Decision problems in operation and planning of power systems often rely on large-scale models and data sets. Lack of historical power flow data due to regulatory restrictions often limits researchers to study the system with aggregated network models. Aggregated data from the electricity market operators (Nordpool in the Nordics) and the Transmission System Operator (TSO) (from ENTSO-E) are openly available, and can be used to study the power flow and exchanges between different regions but do not directly provide information about intra-region flows. This project builds upon the Nordic 490 system, a previously built model of the Nordic power system. The main objective of this work is to improve the existing open source power flow model of the Nordic power system, in order to become in turn available for the multi-energy modelling and simulation software Spine. The N490 model generates a model of the Nordic power system consisting of various nodes/buses which represent substations at different voltage levels. Then, it distributes the aggregated production, consumption and power exchange data from Nordpool to the various buses. In this project, different possible improvements are evaluated for the model, aiming at estimating a set of network parameters that minimize the errors between the calculated inter-region flows and the ones from the open data repositories. The different improvements which are evaluated are the following. Firstly, the load distribution is modified and reassigned to match the regional electricity consumption. The generators and wind farms are then reallocated to different bus based on their bidding region and proximity to the bus. The databases are improved and the power balance relation modified. Transmission line parameters are then investigated, first to standard recommended values and then by solving an optimisation problem formulated to extract the parameters from the market data. Finally, the model is also tested with wind and solar generation modelled as a generator rather than as a negative load. / Beslutsproblem gällande drift och planering av kraftsystemet baseras ofta på storskaliga modeller och datamängder. Bristen på historiska data gällande effektflöden beror på säkerhetsrestriktioner vilket begränsar forskare till att enbart studera aggregerade nätverksmodeller. Det finns tillgängliga aggregerade data från den nordiska elmarknadsplatsen Nordpool och organisationen ENTSO-E som kan användas för att studera effektflöden mellan olika regioner, dock finns det inte direkta data för flöden inom regionerna. Det här projektet bygger på det nordiska 490-systemet, en tidigare byggd modell av det nordiska kraftsystemet. Huvudsyftet med detta arbete är att förbättra den existerande effektflödesmodellen av det nordiska kraftsystemet, för att i sin tur bli tillgänglig för multienergimodelleringar och simuleringsprogramvaran Spine. N490-modellen genererar en modell för det nordiska kraftsystemet som innehåller olika noder som presenterar ställverk med olika spänningsnivåer och modellen ger också aggregerade data för produktion, konsumtion och effektutbyte mellan de olika noderna från Nordpool. I detta projekt utvärderades olika möjliga förbättringar för modellen som syftar till att uppskatta nätverkets parametrar som kan minimera felen mellan beräkningar av flöde inom regionen och data från öppna datalagringskällor. Följande förbättringar gjordes: Först har lastens fördelning modifierats och ändrats för att matcha den regionala elkonsumtionen. Generatorer och vindkraftsparker allokerades till olika noder baserad på elhandelsområden och närhet till noderna. Databasen förbättrades för att erhålla en bättre effektbalans per område. Kraftledningarnas parametrar ändrades först till rekommenderade standardvärden, vilka sedan förbättrades genom att formulera ett optimeringsproblem för att extrahera parametrarna från markandsdata. Slutligen testades modellen genom att presentera vind- och sol-produktion som generatorer istället för som negativ förbrukning.

The transition in the transport sector by the integration of battery electric vehicles (BEVs) brings a new challenge for the system operators to ensure the balance between supply and demand. The installation of new EV charges poses a surge in electricity demand in the coming years which jeopardizes the grid reliability and stability. With the new EV policies in place, Sweden will have a huge growth of BEVs and the associated charging infrastructures. The challenges faced by the electricity transmission and distribution will depend on the type and smart capability of the infrastructure. Therefore, research is conducted to analyze the impacts of the mix of public and private residential EV charging and how smart charging can help in mitigating the impacts. This thesis studies the impact of the mix of private residential and public EV chargers on the power network of Hammarby Sjöstad, a neighborhood of Stockholm. Four substations out of 20 corresponding to the areas with the highest proportion in the residential and commercial sectors in the network were chosen for the study and power flow analysis was carried out to analyze the impacts in the year 2025. EV chargers were categorized into public and private residential chargers. The public chargers had rated power of 22 kW each while residential chargers were rated at 3.68 kW each. EVs can behave as energy vectors, and it is possible to optimize their charging as a part of demand-side management which includes peak shaving or shifting. Optimizing EV charging was treated as a mixed integer linear programming (MILP) problem to schedule EV charging for both reducing losses and the cost of electricity import from the grid. Two optimization strategies were investigated to analyze their potential to reduce the peaks due to uncontrolled charging. Renewable energy generation from solar PVs integrated with EV chargers reduces the import of electricity from the grid during the day which not only reduced the losses but also the cost of importing electricity from the grid. The effect of intermittency of solar PV generation was reduced by implementing BESS. At low price periods, the BESS was charged using the excess PV power and at higher price periods, the BESS was discharged. Three scenarios were developed, where the Reference scenario refers to the base case without PV and BESS, With PV scenario considered only PV generation while With PVBESS scenario considered the implementation of BESS with PV. Three test cases were simulated for each of the scenarios, and it was found that by the implementation of smart charging, the losses in the network reduce by 35.5% and it also significantly reduced the losses in all the other scenarios. Implementation of smart charging reduced the cost of electricity import from the grid by 4.3%. The integration of PV generation led to a 7% further reduction in the losses and cost of electricity import as compared to the Reference scenario. The integration of BESS increased the losses in the network, but it also enhanced the self-consumption of PV power. The implementation of smart charging not only reduces the losses and costs of import but will lead to savings in grid reinforcement costs. / Övergången inom transportsektorn genom integrering av batteri -elektriska fordon (BEV) medför en ny utmaning för systemoperatörerna att säkerställa balansen mellan utbud och efterfrågan. Installationen av nya elavgifter innebär en kraftig ökning av elbehovet under de kommande åren, vilket äventyrar nätets tillförlitlighet och stabilitet. Med den nya EV -politiken på plats kommer Sverige att ha en enorm tillväxt av BEV och tillhörande ladd infrastrukturer. Utmaningarna för elöverföring och distribution beror på infrastrukturens typ och smarta kapacitet. Därför forskas för att analysera effekterna av blandningen av offentliga och privata EV -laddningar för bostäder och hur smart laddning kan hjälpa till att mildra effekterna. Denna avhandling studerar effekten av blandningen av privata bostäder och offentliga EV -laddare på kraftnätet i Hammarby Sjöstad, en stadsdel i Stockholm. Fyra transformatorstationer av 20 motsvarande de områden med den högsta andelen inom bostads- och kommersiella sektorer i nätet valdes ut för undersökningen och effektflödesanalys utfördes för att analysera effekterna år 2025. EV -laddare kategoriserades offentligt och privata bostadsladdare. De offentliga laddarna hade en nominell effekt på 22 kW vardera medan bostadsladdare var 3,68 kW vardera. Elbilar kan bete sig som energivektorer, och det är möjligt att optimera laddningen som en del av hanteringen på efterfrågesidan som inkluderar topprakning eller växling. Optimering av EV -laddning behandlades som ett blandat heltal linjärt programmeringsproblem (MILP) för att schemalägga EV -laddning för både minskning av förluster och kostnader för elimport från nätet. Två optimeringsstrategier undersöktes för att analysera deras potential att minska topparna på grund av okontrollerad laddning. Förnybar energiproduktion från solcellsanläggningar integrerade med EV -laddare minskar importen av el från nätet under dagen vilket inte bara minskade förlusterna utan också kostnaderna för att importera el från nätet. Effekten av intermittency av solcellsgenerering genererades genom att implementera BESS. Vid lågprisperioder debiterades BESS med överskott av PV -effekt och vid högre prisperioder laddades BESS ur. Tre scenarier utvecklades, där referensscenariot hänvisar till basfallet utan PV och BESS, med PV -scenario endast betraktat PV -generering medan With PVBESS -scenario övervägde implementeringen av BESS med PV. Tre testfall simulerades för vart och ett av scenarierna, och det visade sig att genom implementering av smart laddning minskar förlusterna i nätverket med 35,5% och det minskade också avsevärt i alla andra scenarier. Genomförandet av smart laddning minskade kostnaden för elimport från nätet med 4,3%. Integrationen av PV -produktion ledde till en ytterligare minskning av förlusterna och kostnaderna för elimport med 7% jämfört med referensscenariot. Integrationen av BESS ökade förlusterna i nätet, men det förbättrade också självförbrukningen av PV-kraft. Genomförandet av smart laddning minskar inte bara förluster och kostnader vid import utan leder till besparingar i nätförstärkningskostnader.

In recent years, photovoltaic (PV) power production have seen an increase and the PV power systems are often located in the distribution grids close to the consumers. Since the distributions grids rarely are designed for power production, investigation of its effects is needed. It is seen in this thesis that PV power production will cause voltages to rise, potentially to levels exceeding the limits that grid owners have to abide by. A model of a distribution grid is developed in MathWorks MATLAB. The model contains a transformer, cables, households, energy storage systems (ESS:s) and photovoltaic power systems. The system is simulated by implementing a numerical Forward Backward Sweep Method, solving for powers, currents and voltages in the grid. PV power systems are added in different configurations along with different configurations of ESS:s. The results are analysed, primarily concerning voltages and voltage limits. It is concluded that addition of PV power production in the distribution grid affects voltages, more or less depending on where in the grid the systems are placed and what peak power they have. It is also concluded that having energy storage systems in the grid, changing the power factor of the inverter for the PV systems or lowering the transformer secondary-side voltage can bring the voltages down. / På senare tid har det skett en ökning i antalet solcellsanläggningar som installeras i elnätet och dessa är ofta placerade i distributionsnäten nära hushållen. Eftersom distributionsnäten sällan är dimensionerade för produktion så behöver man utreda effekten av det. I det här arbetet visas det att solcellsproduktion kommer att öka spänningen i elnätet, potentiellt så mycket att de gränser elnätsägarna måste hålla nätet inom överstigs. En modell över lågspänningsnätet skapas i MathWorks MATLAB. Modellen innehåller transformator, kablar, hushåll, energilager och solcellsanläggningar. Systemet simuleras med hjälp av en numerisk Forward Backward Sweep-lösare som beräknar effekter, strömmar och spänningar i elnätet. Solcellanläggningarna placeras ut i elnätet i olika konfigurationer tillsammans med olika konfigurationer av energilager. Resultaten från simuleringarna analyseras främst med avseende på spänningen i elnätet utifrån dess gränser. De slutsatser som dras i arbetet är att solcellsproduktion kommer att påverka spänningen, mycket beroende på var i elnätet anläggningarna placeras och storleken hos dem. Det visas också att energilager, justering av effektfaktor hos solcellsanläggningarna eller en spänningssänkning på transformatorns lågspänningssida kan få ner spänningen i elnätet. / <p>LiTH-ISY-EX--19/5194--SE</p>