Följande projekt går i korthet ut på att avgöra om användning av kylsystemet i en transformatorstation är relevant, om det minimerar temperaturhöjningen orsakad av effektförlusterna som transformatorn avger. Arbetet ska resultera i förslag på val av transformatorer samt beskriva dess egenskaper. Vidare vill vi finna lösningar kring problemet med överhettning i transformatorstationerna och att de generella kraven såsom låg ljudnivå och tillräcklig ventilation (för att ta bort den värmeförlust som de inre komponenterna avger) skall uppfyllas.  För att kunna ge olika förslag på val av transformator i transformatorstationerna har vi på Holtab AB utfört olika beräkningar som visar skillnad för pris, kvalitet, livslängd och egenskaper (effektförluster, energiförluster).

Abstrakt Uppsala Universitet håller för tillfället på med ett nytt slags svänghjul som utnyttjar stor vinkelhastighet istället för stort tröghetsmoment för att buffra rörelseenergi.  För att kunna nå hög hastighet hålls svänghjulet svävande med permanentmagneter och horisontellt hålls svänghjulet rakt med hjälp av 8 stycken aktiva magneter. Varje aktiv magnet regleras med hjälp av semipassiva h-bryggor. Syftet med detta projekt var att ta reda på effektförlusterna i en enskild semipassiv h-brygga och sedan beskriva det med en formel med ström och spänning som inparameter. Den framhållna ekvationen:  säger oss att med värden på spänning och ström som svänghjulet drivs med kommer en effektförlust ligga mellan 0.5-3.5 W i varje h-brygga. Detta ger en effektförlust i hela systemet för alla aktiva magneter mellan 3-28 W beroende på inspänningen och inströmmen.  En tydlig slutsats som kan dras är att den procentuella effektförlusten minskar desto större ström och spänning som används i systemet.

Denna rapport innehåller en utredning av effektflöden på Uddevalla Energi Elnät AB:s mottagningsstationer och optimering av driftläggning för dess effektkondensatorbatterier och transformatorer. Uddevalla Energi Elnät AB har sedan 30 år haft effektkondensatorbatterier inkopplade nästan hela året och dessa behöver av åldersskäl snart bytas ut. Uddevalla Energi Elnät AB har därför behov av nya rutiner för driftläggning av effektkondensatorbatterier efter det att Svenska Kraftnät och Vattenfall AB har infört nya regler för de reaktiva effektflödena i elnätet. I utredningen om effektkondensatorbatterier har det gjorts en investeringskalkyl med tre alternativ för inköp. Alternativ 1 med central faskompensering på mottagningsstation, alternativ 2 med faskompensering på mottagningsstation kompletterat med faskompensering på abonnentstationer och alternativ 3 med lokal faskompensering på abonnentstationer.  Det framkom i utredningen att alternativ 2: Central faskompensering kompletterat med faskompensering på abonnentstationer är mest lämplig att genomföra.   Det har tidigare konstaterats att det under delar av året har varit låg belastning på några av mottagningsstationernas transformatorer. Det har aldrig utretts om det är lönsamt att stänga av den ena transformatorn under hela eller delar av året. I utredningen om driftläggning av transformatorerna på mottagningsstationerna har det beaktats tre alternativ. Ett alternativ innebär att en transformator körs i tomgång utan last och ett alternativ med en helt avstängd transformator. Det tredje alternativet är att inte göra någon förändring. I utredningen framkom det att det mest lämpliga är att inte göra någon förändring eftersom riskerna med avstängning är större än den ekonomiska vinsten på c:a 101000 SEK. / This report contains a study of power flows in Uddevalla Energi AB receiving stations and optimization of the operation control of its power capacitor batteries and transformers. For the past thirty years, Uddevalla Energi AB has employed power capacitor batteries almost all year around and these need soon to be replaced due to ageing. Uddevalla Energi Elnät AB has a need for new procedures for the operation control of the power capacitor batteries following new regulations introduced by Svenska Kraftnät and Vattenfall AB for reactive power flows on the grid. In the study of power capacitor batteries, there has been an investment calculation with three alternative purchase options. Option one is central phase compensation at the receiving station, option two is phase compensation at the receiving station supplemented with phase compensation at subscriber stations and option three is a local phase compensation at subscriber stations. The investment calculation shows that the second option: Central phase compensation supplemented with phase compensation at subscriber stations is the most favourable to implement. It has previously been found that, during certain times of the year, there has been a low load on some of the transformers of the receiving stations. It has never been investigated if it is profitable to turn off one of the transformer for the entire, or part of the year. In the investigation of the operation control of the transformers at the receiving stations, three alternatives have been considered. One alternative is that one transformer is in idle operation without load, the second alternative is that one transformer is completely turned off. The third alternative is to make no change. The study showed that the preferred alternative is to make no change, because the risks of turning off transformers are greater than the economic gain, that is approximately 101000 SEK.

In a world where development of new technology moves rapidly towards renewable energy resources, it is important to implement new technology for efficiency improvement on existing products. This is Cascade Drives ambition, to enable a shift from hydraulic usage in heavy vehicles to a solution that is completely electromechanical driven, to improve energy efficiency.  Currently, Cascade Drives are developing electromechanical linear actuators to replace hydraulic driven actuators in heavy vehicles such as forklifts, both for lifting and steering applications.  These actuators are designed with a rack and pinion setup where multiple pinions are placed on a single rack and by using a patented flexible solution, an otherwise overdetermined system can share the load evenly over the pinions. This significantly reduce the size of each pinion and the overall package.  This master thesis aims at investigating the power losses in this electromechanical actuator and implement a model in the loop (MIL) to predict the efficiency and how this alters for different speeds and loads applied on the actuator.  A model to predict the efficiency was implemented in Simulink software and two different verification tests on physical prototypes were conducted. The results showed that the predicted load dependent losses corresponded well to the measured values. The speed dependent losses proved harder to predict. / I en värld där utveckling av ny teknik rör sig snabbt mot förnybara energikällor är det viktigt att implementera ny teknik för effektivisering av befintliga produkter. Detta är Cascade Drives ambition, att möjliggöra en övergång från användandet av hydraulik i tunga applikationer till en lösning som är elektromekaniskt driven, för att förbättra energieffektiviteten.  För närvarande utvecklar Cascade Drives elektromekaniska ställdon för att ersätta hydrauliskt drivna ställdon i tunga fordon så som gaffeltruckar, både för lyft- och styrapplikationer.  Dessa ställdon är utformade med en rack- och kugghjulsuppsättning där flera kugghjul är i ingrepp med ett enda rack och genom att använda en patenterad flexibel lösning kan ett annars överbestämt system dela belastningen över alla kugghjul. Detta leder till att storleken på varje hjul kan minskas och även den totala storleken på produkten blir mindre.  Detta examensarbete syftar till att undersöka effektförlusterna i detta elektromekaniska ställdon och implementera en så kallad ”Model In the Loop” (MIL) för att förutsäga verkningsgraden och hur denna förändras för olika hastigheter och krafter som appliceras på ställdonet.  En modell för att prediktera verkningsgraden implementerades i Simulink programvara och två olika verifieringstester på fysiska prototyper genomfördes. Resultaten visade att prediktionen för de lastberoende förlusterna motsvarade de uppmätta värdena. De hastighetsberoende förlusterna visade sig svårare att förutsäga.

Detta examensarbete behandlar ett uppsamlingsnät för en ny vindkraftpark som planeras i norra Sverige av företaget AB.Parken skall bestå av 101 stycken vindkraftverk som skall förbindas samman med ett kabelnät och anslutas till en transformatorstation. Rapporten behandlar två förslag på hur nätet skall dimensioneras och förläggas. Uppdelningen av vindkraftverken i kluster illustreras av kartor och enlinjescheman.Valda förläggningsätt och dimensioneringar motiveras med kabelberäkningar och grundläggande teori gällande kabeldimensionering. Kabeltyp samt längder för båda förslagens samtliga radialer presenteras i tabeller tillsammans med en enklare kostnads jämförelse.Simuleringar för uppsamlingsnäten utförs i programmet Power World Simulator. För att kontrollera riktigheten i värdena från simuleringen utförs kontrollberäkningar på en radial med pi-modellen.Beräkningarna visar att dimensioneringen är utförd så förluster och spänningsökningar är väl inom gränsvärden för båda förslagen. Uppsamlingsnätets totala reaktiva tillskott är väl inom gränserna för vad vindkraftverken kan kompensera för.Förslag på fortsatt arbete för detta projekt vore att se över konstruktionen av transformatorstationen samt skydd för uppsamlingsnätet. / This report contains a suggestion for a projected wind farm in northern Sweden.The farm contains 101 wind turbines that shall be connected together with a collection grid and connected to a substation.The report contains two different suggestions of dimension and location of the cables for the grid. The turbines are divided into clusters and shown in maps and single line diagramsChosen suggestions and dimensions are reasoned with calculations and basic theory regarding cable sizing. The chosen cable types and lengths for both suggestions are shown in table form, together with a simplified cost comparison.After simulations have been run in power world simulator programme, the values was checked for authenticity with the π-circuit formula.The calculations shows that the selection of cables have accomplished low losses, and the increase of voltage is well within limits for both suggestions.The contribution of reactive power in the collection grid is also within the limits of what the wind turbines can compensate.A suggestion for future work on this project could be the design and dimension of the substation and the safety equipment.

Rapporten utreder om distributionstransformatorer med märkeffekten 50 kVA i Vattenfall Eldistribution AB:s elnät kan avskaffas till förmån för märkeffekten 100 kVA. Transformatorer med märkeffekten 50 kVA förekommer vid nedtransformering av spänningen från 22 kV och 11 kV till hushållens huvudspänning 0,4 kV. 50 kVA-transformatorer skiljer inte särskilt mycket från transformatorer med den högre märkeffekten i fråga om storlek och pris, och de bedöms kunna bytas ut utan större praktiska svårigheter. Fördelen med 100 kVA är att de elektriska belastningsförlusterna blir lägre i och med den högre märkeffekten. Dessutom innebär ett byte vissa elkvalitetsförbättringar. Nackdelarna med 100 kVA är att de elektriska tomgångsförlusterna är högre och att inköpspriset är högre än för 50 kVA. I övrigt kan kostnaderna likställas för de två alternativen. Endast kostnader för aktiva effektförluster berördes i rapporten då de ekonomiska kostnaderna för reaktiva effektförluster kunde försummas för de aktuella transformatorerna. För att nå ett svar på frågan om det kan vara lönsamt att avskaffa 50 kVA-transformatorerna studerades fem verkliga fall i Vattenfalls svenska elnät. Dessutom studerades eventuella elkvalitetsvinster med ett byte. Svaret blev att inte för något av de fem studerade fallen var det lönsamt med ett byte till 100 kVA-transformator. Rörande elkvalitetsaspekten blev svaret att ett byte visserligen innebär en skillnad men att andra faktorer oftast har större betydelse. Rapportens rekommendation blev att behålla 50 kVA-transformatorn i distributionsnätet.

This thesis analyzes the power losses in induction machines and how the losses depend on the harmonic content of the applied voltages. Two cases are compared, one case where a machine is fed with a sinusoidial voltage and one case with a modular multilevel converter (M2C). The sine is representing an ideal grid while the M2C represents a case with harmonic content. The usage of converters for electrical drive systems is increasing due to advantages when the rotor speed could be variable by changing the frequency of the voltage. This is usually increasing the efficiency of the overall system, but is also adding harmonics fed to the machine and switching losses in the converter. Low switching losses in the inverter usually create higher harmonic content that instead increases the losses of the machine. The M2C is then proposed as a converter topology that can keep the harmonic content low while keeping the switching losses relatively low. This study focuses on the iron losses, the part of the total losses that is most hard to predict or measure. Today’s methods used to calculate the iron losses are often rough approximations that do not take the impact of the harmonic content of voltage into consideration, even though the iron losses are dependent on the harmonics. Experimental results in the study show that the losses of a M2C-fed case do not differ much from a sine-fed case. The difference could be explained by low increase of iron losses caused by the small harmonic content from the M2C. The increase of iron losses was linked to the harmonic content of the voltage. / Detta examensarbete analyserar effektförluster i induktionsmaskiner och hur förlusterna beror på övertonsinnehållet i den matande spänningen. Två fall kommer att jämföras, ett fall där en maskin är matad från en sinus spänning och ett fall med en modulär multinivå omvandlare (M2C). Sinusen representerar ett idealt nät medan M2C representerar ett fall med övertonsinnehåll. Användning av omvandlare för elekriska drivsystem ökar på grund av fördelarna när rotorhastighet kan varieras genom att ändra frekvensen från den matande växelriktaren. Detta ökar vanligtvis verkningsgraden på det sammanlagda systemet, men detta bidrar även med övertonsinnehåll matat till maskinen och switchförluster i omvandlaren. Låga switchförluster i omvandlaren medför oftast ett högt övertonsinnehåll som istället ökar förlusterna i maskinen. M2C är därför föreslaget som en teknik som håller övertonsinnehållet lågt medan switchförlusterna är relativt låga. Denna studie fokuserar på järnförluster, den del av de totala förlusterna som är som svårast att förutse eller mäta. De metoder som finns för att beräkna järnförlusterna är vanligtvis grova skattningar som inte tar hänsyn till inverkan från spänningens övertoninnehåll, även om järnförluster beror på övertonerna i stor utsträckning. Experimentella resultat i studien visar att förlusterna i ett M2C-matat fall inte avviker i stor utsträkning jämte ett sinusmatat fall. Skillnanen kan förklaras utifrån den lilla ökningen av järnförluster från det låga övertonsinnehållet från M2C:n. Järnförlusterna ses vara kopplade till övertonsinnehållet i spänningen.

All DC/DC converter products include power electronic circuits for power conversion.It is important to find an efficient way for power conversion to reduce power losses and reduce the need for cooling and achieve environmentally friendly solutions.The use of semiconductor switches of wide band gap type is a solution to the problem.Therefore, the investigation of the SiC MOSFET in DC/DC converters is of crucial importance for the reduction of power losses.The thesis investigates the SiC MOSFET in three different tests.The efficiency test, the temperature test and the double pulse test.In the efficiency, the MOSFET STC3080KR and NTH4L022N120M3S are compared with their respective simulation made on PLECS.While in the temperature test the STC3080KR is investigated at different frequencies.In Double Pulse Test the MOSFET STC3080KR with 4-pin (TO-247 4L) package is compared with the MOSFET SCT3080KLHRC11 with 3-pin package (TO-247 N).The efficiency test shows that the MOSFET SCT3080KR in the practical test gives an efficiency in the range of 96,5-96,1% at 110kHz, 96-95,4% at 150kHz and 95,8-94,2% at 180kHz.While, the NTH4L022N120M3S gives an efficiency in the range of 98,1-97,1% at 110kHz, 96,3-96,2% at 150kHz and 96,1-95,5% at 180kHz.The efficiency given by the simulation is higher than the actual efficiency for both MOSFETs.However, the shape of the curves in the practical part matches the simulated one.The efficiency is not the same since the simulation do not consider all the losses present in the practical part.The temperature test shows that the temperature for the high side and low side increases when the frequency and the load current increases.However, some results show that when the load current increases at some point the low-side MOSFET will reach the temperature of the high-sided MOSFET and at the end it will exceed its value. This is due to the increment of the conduction losses since the low side MOSFET is basically the body diode incorporated in the MOSFET.Finally, the Double Pulse Test shows that the TO-247 N (3-pin) package switches with less source inductance compared to the TO-247 4L (4-pin) package.Therefore, the MOSFET SCT3080KLHRC11 (TO-247 N package) needs more time during the switching and which means that the switching power losses will be higher in comparison to the SCT3080KR as shown in Table 5.2 and Table 5.1. / Alla DC/DC-omvandlarprodukter inkluderar kraftelektroniska kretsar för effektomvandling. Detta gör att det är viktigt att hitta ett effektivt sätt för effektomvandlingen för att minska effektförlusterna och minska behovet av kylning och uppnå miljövänliga lösningar.Användningen av halvledaromkopplare med ett stort bandgap är en lösning på problemet.Därför är undersökningen av SiC MOSFET i DC/DC-omvandlare av avgörande betydelse för att minska effektförlusterna. Detta examensarbete undersöker SiC MOSFET i tre olika tester vilket är; Effektivitetstestet, temperaturen testet och double pulse testet.I effektivitets testet jämförs MOSFET STC3080KR och NTH4L022N120M3S med deras respektive simulering gjorda på PLECS.Medan i temperaturtestet undersöks STC3080KR vid olika frekvenser.I double pulse testet jämförs MOSFET STC3080KR med ett 4-stifts (TO-247 4L)-paket med MOSFET SCT3080KLHRC11 med ett 3-stiftspaket (TO-247 N).Effektivitetstestet visar att MOSFET SCT3080KR i det praktiska testet ger en verkningsgrad i intervallen 96,5-96,1% vid 110kHz, 96-95,4% vid 150kHz och 95,8-94,2% och vid 180kHz.Medan NTH4L022N120M3S visar en effektivitet i intervallet av 98,1-97,1% vid 110kHz, 96,3-96,2% vid 150kHz och 96,1-95,5% vid 180kHz.Verkningsgraden som ges av simuleringen är högre än den praktiska för båda MOSFET:erna.Formen på kurvorna i den praktiska delen matchar den simulerade.Verkningsgraden är inte densamma eftersom simuleringen inte tar hänsyn till alla förluster som finns i den praktiska delen.Temperaturtestet visar att temperaturen för den höga sidan och lågsidan ökar när frekvensen och belastningsströmmen ökar.Vissa resultat visar att när belastningsströmmen ökar lågsidans MOSFET når temperaturen hos den högsidiga MOSFET:en och i slutet kommer den att överstiga dess värde.Detta beror på ökningen av ledningsförlusterna eftersom MOSFET på lågsidan i grunden är kroppsdioden som ingår i MOSFET.Slutligen, visar double pulse testet att TO-247 N (3-stifts)-paketet växlar med mindre källinduktans jämfört med till TO-247 4L (4-stifts)-paketet.Därför behöver MOSFET SCT3080KLHRC11 (TO-247 N-paket) mer tid under växlingen och därför blir växlingseffektförlusterna högre jämfört med SCT3080KR, detta visas i Tabell 5.2 och Tabell 5.1.

This thesis explores the losses occurring in a specific region located in the southern part of Eskilstuna, where ESEM serves as the network owner. The study places particular emphasis on power factor and load factor as key factors. Its objective is to analyze and comprehend the extent of losses in the network and their implications. The results demonstrate that losses in the chosen area of the Eskilstuna network align with prior research and theoretical expectations. Based on calculations, the losses in this network segment amount to approximately 483 MWh per year, corresponding to a cost of approximately 272,000 Swedish Kronor for ESEM in 2022. The method of studies is based on calculations, analyzer, and literature studies to achieve a reliable result. The results show that losses within the selected area of the Eskilstuna network are consistent with previous research and theoretical expectations. Of the total loss, there are some customers who show larger losses compared to the average case. These customers were identified, and a summary analysis was made of their power factor and load factor standard deviation. These losses depend on various factors, such as the existence of reactive power, technical and non-technical losses. Measures to deal with these problems are suggested based on previous research and literature studies. Optimization of transformers, phase compensation and monitoring are some of these measures. This study provides significant insights into power grid losses and proposes potential strategies to mitigate these losses in the examined region. By minimizing such losses, ESEM has the potential to enhance the efficiency of the electrical grid, lower carbon dioxide emissions, and enhance economic outcomes for energy producers, the electricity grid operator, and consumers. For continued progress in the field, further research, and implementation of the proposed measures to streamline the power grid and reduce losses in the future is recommended. / Elnätförluster har konsekvenser för miljön, energisystemet och slutanvändarna. När energi går förlorad i elnätet minskar den totala effektiviteten i systemet och ökar belastningen på kraftgenereringen. Detta kan leda till ökade kostnader för energiproducenter och potentiellt högre priser för konsumenterna. Dessutom kan ökade elnätförluster bidra till en ökning av koldioxidutsläppen från kraftverken och därmed ha en negativ miljöpåverkan. Syftet med studien är att undersöka det befintliga elnätet i det utvalda området genom analys av data från mät-elnätavdelningen i ESEM. Metoden för studien är baserad på beräkningar, analyser och litteraturstudier för att uppnå ett pålitligt resultat. Resultaten visar att förluster inom det valda området av Eskilstunanätverket överensstämmer med tidigare forskning och teoretiska förväntningar. Baserat på beräkningar uppgår förlusterna i detta nätsegment till cirka 483 MWh, vilket motsvarar en kostnad på cirka 272 000 svenska kronor för ESEM 2022. Av den totala förlusten finns det vissa kunder som uppvisar större förluster jämfört med genomsnittsfallet. Dessa kunder identifierades, och en översiktsanalys gjordes av deras effektfaktor och standardavvikelse för belastningsfaktorn. Dessa förluster beror på olika faktorer, såsom existensen av reaktiv effekt, tekniska och icke-tekniska förluster. Åtgärder för att hantera dessa problem föreslås baserat på tidigare forskning och litteraturstudier. Optimering av transformatorer, faskompensering och övervakning är några av dessa åtgärder. Denna studie bidrar med viktig kunskap om elnätförluster och identifierar potentiella åtgärder för att minska förlusterna i det studerade området. Genom att minska förlusterna kan man öka elnätets effektivitet, minska koldioxidutsläppen och förbättra ekonomiska aspekter för energiproducenter, elnätägaren och konsumenter. För fortsatta framsteg inom området rekommenderas ytterligare forskning och implementering av de föreslagna åtgärderna för att effektivisera elnätet och minska förlusterna i framtiden.