har. I denna studie betraktas resonansfenomenet i en högspänningstransformator för likström (HVDC) med två lindade ben och två sidoben. Med avstamp i en finita elementanalys (FEA) kan kärnan modelleras och analyseras i en datormiljö. Data för hur resonansmoderna som bidrar mest till ljud förändras med förändringar av geometriska parametrar samlas genom parametriska studier. I detta fall analyseras de första böj- och longitudinella resonansmoderna. Ett analytiskt uttryck skapas sedan med hjälp av Rayleigh’s energimetod där coefficienter anpassas efter FEA-datan. Detta leder slutligen till en verifierad modell som fungerar väl för uppskattning av de båda relevanta resonansmoderna.

No description available.

This thesis develops the dynamic phasor model of a line-commutated converter (LCC) high-voltage direct current (HVDC) transmission system. The mathematical definition and properties of dynamic phasors are utilized to model both the dc-side and the ac-side of a LCC-HVDC transmission system as well as 6-pulse Graetz bridge, which is the building block of such a system. The developed model includes low-frequency dynamics of the systems, i.e., fundamental frequency component (50 Hz) at the ac-side and dc component at the dc-side, and removes high-frequency transients. The developed model, however, is capable of accommodating higher harmonics if necessary. The model is also able to simulate the system during abnormal modes of operations such as unbalanced operation and commutation failure. In order to develop the dynamic phasor model of a line-commutated converter, the concept of switching functions is utilized. The developed model is capable of capturing large-signal transients of the system as well as steady state operating conditions. The model can be used in order to decrease the computational intensity of LCC-HVDC simulations. The developed model in this thesis enables the user to consider each harmonic component individually; this selective view of the components of the system response is not possible to achieve in conventional electromagnetic transient simulations. / October 2016

Offshore wind power is attracting increasing levels of research and investment. The use of HVDC transmission and the development of DC grids are topics with similar high levels of interest that go hand in hand with the development of large scale, far from shore wind farms. Despite increased capital cost of some components, DC power transmission can have significant advantages over AC transmission, in particular in the offshore environment. These advantages are well established for large scale, long distance point to point transmission. This thesis assesses the suitability of a multi-terminal DC power collection network, with short cables and relatively small amounts of power, addresses a number of the technical challenges in realising such a network and shows methods for overall system cost reduction. Technical and modelling challenges result from the interaction between power electronic DC-DC converters and the cables in a DC transmission network. In particular, the propagation of the ripple current in bipole DC transmission cables constructed with a metallic sheath and armour is examined in detail. The finite element method is used to predict the response of the cable to the ripple current produced by the converters. These results are used along with wave propagation theory to demonstrate that cable design plays a crucial role in the behaviour of the DC system. The frequency dependent cable models are then integrated with time domain DC-DC converter models. The work in the thesis is, broadly, in two parts. First, it is demonstrated that care and accuracy are required in modelling the cables in the DC transmission system and appropriate models are implemented and validated. Second, these models are combined with DC-DC converter models and used to demonstrate the practicality of the DC grid, make design recommendations and assess its suitability when compared with alternative approaches (e.g. AC collection and/or transmission).