Den här rapporten utreder förutsättningarna för att konstruera om ett mindre distributionsnät på 10 kV i Stockholms skärgård till ett så kallat smart nät med självläkande funktion. Nätet är avlägset och har haft många fel de senaste åren, därför är det önskvärt att kunna lokalisera fel i nätet och automatiskt koppla om till rundmatning direkt ifrån driftcentralen för att minska avbrottstiden för de boende på öarna. Rapporten fokuserar speciellt på att utreda lämpligheten med att använda feldetekteringsutrustningen SICAM FCM i nätet och hur dessa bör ställas in. Information om det aktuella nätet och problemet beskrivs tillsammans med en teoretisk bakgrund. Resultat ifrån tester och felsimuleringar på SICAM FCM med fokus på känslighet kring tröskelvärden presenteras och analyseras. Utifrån testresultat och information om nätet har rekommenderade inställningar för SICAM FCM tillsammans med andra rekommendationer för implementeringen av det självläkande nätet tagits fram. / This report has investigated the conditions for reconstructing a small 10 kV distribution grid in the Stockholm archipelago into a so called smart grid with a self-healing function. The grid is in a remote location and have had a lot of faults during the last years, therefore it is desirable to be able to locate the fault and automatically section it and restore service through a back-up feeder (if needed) to reduce downtime for customers. This report focuses especially on the suitability to use the fault detection equipment SICAM FCM in the grid and to propose how it should be configured. Information about the grid and problem is described together with a theoretical background. The results from tests and fault simulations on the SICAM FCM focused on sensibility around threshold values is presented and analysed. From test results and information about the grid recommended settings for SICAM FCM together with other recommendations for implementation of the self-healing grid has been produced.

Syftet med denna studie har varit att närmare studera användarnas roll vid planering, utveckling och användande av smarta elnät, vad man kan dra för lärdomar av pågående projekt inom utvecklingen av smarta elnät när det kommer till användarnas roll i projekten, samt ge rekommendationer för ett framtida arbete. Detta gjordes genom en fallstudie av två sammanhängande projekt inom en kommun i Sverige som för närvarande arbetar med smart stadsutveckling och smarta elnät. Empiriinsamling skedde med hjälp intervjuer av boende och ansvariga i projektet samt projektdokumentation.   Resultatet visar att de boendes roll i planeringen av projektet inte var stor, och att de inte räknades in bland de viktiga intressenter som enligt rekommendationer skulle vara delaktiga i projektet. Vidare skedde användarmedverkan i en begränsad form vid utvecklingen av den teknik som skulle användas hemma hos de boende, och då främst i form av användartester efter det att systemen hade tagits fram.  Vidare visade intervjuerna på ett bristande engagemang hos användarna när det kommer till att använda tekniken som finns tillgängliga i det smarta nät som utvecklats inom kommunen. Dessa resultat utgör viktiga lärdomar för framtida projekt.    Rekommendationerna som togs fram för ett framtida arbete inom smarta elnät är främst att det bör ske en ökad involvering av användare under samtliga delar i projekt rörande smarta elnät för att säkerställa en relevant och demokratisk samhällsutveckling och att detta bör ingå i projektens målsättningar. Vidare bör framtida projekt undersöka möjligheterna med att studera och arbeta med sociala praktiker inom energianvändning, för att undersöka hur man kan skapa en övertygelse hos de boende som leder till en ökad vilja att spara energi, och utnyttja de tekniska verktyg som gör detta möjligt. Det krävs även arbete för att hitta ytterligare incitament till aktiv energibesparing för att optimal användning av de smarta näten ska kunna uppnås. / Smarta elnät och tjänsteutveckling för hemmet – vem är i behov av en smartare vardag?

Smarta elnät nämns ofta som ett sätt att hantera ökad elektrifiering av transporter och industri och en växande andel väderberoende elproduktion. Ett syfte med det här examensarbetet är att studera möjliga följder för lokalnätägaren Sala-Heby Energi Elnät AB, om småhuskunder använder smart styrning av elvärmesystem för att sänka sina elnätsfakturor. Med rådande tariffmodell betalar småhusägaren för den gångna månadens tre högsta timmedeleffekter kl. 07 till 19 helgfria vardagar. Hur nätägaren påverkas av styrning, är en central fråga för projektet Auto-Flex, som startade i januari 2021. Uppsatsens litteraturstudie pekar på att efterfrågeflexibilitet kan ge olika följder för elnätet och för elmarknadens parter, beroende på vilka incitament som används för att skapa ett flexibelt beteende. Med efterfrågeflexibilitet avses här kunders förmåga att flytta eller minska sitt lastuttag från elnätet. I det här examensarbetet utförs beräkningar i Excel för att undersöka följderna av laststyrning och analysen utgår från historiska elmätardata från ca 140 anonymiserade hushållskunder samt från data över effektuttag från regionnätet. Beräkningarna visar att styrning som gynnar kunden ekonomiskt blir en förlustaffärför Sala-Heby Energi Elnät AB, trots sänkt effektuttag från regionnätet. Det gäller, i de flesta fall, även när extra styrning läggs till under timmar då effektuttaget från regionnätet är högt. Resultaten bygger på förenklade beräkningar, där ingen hänsyn tagits till hur effektsänkning av elvärmesystem samspelar med väderfaktorer eller med styrningens varaktighet. Samma effektsänkning har antagits vid varje styrtillfälle och för alla hushåll. Ett andra syfte med det här examensarbetet är att undersöka hur huvudaktörerna i projektet Auto-Flex ser på säkerhetsfrågor i samband utvecklingen mot ett mer IT-beroende elnät. Därför genomfördes två semistrukturerade intervjuer, med integritet, leveranssäkerhet och affärsmodeller som teman. Intervjupersonerna lyfte inga allvarliga hot kopplade till projektet Auto-Flex. Samtidigt kunde de se teoretiska risker med storskalig smart laststyrning i kapacitetssvaga elnät. Mer forskning behövs om smarta elnät och hållbarhet. Kopplingen mellan incitament till flexibilitet och flexibilitetens inverkan på elnätet, hur sårbarheter kopplade till informationsteknik påverkar elnätets leveranssäkerhet och hur smartteknik står sig miljömässigt i förhållande till nätutbyggnad är tre intressanta områden. / By facilitating demand side management, smart grids are expected to smooth the way for a transition to cleaner electric energy. This bachelor’s thesis aims to analyse the consequences for a distribution system operator (DSO) of direct load control,which is set to minimize the consumer’s bill for power transmission. This is also a central theme in the recently initiated Auto-Flex smart grid project, with main actors DSO Sala-Heby Energi Elnät AB and tech company Ngenic AB. The included study of scientific articles points out that the impact of demand response on electric grids is largely determined by incentives used to harvest demand side flexibility. In this thesis, the consequences of direct load control are examined by means of simplified calculations in Excel, analysing electric meter data from approximately 140 anonymous customers, in addition to power supply data for the township connection to the regional distribution grid. If customers with electric heating systems would install load control equipment to lower their power transmission bills, the local DSO would experience reduced revenues. The reduction in revenues would not be offset economically by curbed peak power transmission from the regional grid, according to the executed calculations. Even if extra load control was added in peak days, the net economic result for the local DSO would still be negative in most of the studied cases. Individual characteristics of heating systems and buildings have not been accounted for in this study, neither has the correlation between load reduction, outdoor temperature and load control duration. A second aim of this thesis is to examine attitudes of the main actors in the Auto-Flex project on confidentiality, reliability and demand side management business models in relation to the development of smart grids. Through semi-structured interviews, it was revealed that neither chief executive officer of Ngenic AB, Björn Berg, nor chief grid officer of Sala-Heby Energi Elnät AB, Per-Erik Johansson, see any severe threats against customer confidentiality, nor against power reliability, when implementing direct load control within the project. However, it was pointed out that an electric grid with very low physical capacity could become vulnerable to load control failures. Further examination of the connection between business models, power reliability, and cyber security are crucial to ensure socially, economically, and environmentally sustainable smart grids.

Problem Att få användarna i hushåll att konsumera och använda el hållbart är en del av utvecklandet av ett smart elnät. Detta menar man ska möjliggöras med tekniska lösningar, som digitala verktyg. Forskning menar dock att vi måste förstå mer än bara möjligheten och belyser vikten av att förstå hur digitala verktyg ska användas för att möjliggöra ett smart elnät. Vi bör inte bortse ifrån är att digitala verktyg står i relation till användaren och kräver därmed förståelse för användarens behov och hur dessa kan bemötas med digitala verktyg för att användaren ska konsumera och använda el hållbart. Syfte Studien syftar till att öka förståelsen för hur och varför universitetsstudenter av Generation Z resonerar och agerar som de gör kring sin elkonsumtion och elanvändning i hemmet. Detta för att förstå deras behov kring deras elkonsumtion och elanvänding och belysa hur de ska konsumera och använda el hållbart med hjälp av digitala verktyg. Metod Studien bygger på en kvalitativ studie baserad på en abduktiv ansats där data bygger på enskilda semistrukturerade intervjuer med universitetsstudenter av Generation Z för att förstå hur de förhåller sig till sin elanvändning och elkonsumtion. Innehållsanalys har sedan tillämpats. Slutsats Uppsatsens resultat visar på att gruppen inte gör många aktiva beslut för att konsumera och använda el hållbart till följd av deras attityd vilket kan förklaras med deras bekvämlighet och okunskap. Detta är något digitala verktyg kan bemöta genom att på ett tvingande sätt driva ett hållbart beteende. Vi ser därför att ett smart elnät kan möjliggöras med passiv användare som konsumera och använder el på ett hållbart sätt som är värdefullt för dem.

I takt med nya innovationer och samhällets fortsatta utveckling och utbredning ökar även elektrifieringen. För att uppnå flera av de miljömål som satts upp av Sveriges riksdag krävs en övergång till ett elsystem byggt på el från förnybara källor. Den ökande elektrifieringen medför inte bara ökade krav på den mängd el som produceras, men även förmågan att transportera den. Den ökade belastningen på elnätet skapar flaskhalsar och kapacitetsbrist i större städer och regioner, vilket gör det svårt att till exempel etablera nya fabriker och bostadsområden vilket bromsar samhällets utveckling. För att lösa denna kapacitetsbrist behövs det svenska stamnätet byggas ut. Detta är dock en relativt långsam process vilket ställer krav på innovativa lösningar som kan avlasta elnätet på kort och lång sikt. En sådan lösning är en ökad efterfrågeflexibilitet, vilket innebär att vissa effektkrävande aktiviteter flyttas till tider på dygnet då elnätet är mindre belastat. Genom att använda sig av smart elnätsteknik kan konsumenter få information om elpriser i realtid och därmed anpassa sin elkonsumtion och dra nytta av lägre elpriser och större tillgång till grön el då topplasten på elnätet är lägre. Syftet med denna studie är att undersöka hur sådana smarta elnätstjänster kan resultera i en ökad efterfrågeflexibilitet i bostäder, och om denna efterfrågeflexibilitet kan hjälpa till att motverka kapacitetsbristen i det svenska elnätet. För att undersöka detta har en litteraturstudie med fokus på beteendeförändringar kopplade till hållbar utveckling samt fyra kvalitativa intervjuer av relevanta aktörer i elbranschen gjorts. Resultaten från litteraturstudien har analyserats i syfte att undersöka huruvida de är applicerbara på smarta elnätstjänster för att uppnå en ökad efterfrågeflexibilitet eller ej. De kvalitativa intervjuerna har summerats och analyserats för att undersöka vilka frågor det råder enighet samt oenighet i bland branschens aktörer. Efter analys samt diskussionen visar studien att smarta elnätstjänster kopplade till bostäders elkonsumtion har potential att uppnå en ökad efterfrågeflexibilitet samt att denna efterfrågeflexibilitet kan bidra till att minska kapacitetsbristen i elnätet. Detta ska dock inte ses som en universell lösning utan en av flera nödvändiga lösningar för att rå på problemet. / As innovation and society continue their growth, electrification is increasing rapidly. To achieve several of the environmental goals set by the Swedish Parliament, a transition to an electricity system based on electricity from renewable sources is also required. The increasing electrification entails not only increased demands on the amount of electricity produced, but also the ability to transport it. Increased load on the electricity grid creates bottlenecks and capacity shortages in larger cities and regions, which makes it difficult to establish, among other things, new factories and residential areas, which slows down the development of society. To solve this capacity shortage, the Swedish electrical grid needs to be expanded. However, this is a relatively slow process, which places demands on innovative solutions that can relieve the electricity grid, both short term and long term. Such a solution is an increased demand flexibility, which means that certain power-demanding activities are moved to times of the day when the grid is less congested. By using smart grid technology, consumers can get information about electricity prices in real time and thereby adjust their electricity consumption and benefit from lower electricity prices and greater access to renewable energy when the top load on the electricity grid is lower. The purpose of this study is to investigate how such smart grid services can result in increased demand flexibility in homes, and whether this demand flexibility can help counteract the capacity shortage in the Swedish grid. To investigate this, a literature study focusing on behavioral changes linked to sustainable development, and four qualitative interviews with relevant actors in the energy industry, have been conducted. The results from the literature study have been analyzed to investigate whether or not they are applicable to smart grid services to achieve increased demand flexibility. The qualitative interviews have been summarized and analyzed to examine what issues there is agreement and disagreement in among the industry's players. After analysis and discussion, the study shows that smart grid services linked to residential electricity consumption have the potential to achieve increased demand flexibility and that this demand flexibility can contribute to reducing capacity shortage. However, this should not be seen as a universal solution but as one of several necessary solutions to tackle the problem.

In the power industry, electrical grids are undergoing a modernization intosmart grids. The new smart grids integrate the electrical grid and informationand communication technologies, such as software, automation, and informationprocessing. While enabling remote communication with devices on thegrid, putting the grid online also introduces some major problems, such as therisk of being the target of cyber attacks.In this thesis, a security analysis of the Siemens SICAM CMIC CP-8000 remoteterminal unit, used for remote monitoring and automation of electricalgrids is done. Threat modeling was done to identify vulnerabilities in the system,followed by a penetration test of the web interface, used to configure thedevice, as well as a couple of network attacks. During the penetration test, twocross-site scripting vulnerabilities were discovered, one of which could allowan unauthorized attacker to execute Javascript code in the victim’s browser. Itwas also discovered that a user’s login credentials are leaked in the browserconsole in cleartext when logging in. / I kraftindustrin genomgår elnät en modernisering till smarta elnät. De nyasmarta elnäten integrerar elnät och informations- och kommunkationsteknologi,såsom mjukvara, automatisering, och informationsbehandling. Även omdet möjliggör fjärrkommunikation så introduceras även stora problem när elnätenblir uppkopplade, till exempel risken att bli utsatt för cyberattacker.I detta examensarbete utfördes en säkerhetsanalys av en SICAM CMIC CP-8000 fjärrterminal, tillverkad av Siemens, som används för fjärrstyrning ochautomatisering av elnät. En hotmodell för att identifiera sårbarheter i systemetgjordes, följt av penetrationstesting av hemsidan som används för att konfigureraenheten, samt några nätverksattacker. Under penetrationstestningen hittadestvå cross-site scripting-sårbarheter, där den ena kunde tillåta en oautentiseradangripare att exekvera Javascript-kod i offrets webbläsare. Det upptäcktesäven att en användares inloggningsuppgifter läcktes i webbläsarens konsol iklartext när användaren loggar in.

Regeringen har en vision att till 2050 ska Sverige uppnå en fordonsflotta som är fossilfri och för att uppnå den visionen ska el som drivmedel spela en avgörande roll på marknaden. HEM Nät AB är därmed intresserade av hur deras lokalnät i ett valt område kan påverkas när en större andel av hushållen införskaffar elbilar. Längs områdets högspänningsslinga finns nio nätstationer som matar ut effekt till 815 kunder. En känslighetsanalys genomfördes kring det valda lokalnätet med avseende till dess kapacitet idag till framtida belastningar från elbilar. Analysen baserades på fyra olika nätparametrar som möjligen kan riskeras med avseende till elbilars laddsystem: spänningsfall, transformatorbelastning, övertoner och osymmetri. Olika laddeffekter och kopplingssätt har även jämförts bland nätparametrarna för att visa vilken roll de kan ha i framtiden. Spänningsfallet samt transformatorbelastning för de båda effekterna 3,7 kW och 11 kW uppgick mot de satta nätkraven när 40 % respektive 20 % belastning sker i området. Två vetenskapliga metoder användes för att uppskatta övertonerna där ena tog hänsyn till en reduktion av sammanlagrade övertoner och den andra metoden använde en aritmetisk summering av strömövertonerna. Resultatet visade att med varken en inkluderad reduktion eller med den aritmetiska summeringen kommer övertonerna bli ett problem. Med simuleringen av osymmetri nåddes nätkravet när 7 % mer belastning skedde under en och samma fas. Slutligen kom studien fram till att lokalnätet är relativt starkt och kan klara av 322 elbilar vid 3,7 kW och 161 elbilar vid 11 kW. / The Swedish government have a vision that up untill 2050 Sweden’s transport system is going to be free of fossil fuels and to achieve this vision, electricity is going to be the main fuel and will play a decisive role in the future transportional market. As a result of this, HEM Nät AB is now interested in knowing how their local electrical grid will be affected by a larger amount of electric vehicles, EVs, charged through households. Along the local grid’s high voltage line there are nine substations, which provide power to 815 customers. A sensitivity analysis was conducted on the local grid to appreciate the available capacity for the future load of EVs. The analysis was based on four different gridparameters, which possibly can affect the set conditions of an electrical grid when an EV is being charged: voltage drop, transformer load, harmonics and dissymmetry. Different chargepowers and wirings have also been compared to see what roles they will have in the future. After the simulations and hand calculations all of the gridparameters exceeded the set conditions. This happened at different percentages of the households, which were charging their vehicles. The voltage drop and transformer load for both of the powers, 3,7 kW and 11 kW exceeded the limitations when 40 % respectively 20 % of the studied are was being loaded. Two scientific methods were used to appreciate the added current harmonics, where the first one regarded a reduction of the summarized value of the current harmonics, where the second did not. The results showed, that either of the methods would indicate a problem on the grid. The simulation of the dissymmetry, the limitation was met after 7 % more load was done under one and the same of the phases. Finally, the study concluded that the local grid is relatively strong and can hold 332 EVs with 3,7 kW and 161 EVs with 11 kW.

Securing access to affordable energy services is of central importance to our societies. To do this sustainably, energy systems design should be – amongst other things – environmentally compliant and reconcile with the integrated management of potentially limiting resources. This work considers the role for so-called 'Smart Grids' to improve the delivery of energy services. It deals with the integration of renewable energy technologies to mitigate climate change. It further demonstrates an approach to harmonise potentially conflicting energy, water and land-use strategies. Each presents particular challenges to energy systems analysis. Computer aided models can help identify energy systems that most effectively meet the multiple demands placed on them. As models constitute a simple abstraction of reality, it is important to ensure that those dynamics that considerably impact results are suitably integrated. In its three parts, this thesis extends long-term energy system models to consider improved integration between: (A) supply and demand through Smart Grids; (B) timeframes by incorporating short-term operating constraints into long-term models; and (C) resource systems by linking multiple modelling tools. In Part A, the thesis explores the potential of Smart Grids to accelerate and improve electrification efforts in developing countries. Further, a long-term energy system model is enhanced to investigate the Smart Grid benefits associated with a closer integration of supply, storage and demand-side options. In Part B, the same model is extended to integrate flexibility requirements. The benefits of this integration are illustrated on an Irish case study on high levels of wind power penetrations. In Part C, an energy model is calibrated to consider climate change scenarios and linkages with land-use and water models. This serves to assess the implications of introducing biofuels on the small island developing state of Mauritius. The thesis demonstrates that too weak integration between models and resource systems can produce significantly diverging results. The system configurations derived may consequently generate different – and potentially erroneous – policy and investment insights. / Säker och prisvärd tillgång till energitjänster är en central fråga för dagens samhällen. För att tillgodose samhällen med hållbara energitjänster bör energisystemen designas för att – bland annat – möta de miljömässiga kraven samt hantera potentiellt begränsade resurser. Den här avhandlingen undersöker de ”smarta” elnätens roll för bättre tillhandahållande av energitjänster. Avhandlingen behandlar integration av förnybar energiteknik för minskad klimatpåverkan samt demonstrerar ett tillvägagångssätt för att förena potentiellt motstridiga energi-, vatten- och markanvändningsstrategier. Dessa uppvisar särskilda utmaningar i energisystemanalyser. Datorstödda modeller kan användas för att identifiera energisystem som på effektivast sätt möter samhällets krav. Datorstödda modeller är, per definition, förenklingar av verkligheten och det är därför viktigt att säkerställa en korrekt representation av det verkliga systemets dynamik. Den här avhandlingen förstärker energisystemmodeller för långsiktsprognoser utifrån tre aspekter: förbättra integrationen av (A) tillgång och efterfrågan genom smarta elnät; (B) olika tidsaspekter genom att inkludera kortsiktiga operativa begränsningar; samt (C) resurssystem genom att sammanlänka olika modelleringsverktyg. I del A utforskades de smarta elnätens potential för att förbättra elektriska system i utvecklingsländer. En befintlig energisystemmodell förstärktes för att behandla smarta elnät och kan därmed fånga fördelarna förknippade med energilagring och energianvändning. I del B utvidgades en energisystemmodell för långsiktsprognoser med flexibilitet för kortsiktiga operativa begränsningar. En fallstudie fokuserad på ett vindkraftsdominerat irländskt elnät genomfördes för att demonstrera fördelarna av modellutvecklingen. I del C kalibrerades en energisystemmodell för att ta klimatscenarier i beaktande samt energisystemets kopplingar till markanvändning och vattenresurssystem. En fallstudie fokuserad på Mauritius energisystem genomfördes för att undersöka konsekvenserna av en potentiell introducering av biobränslen. Avhandlingen demonstrerar att undermålig integration av energimodeller och resurssystem kan leda till avsevärda avvikelser i resultaten. Slutsatser som dras utifrån dessa resultat kan därmed leda till vitt skilda – och potentiellt felaktiga – underlag för investeringar och energipolitiska rekommendationer. / <p>QC 20131118</p>

The electricity system will go through massive changes in the coming years. Smartgrids are becoming more popular. The phasing out of fossil fuels in electricity production in favour of renewable power sources will entail challenges. To handle these challenges, the Swedish Energy Markets Inspectorate (Ei) has identified demand side flexibility as a partial solution. Ei has presented new functionality demands on electricity meters, which aim at working for an increase of demand side flexibility. The aim of this report is to investigate how smart meters and the new functionality demands contribute in making customers become more active, along with how customers can be motivated to change their behaviour. The findings from this report show that the new demands do not directly lead to more demand side flexibility. Instead they enable other actors to develop services that could lead to customers contributing with demand side flexibility. In the energy sector, it is assumed that customers need to see an economic benefit in order to contribute with flexibility. This report finds that this is not entirely the case. Customers can be motivated by other things, such as protecting the environment. Important factors for customers are that they experience the same comfort as before, along with simplicity. Therefore, automatic steering is the preferable option which might entail the need for economic subsidies since investing in automatic systems will be economically notable. Once a considerable amount of customers are contributing with flexibility, social pressure might motivate remaining customers to do the same.

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.