The purpose of this thesis report is to investigate challenges related to railway electrification. Inac-railway systems, trains are most often single-phase loads, which can create significantunbalances in the grid, when fed directly from two adjacent phases. To enhance power quality atthe railway feeding point, one alternative is to design the system such as the power is fed to thecatenary through Static Frequency Converters (SFCs), which can be a costly solution. Anotheroption is to use Static Compensators (STATCOMs) in shunt connections, handling only theunbalanced amount of power, in order to symmetrize the railway load as seen from the grid side.Modular multilevel converters (MMCs) are the state of the art solutions for medium- and highvoltage/power converter applications, such as load balancing and reactive-power compensation.This project will focus on analyzing Modular Multilevel Converter (MMC) topologies to be usedas load balancers in railway systems. However, the specific requirements of this application reveala potential weakness of MMCs. That is the asymmetrical character of the load may require muchhigher device rating in an MMC compared to a conventional converter, due to the symmetrizingcomponents to rebalance the capacitor voltages in the submodules.This project analyzes a reduced MMC-based topology with only two branches in order to meet therailway load-balancing characteristics. This chain-link compensator uses dc-dc converters tofacilitate power channels in order to restore the power imbalance, without overrating thesemiconductors in the main current path. / Syftet med detta examensarbete är att studera de svårigheter som elektrifierade järnvägar står inför.När systemet utgörs av växelström kan tågen ses som en enfas last, vilket kan skapa avsevärdaobalanser i nätet då det matas från två intilliggande faser. En alternativ systemdesign för att uppnåen god effekt leverans uppnås då effekten är matad till kontaktledningen genom statiska frekvensomräknare (SFCs), detta kan dock vara en kostsam lösning. Ett annat alternativ är att användastatisk shunt kompensation (STATCOMs) som selektivt kan hantera den obalanserade effekten föratt uppnå symmetri och balans i järnvägslasten, sett från nätets sida.Modulära multiomriktare (MMCs) är en ledande teknik för omriktare till applikationer på mellanochhögspännings nivå, till exempel för lastbalans och reaktiv kompensering. Detta projektanalyserar modulära multiomriktare för lastbalansering i järnvägssystem. Kraven för dennaapplikation leder till en potentiell svaghet i MMCs där den asymmetriska karaktären på lastenkräver högre märkeffekt jämfört med konventionella omriktare. Detta på grund av de komponentersom återskapar symmetri och balans i kondensator spänningarna i submodulerna.Här analyseras en reducerad variant av MMC-baserad topologi med enbart två grenar för att mötakraven på järnvägens lastbalans. Denna kedjelänk-kompensator använder dc-dc omriktare för attstyra effektflödet till lasten vid obalanserad effekt, utan att för den skull överdimensionerahalvledarna i den ordinarie strömvägen.

The growth of population and business during the rapid urbanization process in the twentieth century has generated significant demand for transportation. As the demands have grown, road and air transportation are suffering from significant congestion and delays. Continuing expansion of highways and airports has become both expensive and difficult, along with not being able to provide adequate solutions to the growing congestion. One alternative, which is being pursued by many countries, is to invest in efficient high-speed rail networks to meet the pressing demand for mass passenger transportation. This alternative is also one that may have beneficial impacts by reducing energy consumption and alleviating some of the environmental concerns. But to make these infrastructure investments, governments need to make difficult decisions due to the complexity of the industry and technologies involved. This thesis examines decision making by government for such investments. In order to carefully study the industry, we use a two part approach. First, we examine the HSR industry supply-chain. We create a detailed taxonomy of the industry supply-chain and highlight various aspects of the advanced technologies being used, the sophisticated multiproduct nature of the firms, and the diverse international location of the companies. Second, we gather information on all the international HSR contracts between 2001-2011. These contracts enable us to examine business strategies pursued by the major HSR trainset suppliers and component manufacturers, insights into the size of the orders and type of trainsets being delivered, and the formation of partnerships and collaborations to meet the complex demands imposed by Governments when they invite bids for these expensive projects. A detailed examination of the supply-chain shows that the core technologies and competencies are highly concentrated in those countries which historically have had high demand for high-speed rail. Germany, Japan, France, for example, have the highest number of trainset and component suppliers. In more recent years, South Korea and China have emerged as the new frontiers of trainset and components suppliers. This implies that countries who are outside of this group are highly dependent on either importing these technologies and investments or make a concerted effort to develop them via partnerships and technology transfer agreements. Our examination of contracts shows that the size of HSR investment order is important for both business and government strategy. The order size determines the extent of domestic content and production. While many components will inevitably be imported, a larger order size may allow for various components to be manufactured domestically. Order size also appears to influence the nature of partnerships among the firms in the industry. We observe a growing number of HSR investment partnerships among trainset suppliers over time, possibly due to the need to pool risk in these highly complex and uncertain investments, as well as the changing competitive dynamic of HSR markets.

Purpose - This bachelor thesis compares high-speed rail (HSR) transport with air transport. The investigation considers physical fundamentals, energy consumption, environmental impact, infrastructure and investment, market situations, passenger's selection criteria to choose transportation options, and overall economics. --- Methodology - The thesis combines an investigation of physical principles with a literature review. --- Findings - Steel wheels on steel rails show by far less rolling resistance to support the train's weight than drag due to lift (induced drag) to support the aircraft's weight. This leads to less energy consumption. HSR trains use electricity from an overhead line. Hence, the environmental impact of HSR also depends much on how the electricity is produced. Airplanes only need an air traffic control environment to connect airports. In contrast, HSR needs infrastructure to connect stations. The amount of necessary infrastructure depends on the geological conditions. For example, crossing mountains means high investment. Longer passages over water are infeasible for HSR. High-speed rail is superior to air transport when connecting megacities because the trains have higher transport capacity, offer higher service frequencies and mission reliability, shorter total travel time, shorter access time to stations, shorter unproductive waiting time in stations and potentially lower travel costs. HSR is a strong competitor to airline services and has replaced some short range flights. A comparison of HSR in different world regions shows differences in the market situation and in passenger's selection criteria for transportation options. --- Research limitations - The potential of high-speed rail was investigated mainly on busy routes with high service frequencies. A comprehensive network comparison between high-speed trains and airplanes was not done and could lead to somewhat different results. --- Practical implications - The report tries to contribute arguments to the discussion about alternatives to air travel. --- Social implications - With more knowledge people can make an educated choice between transport options, can vote with their feet, and can take a firm position in the public discussion. --- Originality/value - A general comparison of HSR and air transport from physical fundamentals to economics seemed to be missing.

At the moment of writing, an expansion of the Swedish railway network has started, by constructions of new lines for high-speed trains. The aim is to create a high-speed connection between the most populous cities in Sweden - Stockholm, Göteborg and Malmö, and the rest of Europe. Thereby, the likelihood of faster, longer and heavier foreign trains crossing the Swedish lines is increased. However, this could be problematic since the dynamic response in railway bridges and, consequently, the risk of resonance increases with increasing train speeds. Bridges are usually designed based on contemporary conditions and future requirements are rarely considered, due to e.g. cost issues. Prospectively, the dynamic performance of existing bridges may become insufficient. Hence, the current expansion of the high-speed railway network results in an increased demand of innovative design solutions for new bridges and cost-efficient upgrading methods for existing lines. The aim of the present thesis is to propose a vibration mitigation strategy suitable for new and existing high-speed railway bridges. The main focus is a retrofit method with fluid viscous dampers installed between the bridge superstructure and the supports, which is intended to reduce the vertical bridge deck acceleration below the European design code limits. Furthermore, the intention is to investigate the efficiency of such a system, as well as to identify and analyse the parameters and uncertainties which could influence its functionality. In order to examine the applicability of the proposed retrofit, case studies, statistical screenings and sensitivity analyses are performed and analysed. Two different models, a single-degree-of-freedom system and a finite element model, are developed and compared. From the different models, it is possible to study the influence from the damper parameters, the variability of the material properties and different modelling aspects on the bridge response. After the installation of the fluid viscous dampers, it is found that the acceleration level of the bridge deck is significantly reduced, even below the design code requirements. / I skrivande stund har en utbyggnad av det svenska järnvägsnätet initierats. Målet är att skapa en höghastighetsanslutning mellan de folkrikaste städerna i Sverige - Stockholm, Göteborg och Malmö, och vidare ut i Europa. Därmed ökar sannolikheten att snabbare, längre och tyngre utländska tåg korsar de svenska järnvägslinjerna. Dock kan detta bli problematiskt i och med att järnvägsbroars dynamiska respons och, följaktligen, risken för resonans ökar med ökad tåghastighet. Broar dimensioneras ofta utifrån nuvarande förutsättningar och hänsyn tas sällan till framtida hållbarhetskrav, exempelvis p.g.a. kostnadsbesparingar. Ur ett framtidsperspektiv kan därför det dynamiska beteendet hos befintliga broar komma att bli otillräckligt. Utbyggnaden av höghastighetsnätverket ökar därmed behovet av innovativa konstruktionslösningar för nya broar och kostnadseffektiva uppgraderingsmetoder för befintliga sträckor. Syftet med föreliggande avhandling är att föreslå en metod för att minska de vibrationsnivåer som kan uppstå i både nybyggda och befintliga järnvägsbroar för höghastighetståg. Huvudfokus är en eftermonteringsmetod med viskösa dämpare, som har installerats mellan brons överbyggnad och landfästen, för att minska brobanans vertikala acceleration under gällande europeiska dimensioneringskrav. Vidare avses att undersöka effektiveteten av ett sådant system, samt att identifiera och analysera de parametrar och osäkerheter som kan påverka dess funktionalitet. Fall- och parameterstudier, samt statistiska metoder används och utvärderas för att undersöka tillämpbarheten av den föreslagna vibrationsdämpningsmetoden. Två olika modeller, ett enfrihetsgradssystem och en finit elementmodell, har skapats och jämförts. Utifrån dessa modeller kan påverkan av dämparens parametrar, variabiliteten hos materialegenskaperna och behandlingen av olika modelleringsaspekter studeras. Från resultaten är det tydligt att brobanans accelerationsnivå avsevärt reduceras efter monteringen av viskösa dämpare, till och med under dimensioneringskraven. / <p>QC 20170425</p>

[ES] El canon por uso de la infraestructura ferroviaria utiliza una gran diversidad de variables, pero no hay ningún administrador que aplique más del 35% de los conceptos existentes para tarificar sus servicios. La mayoría de los sistemas de tarificación comparten algunos parámetros, tales como la categoría de la línea, diferenciando el uso de líneas principales, secundarias y otras. Estas variables aplicadas recuperan los costes marginales y los costes variables correspondientes a la operación, mantenimiento y renovación. En los corredores ferroviarios internacionales, a pesar de la legislación existente que obliga a una convergencia de enfoque para un sistema basado en costes directos, sigue existiendo esa falta de convergencia, no sólo en los niveles de cánones, sino también en las formulaciones, las variables y parámetros de fijación de precios variando de país a país, representando un problema. Los cánones analizados en la tarificación por uso de las estaciones de viajeros muestran que existen administradores que aplican el uso de estaciones de viajeros directamente en el canon por uso de la infraestructura, siendo determinado en el momento de realizar la reserva del surco correspondiente. Las variables empleadas en la conceptualización de las categorías de las estaciones presentan variedad en las subcategorías empleadas en la clasificación. Ante esto no es posible simplificar la formulación empleada para el cálculo de los cánones por los países estudiados en busca de una expresión común aplicable para conseguir eliminar una de las barreras en la red ferroviaria europea. Respecto a la problemática de la tarificación por uso de las estaciones de viajeros en líneas de alta velocidad: caso de estudio línea Madrid-Levante, los ingresos por uso de las estaciones de transporte de viajeros, proviene con mayor porcentaje del canon, canon basado en el número de circulaciones que tienen origen/destino o parada comercial y en el número de viajeros subidos/bajados en cada una de ellas. En cuanto al canon aplicado a las circulaciones es dispar entre las estaciones de la línea, siendo más bajo en las estaciones que no son origen-destino, es decir en aquellas estaciones que tienen paradas intermedias. Los ingresos procedentes del canon son insuficientes para equilibrar el balance económico total pero sí que cubre más allá de los costes directos imputables a la explotación, no siguiendo la Directiva europea de la que emana que sólo se recuperará mediante cánones aquellos costes relacionados directamente con la explotación ferroviaria. Ante el futuro escenario del ferrocarril en España con la entrada al mercado nacional de los nuevos operadores ferroviarios es necesaria reformar la Ley del Sector Ferroviario con el objetivo de modificar el sistema mediante el que se fijan los cánones. Este cambio supone separar esta tasa de los Presupuestos Generales del Estado y permitir que los administradores de infraestructuras puedan establecer con total libertad bonificaciones en los cánones para, expresamente, incentivar el transporte. Esta flexibilización permitiría reducir el importe que cada operadora paga por usar la infraestructura e instalaciones, traduciéndose en un incremento de las circulaciones, aumento de los ingresos del administrador y en una reducción de las tarifas de transporte de viajeros y mercancías. Por contrapartida está la financiación de los servicios comerciales operados por el operador actual en las líneas convencionales, el resultado positivo de los servicios prestados por la empresa en Alta Velocidad, después de la liquidación de los correspondientes cánones compensa los resultados negativos de todos los demás negocios de viajeros y de mercancías, caso no aplicado a los nuevos operadores y que "a priori" entran en el mercado con esta ventaja. / [CA] El cànon per ús de la infraestructura ferroviària utilitza una gran diversitat de variables, però no hi ha cap administrador que aplicació més del 35% dels conceptes existents per a tarifar els seus serveis. La majoria dels sistemes de tarifació comparteixen alguns paràmetres, com ara la categoria de la línia, diferenciant l'ús de línies principals, secundàries i altres. Aquestes variables aplicades recuperen els costos marginals i els costos variables corresponents a l'operació, manteniment i renovació. En els corredors ferroviaris internacionals, malgrat la legislació existent que obliga a una convergència d'enfocament per a un sistema basat en costos directes, continua existint aqueixa falta de convergència, no sols en els nivells de cànons, sinó també en les formulacions, les variables i paràmetres de fixació de preus variant de país a país, representant un problema. Els cànons analitzats en la tarifació per ús de les estacions de viatgers mostren que existeixen administradors que apliquen l'ús d'estacions de viatgers directament en el cànon per ús de la infraestructura, sent determinat en el moment de realitzar la reserva del solc corresponent. Les variables emprades en la conceptualització de les categories de les estacions presenten varietat en les subcategories emprades en la classificació. Davant això no és possible simplificar la formulació emprada per al càlcul dels cànons pels països estudiats a la recerca d'una expressió comuna aplicable per a aconseguir eliminar una de les barreres en la xarxa ferroviària europea. Respecte a la problemàtica de la tarifació per ús de les estacions de viatgers en línies d'alta velocitat: cas d'estudi línia Madrid-Llevant, els ingressos per ús de les estacions de transport de viatgers, prové amb major percentatge del cànon, cànon basat en el nombre de circulacions que tenen origen/destine o parada comercial i en el nombre de viatgers pujats/baixats en cadascuna d'elles. Quant al cànon aplicat a les circulacions és dispar entre les estacions de la línia, sent més baix en les estacions que no són origen-destine, és a dir en aquelles estacions que tenen parades intermèdies. Els ingressos procedents del cànon són insuficients per a equilibrar el balanç econòmic total però si que cobreix més enllà dels costos directes imputables a l'explotació, no seguint la Directiva europea de la qual emana que només es recuperarà mitjançant cànons aquells costos relacionats directament amb l'explotació ferroviària. Davant el futur escenari del ferrocarril a Espanya amb l'entrada al mercat nacional dels nous operadors ferroviaris és necessària reformar la Llei del Sector Ferroviari amb l'objectiu de modificar el sistema mitjançant el qual es fixen els cànons. Aquest canvi suposa separar aquesta taxa dels Pressupostos Generals de l'Estat i permetre que els administradors d'infraestructures puguen establir amb total lliberteu bonificacions en els cànons per a, expressament, incentivar el transport. Aquesta flexibilització permetria reduir l'import que cada operadora paga per usar la infraestructura i instal·lacions, traduint-se en un increment de les circulacions, augment dels ingressos de l'administrador i en una reducció de les tarifes de transport de viatgers i mercaderies. Per contrapartida està el finançament dels serveis comercials operats per l'operador actual en les línies convencionals, el resultat positiu dels serveis prestats per l'empresa en Alta Velocitat, després de la liquidació dels corresponents cànons compensa els resultats negatius de tots els altres negocis de viatgers i de mercaderies, cas no aplicat als nous operadors i que "a priori" entren en el mercat amb aquest avantatge. / [EN] The charge for the use of railway infrastructure uses a great diversity of variables, but there is no administrator that applies more than 35% of the existing concepts to price its services. Most of the charging systems share some parameters, such as the category of the line, differentiating the use of main, secondary, and other lines. These applied variables recover the marginal costs and the variable costs corresponding to the operation, maintenance, and renovation. In international rail corridors, despite the existing legislation that requires a convergence of approach for a system based on direct costs, this lack of convergence continues to exist, not only in the levels of fees, but also in the formulations, the variables and pricing parameters varying from country to country, representing a problem. The charges analysed in the charging for the use of passenger stations show that there are administrators who apply the use of passenger stations directly to the charge for use of the infrastructure, being determined at the time of booking the corresponding path. The variables used in the conceptualization of the station categories present a variety in the subcategories used in the classification. Given this, it is not possible to simplify the formulation used for the calculation of charges by the countries studied in search of a common expression applicable to achieve the elimination of one of the barriers in the European rail network. Regarding the problem of charging for the use of passenger stations on high-speed lines: case study of the Madrid-Levante line, income from the use of passenger transportation stations comes with a higher percentage of the charge, charge based on the number of circulations that have origin / destination or commercial stop and the number of passengers getting on / off in each one of them. As for the charge applied to circulations, it is uneven between the stations of the line, being lower in the stations that are not origin-destination, that is, in those stations that have intermediate stops. The income from the canon is insufficient to balance the total economic balance, but it does cover beyond the direct costs attributable to the exploitation, not following the European Directive from which it emanates that only those costs directly related to the exploitation will be recovered through royalty's railway. Given the future scenario of the railway in Spain with the entry into the national market of the new railway operators, it is necessary to reform the Law of the Railway Sector with the aim of modifying the system by which fees are set. This change involves separating this rate from the General State Budgets and allowing infrastructure managers to freely establish discounts on fees to expressly encourage transportation. This flexibility would make it possible to reduce the amount that each operator pays to use the infrastructure and facilities, translating into an increase in traffic, an increase in the administrator's income and a reduction in passenger and freight transport rates. On the other hand, there is the financing of the commercial services operated by the current operator on conventional lines, the positive result of the services provided by the company in High Speed, after the settlement of the corresponding fees, offsets the negative results of all other businesses of travellers and freight, a case not applied to new operators and that "a priori" enter the market with this advantage. / Font Torres, JB. (2021). Estudio de los cánones por uso de estaciones de viajeros en el contexto del sistema ferroviario europeo [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/173717