In the new residential area, called Stockholm Royal Seaport (SRS), the customers will be living in Active Houses with Load Management. This implies that some balancing of the grid is shifted from the production to the consumption. To give the customer incentives to participate in the Load Management, new more dynamic pricing models needs to be implemented. At the same time, profits for the investors are needed to motivate an implementation of similar residential areas. To achieve this, an analysis of the electricity markets and an implementation of dynamic pricing models in a MATLAB simulation are done. A proposed trading profit for the investors and possible cost reductions for customers have been derived from the modelling. The results show that the difference in costs between utilized and unutilized Load Management are small, only considering the dynamic pricing models, therefore compliments to these are discussed. The conclusion is therefore that the energy for the manageable loads should be charged separately. Another important conclusion is that a change of the Spotmarket is needed in order to create a more beneficial market for retailers with flexible customers. / I den nya stadsdelen, Norra Djurgårdsstaden, ska kunderna bo i aktiva hus med laststyrda vitvaror. På så vis flyttas en del balanskraft från produktionen till konsumtionen. För att kunderna ska få incitament till att delta i laststyrningen krävs nya, mer dynamiska, pristariffer. Samtidigt behöver investerarna hitta möjliga förtjänster för att motivera ett införande av liknande stadsdelar. Detta har gjorts genom en analys av elmarknaden och en implementering av dynamiska prismodeller i en konsumtionssimulering i MATLAB. En föreslagen trading-förtjänst för investerarna samt möjliga kostnadsreduceringar för kunder har utvärderats utifrån modelleringen. Resultaten visar att med endast de dynamiska prismodellerna blir kostnadsskillnaden liten mellan de som utnyttjar laststyrningen och de som inte gör det, varför komplement till dessa diskuterats. Slutsatsen blir därför att den laststyrda elen bör debiteras enligt separat modell. En ytterligare slutsats är att spotmarknaden bör förändras för att skapa en gynnsam marknad för återförsäljare med flexibla kunder.

Samhället står inför stora utmaningar för att globalt, regionalt och lokalt minska de klimat- och miljömässiga avtrycken till följd av antropogena aktiviteter. Transportsektorn står globalt för drygt en fjärdedel av utsläppta växthusgaser vilket varit en bidragande drivkraft till miljöavtal som kräver alternativa bränslen, reducerad användning och energieffektiviseringstekniker för att uppnås. Sverige har globalt den högsta andelen förnyelsebara bränslen (23 % år 2019) men tros, enligt trender, skifta till en mer elektrifierad fordonsflotta, som del i att uppnå miljömålen för transportsektorn. Ackumulerat effektuttag för laddbara fordon har visat sig orsaka försörjnings- och distributionsutmaningar i elnätet vilket detta arbete djupdykt kring. Syftet med detta arbete är att på en tidigare minimalt utforskad stads-skala utvärdera en stads utsatt- och robusthet gentemot olika prognostiserade elektrifieringstrender för 2030 - vilket gjorts på Tekniska verken i Linköping AB:s nät. Två scenarier, ett förutsägande och ett explorativt, har utifrån litteratur och omvärldsgranskning skapats i kombination med simulering på Linköping stads befintliga elnät för att uppskatta nya belastningsgrader och spänningsfall. Med det explorativa scenariot som referens har även framtida "smarta-nät"-lösningar (ellagring, Vehicle-to-grid/house, flexibilitetsmarknader m.fl.) demonstrativt visat potentialen hos laststyrning som alternativ till traditionell elnätsförstärkning. Förutom rent eltekniska aspekter och statistiska trender har även externa utvecklingsfaktorer, till följd av omställningen av transportsektorns multidimensionella och komplexa påverkanssamband, utvärderats. Utblickar mot den globalt ledande norska elbilssituationen, institutionella styrmedel, alternativa bränslen samt socio-tekniska och kulturella värderingar har likaså vägts in under diskussion och analys. Resultaten och inverkande omvärldsanalyser indikerar, utifrån fallstudiens omständigheter, en mild utvecklingstrend till 2030. Omkring 12 % av personbilsflottan, samtliga bussar i tätortstrafik och få tunga fordon förväntas elektrifieras och tros belastningsmässigt vara högkoncentrerat i villaområden med pendlingsavstånd och hög medelinkomst. Effekten av detta kan leda till lokalt överbelastade lågspänningsnät som primärt bör lösas med laststyrning genom ellagrings- eller V2H-tekniker innan omfattande nätförstärkning. Tekniska verken som nätägare rekommenderas framöver aktivt följa elbilstrenden i Linköping och omvärlden för att tidigt förebygga konsekvenser likt de resultaten påvisade hos det stresstestande scenariot.

Att öka leveranskvaliteten i sina elnät är något som varje nätbolag strävar mot. En metod att göra detta kan vara att utrusta nätstationer i mellanspänningsnätet med feldetektering och fjärrstyrning för snabbare felsökning och sektionering vid fel. I denna studie har dessa möjligheter utretts och även de potentiella vinsterna i kortare avbrottstider mätt i indikatorn SAIDI. Studien har resulterat i ett förslag för fortsatt investering i feldetektering och fjärrstyrning i Umeå Energis elnät. Den metod som använts är att beräkna SAIDI för det värsta felscenariot för varje matande linje som tittats på, både med och utan elnätsautomation. Det förslag som tagits fram har utgått ifrån de enskilda matningarna förutsättningar vad gäller kundantal, antal nätstationer och nättopologi och har sedan jämförts med två standardalternativ, med detektering i samtliga nätstationer samt detektering i mitten av linjen. Resultatet visar att det förslag som lämnats till Umeå Energi har potential att sänka det summerade SAIDI-värdet vid värsta felscenario från 37 minuter till 10 minuter i de matningar som undersökts. Detta till en kostnad av mindre än två miljoner kronor, eller en kostnad per potentiellt minskad SAIDI-minut på ca. 70 000 kr. Studien har tittat på 16 matande linjer med totalt ca. 17 000 kunder.

Utveckling av det moderna samhället och den fortsatt accelererande energiintensiva tillvaro människan lever i sätter stor press på klimatet. För att nå de hållbarhetsmål FN satt upp som bland annat innebär minskade utsläpp och effektivare energianvändning krävs krafttag i det globala energisystemet. För att öka andelen modern och ren energi krävs att sol- och vindkraft prioriteras. Ett stort problem med dessa energikällor är dess intermittenta produktion vilken alstrar oregelbunden elektricitet och ställer nya krav på elnätet. För att underlätta implementering av förnybara energikällor på det nationella elnätet och i mindre energisystem undersöks i den här rapporten de förutsättningar som finns för att integrera batterienergilagringssystem i kombination med intermittenta energikällor. Rådande förutsättningar redogörs för i en omfattande litteraturundersökning där bland annat elnätets funktion, lovande batteriteknologier, ekonomiska incitament för batterienergilagring och framtidspotential undersöks. Ett globalt engagemang för att öka andelen förnybar energi med hjälp av batterienergilagring i det globala energisystemet identifieras. Vidare visas batterienergilagringssystem har stor potential att minimera den belastning intermittenta energikällor har på elnätet. Potentialen begränsas i nuläget av rådande politiska styrmedel och elmarknadens utformning då en småskalig elproducent idag gynnas av att direkt mata ut överskottsel på elnätet istället för att använda energilagring. Med en växande andel intermittent elproduktion förväntas minskade begränsningar och batterienergilagring kopplat till elproduktion bli mer lönsamt. / The development of the modern society and the global continuously accelerating energy intensive way of living is putting stress on the climate. In order to achieve the UNs set of sustainability goals, including reduced emissions and more efficient use of energy, vigorous actions in the global energy system is required. To increase the share of clean and modern energy generation a larger quantity of solar and wind power is required. Due to weather dependency these resources generate intermittent electricity which will put new challenges on the grid.   To facilitate the implementation of intermittent energy sources on the national grid and in smaller energy systems this report aims to investigate current prerequisites on integrating battery energy storage systems and intermittent resources to increase the share of clean energy sources in the power system. Current prerequisites are presented as the result of an extensive literature study where the electrical grid, promising battery technologies, financial incentives for battery energy storage and future potential is examined.   A global commitment to increase the share of renewable energy sources using battery energy storage system in the global energy system is identified. Furthermore, battery energy storage systems are shown to have great potential in limiting the negative impact of intermittent energy sources on the electrical grid. This potential is currently being limited by existing political control means and the design of the electricity market such that small producers are benefitted by directly supplying the grid with excess electricity instead of using energy storage. With a growing share of intermittent power generation these limitations are expected to ease and battery energy storage systems in connection with power production becoming more profitable.​

I en traditionellt konservativ bransch rör det sig nu snabbt. En snabb ökning av andelen förnybar elproduktion gör att det uppstår en rad nya utmaningar som måste lösas. Den här studien är en undersökning av framtidens distributionsnät och har ett fokus på nätstationerna. Studien visar att en ökad mängd distribuerad generering kan göra att dagens skydd inte fungerar som tänkt. Samtidigt ökar kraven på våra elnät. Detta medför att nya skydd kan behövas. Man ser också att automation ökar vilket minskar avbrottstiderna. Det undersöks också vilka elenergilagringssystem som finns och kan vara aktuellt i distributionsnätet. Studien visar att ett Li-Jon batterilager kan fylla flera olika viktiga funktioner åt olika aktörer, detta öppnar för flera olika inkomstkällor samtidigt som kostnaderna sjunker. Detta gör att det kan bli möjligt att energilager blir en vanligt förekommande komponent i distributionsnätet.

I detta examensarbete utreds möjligheten att med hjälp av nya smarta elmätare få en ökad inblick i elkvalitén i elnäten samt att ge nätägare möjligheten att automatiskt eller via fjärrsignal koppla bort solcellsanläggningar i de fall de orsakar dålig elkvalité. Motiveringen till studien har varit att en ökad utbyggnad av solcellsanläggningar med tilhörande växelriktare och en trolig framtida ökning av snabbladdare och andra olinjära laster i näten ökar utmaningen för elnätsföretag att klara gällande krav på elkvalité. Samtidigt har utvecklingen av elmätare gjort att de idag har många funktioner som elnätsföretag kan dra nytta av på sätt som tidigare inte varit möjligt. Studien inleddes med en litteratur-studie där information om vad elmätare idag är kapabla till togs fram. Ett praktiskt test genomfördes på en solcellsanläggning där en elmätare installerades och konfigurerades att koppla bort solcellerna vid över-spänning. Studien har visat att smarta elmätare bör kunna användas som ett långsammare, sekundärt skydd som kopplar bort solceller i de fall som växelriktarna brister i sina säkerhetsfunktioner. Elmätarna kommer också kunna ge nätägare en mängd intressant information om elkvalitén. / In this thesis the possibility for smart meters to give utility companies an increased knowledge about the power quality in the grid has been investigated. During the investigation the possibility to use smart meters to automatically or by remote control disconnect solar power units in case of poor power quality caused by the production units has also been researched. The motivation to perform the study was that a future increase in distributed generation, rapid chargers for electric vehicles and other non-linear loads will make it harder for utility companies to meet the demands concerning power quality. At the same time electricity meters has developed over time and are today capable of providing grid operators with functions that has not been possible in the past. The first part of the study focused on obtaining information about what smart meters are capable of today through a literary study. A practical test was conducted on a solar power unit where a smart meter was installed and configured to automatically disconnect the solar power unit in case of over voltage. The study has shown that smart meters could be used as a slower, secondary protection that disconnects the solar power units in cases where the solar inverters safety functions fails. The smart meters will also be able to give grid operators a large amount of information about the power quality in the grid.

The electricity sector has a huge role in decarbonization of the energy system in order to meet climate targets and achieve net zero emission goals in different countries across the world. Present day electric power systems are increasingly dependent on less carbon intensive renewable energy sources for power generation. Rapid penetration of renewables leads to an increase in distributed generation and active consumer participation resulting in complex interactions within the power system. Therefore, traditional electric power grids are evolving to smart grids with the help of information and communication advancements. As a result, there is greater integration of Information Technology (IT) and Operational Technology (OT) actors, inclusion of clean energy sources, improved connectivity, sustainable supply and demand balance management of power etc. However, this sustainable transition gives rise to new attack points for malicious actors, who intend to disrupt the functioning of these smart grids. Therefore, this study aims to identify and analyse the most significant risks to smart grids in the next 10 years. The methodology for this research is two-fold: reviewing state-of-the-art research publications on smart grid security and conducting a semi-qualitative power grid security assessment through interviews with experts across countries. False Data Injection (FDI), Denial of Service (DoS) and supply chain attacks are some of the most important threats according to these methods. Finally, findings from the two research methods are compared to provide a comprehensive overview of the most significant risks to smart grids. / Elsektorn har en enorm roll att spela när det gäller att minska koldioxidutsläppen från energisystemet för att uppfylla klimatmålen och uppnå nettonollutsläpp i länder runt om i världen. Dagens elsystem är alltmer beroende av mindre koldioxidintensiva förnybara energikällor för elproduktion. Den snabba utbyggnaden av förnybara energikällor leder till en ökning av distribuerad produktion och aktivt konsumentdeltagande, vilket leder till komplexa interaktioner inom elsystemet. Traditionella elnät håller därför på att utvecklas till smarta nät med hjälp av informations- och kommunikationsframsteg. Som ett resultat av detta sker en större integration av aktörer inom informationsteknik (IT) och driftsteknik (OT), införande av förnyelsebara energikällor, förbättrad konnektivitet, hållbar hantering av balans mellan konsumtion och produktion av el. Denna hållbara övergång ger dock upphov till nya ingångar för illasinnade aktörer som vill störa de smarta nätmens funktion. Syftet med denna studie är därför att identifiera och analysera de viktigaste riskerna för smarta nät under de kommande tio åren. Metoden för denna forskning är tvåfaldig: genomgång av de senaste forskningspublikationerna om säkerhet i smarta nät och en semikvalitativ bedömning av säkerheten i smarta nät genom intervjuer med experter från olika länder. FDI (False Data Injection), DoS (Denial of Service) och attacker mot leveranskedjan är några av de största hoten enligt dessa metoder. Slutligen jämförs resultaten från de två forskningsmetoderna för att ge en heltäckande översikt över de viktigaste riskerna för smarta nät.

In the midst of the green energy transition, the need for flexible grid solutions is growing. One of the most desired and suitable flexible solutions are Battery Energy Storage Systems (BESS), in both stationary and mobile applications. The faster response times and flexible service capability of the BESS enables the introduction of variable renewable energy sources, along with replacing the needs for traditionally fossil fuel-powered temporary applications. To take full advantage of BESS and its flexibility, the unit requires integration into the modern interconnected smart grid, where control and monitoring are of great importance to manage and optimize assets within the smart grid. To ease the control and monitoring aspects, both manufacturers and users must cooperate to understand the common needs and best practices to find a suitable middle ground. Therefore, an interoperable and readily used communication interface shall be agreed upon. Although several attempts at reaching such middle ground have been made over the years, few have gained traction outside of specific use cases. Thus leaving many redundant and complicated proprietary communication solutions, requiring heavy integration work for the manufacturer and user side. This thesis project, carried out at Northvolt Systems, aims to analyze the existing and readily used communication interfaces for a specific set of mobile BESS applications. The analysis is performed by a literature review of typical mobile BESS applications with the identified corresponding communication interfaces. Among the identified interfaces is the IEC 61850 standard, which shows suitability in smart grid applications, enabling interoperability, vendor-independence, and standardization. To provide a real-life analysis of the IEC 61850 benefits and applicability to mobile BESS, an integration of the standard to a Northvolt mobile BESS was performed. The results of the analysis and integration work show that the interoperability, vendor-independence, and standardization enabled from the IEC 61850 standard give large benefits for mobile BESS use cases. Furthermore, gaps in the suitability of the standard were identified. Providing clear suggestions on future work and expansion of the standard to better accommodate the mobile use cases. / I den gröna energiomställningen växer behovet av flexibla nätlösningar. En av de mest önskade och lämpliga flexibla lösningarna är användningen av Batterienergilagring (BESS), i både stationära och mobila applikationer. Genom de snabbare svarstiderna och flexibla användningsförmågarna möjliggör BESS integreringen av variabla förnybara energikällor i kraftsystemet, även genom att ersätta behoven för traditionellt fossilbränsledrivna tillfälliga applikationer. För att dra full nytta av en BESS och dess flexibilitet kräver enheten interaktioner i det moderna sammankopplade smarta nätet. Där kontroll och övervakning är av stor vikt för att hantera och optimera tillgångarna inom det smarta nätet. För att underlätta kontroll- och övervakningsaspekterna måste både tillverkare och användare av BESS samarbeta för att förstå de gemensamma behoven och användningarna för att hitta en lämplig mellanväg. Slutligen för att komma överens om ett driftskompatibelt och lättanvänt kommunikationsgränssnitt. Flertalet försök att nå sådana kompromisser har gjorts genom åren, men ytterst få har slagit igenom utanför dess specifika användningsfall. Därmed finns det många redundanta och komplicerade proprietära kommunikationsgränssnitt som kräver tungt integrationsarbete av både tillverkar- och användarsidan. Detta examensarbete, utfört hos Northvolt Systems, ämnar att analysera de befintliga och använda kommunikationsgränssnitten för mobila BESS-applikationer. Analysen utförs av en litteraturgenomgång av typiska mobila BESS-applikationer för att identifiera motsvarande kommunikationsgränssnitt. Bland de identifierade gränssnitten finns IEC 61850-standarden, som visar lämplighet i smarta nätapplikationer, vilket möjliggör interoperabilitet, leverantörsoberoende och standardisering. För att ge en verklig analys av IEC 61850-fördelarna och tillämplighet hos en mobil BESS utfördes en integration av standarden till ett av Northvolts mobila BESS. Resultatet av analys- och integrationsarbetet visar att IEC 61850-standarden möjliggör interoperabilitet, leverantörsoberoende och standardisering, vilket ger stora fördelar för de mobila BESS-användningsfallen. Vidare identifierades brister i standardens lämplighet. Därtill ges tydliga förslag på framtida arbete och utvidgning av standarden för att tillgodose de mobila användningsfallens kravställningar.

Access control is a crucial aspect of cybersecurity, and Role Based Access Control (RBAC) is a typical framework for controlling the access to specific resources. However, in the context of Smart Grids, the usual authentication solution of using a trusted identity provider might not be possible to provide authentication of a user, as systems cannot rely on external services. This, in addition to devices in a substation being usually strictly controlled, means that having an RBAC limited to a desktop application can be necessary. Moreover, the cost of adding additional layers of security needs to be considered too, as the cost of adding specific features can vary significantly. This thesis thus looks into the existing solutions for desktop applications in substations, explains their viability and implements an RBAC system using Group Nesting in Windows user management, in the context of a configuration loading application on a main computer in a substation. It is then used to evaluate the cost of this new solution, in terms of maintainability, usability and flexibility, compared to the gained security. This is done by using static analysis of both codebases, and evaluation of usability and security. It shows that security can be added for a reasonable cost using Group Nesting in Smart Grids if the focus is to delegate some tasks to the directory, improving on the security of the application and the system as a whole. / Åtkomstkontroll är en viktig aspekt av cybersäkerhet, och rollbaserad åtkomstkontroll (RBAC) är ett typiskt ramverk för att kontrollera åtkomsten till specifika resurser. I smarta nät kan det dock hända att den vanliga autentiseringslösningen med en betrodd identitetsleverantör inte är tillräcklig för att autentisera en användare, eftersom systemen inte kan förlita sig på externa tjänster. Detta, förutom att enheterna i en transformatorstation vanligtvis är strikt kontrollerade, innebär att det kan vara nödvändigt att ha en RBAC som är begränsad till en datorapplikation. Dessutom måste kostnaden för att lägga till ytterligare säkerhetslager också beaktas, eftersom kostnaden för att lägga till specifika funktioner kan variera avsevärt. Denna avhandling omfattar därför dels undersökning av de befintliga lösningarna för datorapplikation i transformatorstationer, dels redogörelse av genomförbarheten och dels implementeringen av ett RBAC-system. Implementationen använder funktionen Group Nesting i Windows-användarhantering och integrerades i en applikation för konfigurationsinläsning på en huvuddator i en transformatorstation. Därefter utvärderas kostnaden för denna nya lösning i fråga om underhållbarhet, användbarhet och flexibilitet i förhållande till den ökade säkerheten. Detta görs med hjälp av statisk analys av de båda mjukvarulösningarna och utvärdering av användbarhet och säkerhet. Det visar att säkerheten kan ökas till en rimlig kostnad med hjälp av Group Nesting i smarta nät, om fokus ligger på att delegera vissa uppgifter till en katalog, vilket förbättrar säkerheten i applikationen och systemet som helhet. / Le contrôle ’daccès est un aspect essentiel de la cybersécurité, et utiliser des rôles pour implémenter cela est souvent le modèle recommandé. Pour autant, dans le contexte des réseaux électriques intelligents, il ’nest pas toujours possible de posséder un parti tiers fiable qui puisse faire autorité car il ne faut pas dépendre de systèmes extérieurs. ’Cest particulièrement vrai dans une sous-station où les ordinateurs connectés ont un rôle strictement défini. Ainsi il peut être nécessaire ’davoir un système de contrôle ’daccès basé sur les rôles (RBAC, Role-Based Access Control) uniquement contenu sur un ordinateur. Il faut de plus pouvoir estimer le coût de cette sécurité supplémentaire. Ce rapport évalue les solutions existantes dans cette situation et leur viabilité, et implémente un RBAC grâce à ’limbrication de groupe ’dutilisateur Windows, pour une application desktop pour le chargement de configuration pour l´ordinateur central ’dune sous-station. Cette implémentation est ensuite utilisée pour estimer les coûts associés à ’lajout ’dun RBAC en termes de maintenabilité, ’dutilisabilité et de flexibilité par rapport aux gains de sécurité. Cela est fait à travers des outils ’danalyse statique sur le code avant et après implémentation et ’dautres techniques ’danalyse de la sécurité et de la maintenabilité. Cela permet de montrer que, avec ’limbrication de groupes, il est possible ’dobtenir un niveau de sécurité satisfaisant tout en limitant les coûts associés, grâce au fait de déléguer les fonctions de gestion ’dutilisateur à un système de directory (répertoire).