The problem with the implementation of the PV generators is that majority of the UNDP offices are in developing and underdeveloped countries. Majority of these countries experience various problems with the power quality from the national electrical grid. There is also a second problem with the installed PV system, the problem is that the installed PV sources show a significant decrease in the expected annual yield ranging from 10 % – 60 % in some cases. The main aim of this thesis is to analyze the power quality in three countries (Nepal, Sao Tome and Namibia) and find the correlation between power quality and PV generation. This aim is done in five steps. The first step is the collection of measured data from the grid for a specific period of one year from July 2020 to August 2021. The collected data includes the current, voltage, power factor, frequency, reactive and active power. To achieve this, the Acuvim II power quality analyzer was sent to these three countries. In the second step, a literature review is done to research about power quality problems, identifying the power quality problems and analyzing the problems created by these identified power quality problems. In the three countries, undervoltage, overvoltage, swells, and sags where the main power quality problems which were recorded. The third step is a system case study process in which an in-depth analysis is done on the three PV systems and a simulation is done to understand the solar parameters which includes the specific yield, and performance ratio. The fourth step involves comparing the collected data from the PQ analyzer with the simulation results and determine the effects the power quality problems and system design have on the low annual yield. Also, the yearly amount of overvoltage and undervoltage in the three countries within the analysis period was analyzed. The voltage and fluctuation analysis also includes other power quality parameters which were measured. The collected parameters were analyzed and the correlation between the electrical grid requirements in the three countries were made with the recorded data. The final step involves recommending improvements and optimization techniques for the three systems to improve life cycle cost and long-term vision. Thus, analyzed results and simulated results are compared to evaluate the performance. The PV system in Namibia had the best grid conditions with all the grid parameters operating within the defined grid limits, there was a 30 % reduction in annual energy production in the Nepal system due to poor power quality conditions which included overvoltage, undervoltage, and frequency deviations. There was also a 50 % energy loss in the annual production of the PV systeminstalled in Sao Tome. Sao Tome also had the highest number of recorded outages with an average of 6 – 7 hours of outages recorded daily. Power quality problems recorded in Sao Tome included voltage fluctuation problems and frequency deviations.

In this thesis, an anomaly detection framework is assessed and fine-tuned to detect and explain anomalies in a power station, where EtherCAT, an Industrial Control System, is employed for monitoring. The chosen framework is based on a previously published Graph Neural Network (GNN) model, utilizing attention mechanisms to capture complex relationships between diverse measurements within the EtherCAT system. To address the challenges in graph learning and improve model performance and computational efficiency, the study introduces a novel similarity thresholding approach. This approach dynamically selects the number of neighbors for each node based on their similarity instead of adhering to a fixed 'k' value, thus making the learning process more adaptive and efficient. Further in the exploration, the study integrates Extreme Value Theory (EVT) into the framework to set the anomaly detection threshold and assess its effectiveness. The effect of temporal features on model performance is examined, and the role of seconds of the day as a temporal feature is notably highlighted. These various methodological innovations aim to refine the application of the attention based GNN framework to the EtherCAT system. The results obtained in this study illustrate that the similarity thresholding approach significantly improves the model's F1 score compared to the standard TopK approach. The inclusion of seconds of the day as a temporal feature led to modest improvements in model performance, and the application of EVT as a thresholding technique was explored, although it did not yield significant benefits in this context. Despite the limitations, including the utilization of a single-day dataset for training, the thesis provides valuable insights for the detection of anomalies in EtherCAT systems, contributing both to the literature and the practitioners in the field. It lays the groundwork for future research in this domain, highlighting key areas for further exploration such as larger datasets, alternative anomaly detection techniques, and the application of the framework in streaming data environments. / I denna avhandling utvärderas och finslipas ett ramverk för att detektera och förklara anomalier på ett kraftverk, där EtherCAT, ett industriellt styrsystem, används för övervakning. Det valda ramverket är baserat på en tidigare publicerad graf neurala nätverksmodell (GNN) som använder uppmärksamhetsmekanismer för att fånga komplexa samband mellan olika mätningar inom EtherCAT-systemet. För att hantera utmaningar inom grafiskt lärande och förbättra modellens prestanda och beräkningseffektivitet introducerar studien en ny metod för likhetsgränsdragning. Denna metod väljer dynamiskt antalet grannar för varje nod baserat på deras likhet istället för att hålla sig till ett fast 'k'-värde, vilket gör inlärningsprocessen mer anpassningsbar och effektiv. I en vidare undersökning integrerar studien extremvärdesteori (EVT) i ramverket för att sätta tröskeln för detektering av anomalier och utvärdera dess effektivitet. Effekten av tidsberoende egenskaper på modellens prestanda undersöks, och sekunder av dagen som en tidsberoende egenskap framhävs särskilt. Dessa olika metodologiska innovationer syftar till att förädla användningen av det uppmärksamhetsbaserade GNN-ramverket på EtherCAT-systemet. Resultaten som erhållits i denna studie illustrerar att likhetsgränsdragning väsentligt förbättrar modellens F1-poäng jämfört med den standardiserade TopK-metoden. Inkluderingen av sekunder av dagen som en tidsberoende egenskap ledde till blygsamma förbättringar i modellens prestanda, och användningen av EVT som en tröskelmetod undersöktes, även om den inte gav några betydande fördelar i detta sammanhang. Trots begränsningarna, inklusive användningen av ett dataset för endast en dag för träning, ger avhandlingen värdefulla insikter för detektering av anomalier i EtherCAT-system, och bidrar både till litteraturen och praktiker inom området. Den lägger grunden för framtida forskning inom detta område, och belyser nyckelområden för ytterligare utforskning såsom större dataset, alternativa tekniker för detektering av anomalier och tillämpningen av ramverket i strömmande data-miljöer.

The Swedish energy power system is in the middle of a paradigm shift where the increased share of intermittent energy sources place higher demand on the ability to regulate and balance the generation and consumption of electricity. Demand flexibility, which means that consumers can adjust their energy consumption, is a promising solution to manage the imbalance in the power system. Electric heat pumps in residential buildings are recognized to have potential to serve as a flexible load. In this thesis, an aggregated multi-family residential building model is developed to generate heat load profiles for a larger number of buildings which facilitate an assessment of the heat pump flexibility. The flexibility assessment is performed for a local distribution grid area with 174 buildings and an electricity price region in Sweden with 10 146 buildings with heat pumps. The flexibility assessment analyses the heat pump load deviation between a base load case and a case where the heat pumps receive an off-signal. The assessment takes into consideration seven flexibility parameters and is conducted for ambient temperatures between -20°C and 15°C. The thermal inertia of multi-family residential buildings facilitates a load shift with a duration of 4.4 to 9.8 hours depending on the ambient temperature. The maximal average power reduction for one hour of 10 MW in a distribution grid and 169 MW in an electricity price region illustrates the potential of using heat pumps as a demand flexibility solution in the electricity grid.

Transportsektorn står inför en omställning från förbränningsfordon till eldrivna fordon. Detta är en åtgärd för att minska koldioxidutsläppet inom transportsektorn och därmed reducera klimatpåverkan. Syftet med studien är att undersöka hur en ökad effektanvändning i form av elbilsladdning påverkar Gävles lokala elnät samt hur olika laddtekniker påverkar elnätet. Bakgrunden till studien grundar sig att elnätsföretaget vill öka medvetenheten om hur elnätets beredskap ser ut för en ökad elbilsladdning. Att undersöka elbilsladdningens påverkan på elnätet är av stor nytta för elnätsföretaget, men även andra som undersöker elbilsladdnings påverkan i elnätet kan ha användning för studien. Ämnet elbilsladdning är mycket aktuellt och många studier undersöker olika delar som berör elbilsladdning. Tidigare studier undersöker även olika typer av laddtekniker och hur smart laddning minska påverkan i elnätet. Smart laddning kan anpassa elbilsladdningen genom att styra den efter olika styrsignaler och sammankoppla hela elnätet. Denna studie undersöker delar av Gävles lokala elnät genom att simulera befintliga mätvärden lågspänningsnätet samt olika typer av elbilsladdning. Studien analyserar effektanvändningen av befintliga mätdata samt belastningsström och spänningsfall i elnätet med varierande lastprofiler i fyra olika områden. Resultatet för denna studie visar att elbilsladdning påverkar elnätet, vilket beror på vilken typ av laddteknik som används samt dimensioneringen av elnätet. Studien visar att elanvändningen i området idag har effekttoppar på eftermiddag och kväll när kunderna består av villakunder men att effekttoppen kan vara mitt på dagen där det finns industrier. Med elbilsladdning ökar belastningen samt spänningsfallet i nätet och en del av säkringarna i nätet löser ut. Laddning med 11 kW mellan kl. 16:00-19:00 samt laddning med effektvakt på 13,8 kW ger störst belastning och spänningsfall. Laddning utan styrning är den laddteknik som påverkar elnätet mest men laddning med effektvakt orsakar också problem. Laddning med 5,5 kW mellan kl. 23:00-06:00 samt när endast 50% av alla kunder laddar med 11 kW mellan kl. 16:00-19:00 är de scenarion som påverkar elnätet minst. Laddning med en låg effekt under natten när grundlasten är som lägst är den laddteknik som är mest gynnsam för elnätet. Studien visar även att nätet klarar en högre belastning av elbilsladdning inom en snar framtid om endast en del av kunderna i nätet använder elfordon. / The transport sector is facing a transition from combustion engine vehicles to electric vehicles. Through this action the carbon dioxide emissions in the transport sector can be reduced. The purpose of this study is to observe how an increased power use from electric vehicle charging (EVC) affects the local electricity grid in Gävle. The study also addresses how different charging techniques affect the electricity grid. The background of this study is to the increase awareness of the capacity of the electricity grid. There is a need from the electricity grid company to look over the impact on the grid from EVC. This could also be useful for others looking over the impact on the electricity grid from EVC. This is a hot topic and lots of other studies look over the different aspects of EVC. Previous studies also examine different types of charging techniques and how smart charging reduces the negative impact on the electricity grid. Smart charging is a way to adjust the EVC by regulating it after different parameters and connecting the entire electrical grid. This study simulates existing measured values of the low-voltage grid in Gävle and various types of EVC. This study examines the power use of existing measurement data as well as load current and voltage drops in the electricity grid with different load profiles in four different areas. Results from this study shot that EVC affects the electricity grid, to what extent depends on the type of charging technology used and the dimensions of the electricity grid. The study shows that electricity use in the area has power peaks in the afternoon and evening with residential customers, but power peaks tend to be in the middle of the day if there are industries in the area. EVC increase the load on the electricity grid, causes voltage drops and a few fuses in the grid to be triggered. Charging with 11 kW between 16:00-19:00 and charging with a power monitor of 13.8 kW create the greatest voltage drops and highest load on the grid. Charging without means of control affects the electricity grid the most but charging with a power monitor also creates problems. Charging with 5.5 kW between 23:00-06:00 as well as when only 50 % of all customers charge with 11 kW between 16:00-19:00 impacts the grid the least. Charging with low power during the night when the base load is at its lowest is the charging technology that is most favorable for the electricity grid. Results also show that the grid can handle a higher load of EVC in the near future if only some of the customers in the network start using electric vehicles.

This thesis provides complete design of generator into a spinning bike. The issue of current development is solved and the analytical design of the generator is made. The software Maxwell is being used for the analysis and optimization. On the basis of the obtained results is designed a model and a design drawing of the generator. The end of the thesis deals with the issue of connecting the generator to the mains supply and price calculation of the investment return.

The Swedish government has set a target of achieving 100% renewable electricity production by 2040, and this target is reflected in the solar strategy of the Swedish Energy Agency that states it’s possible that solar electricity may represent 5-10% of the Swedish electricity mix by 2040. It’s not easy for different participants such as individuals, companies, farmers and housing associations to find out the value of solar self-consumption and the value of surplus solar electricity that is fed into the power grid, because there are about 120 electricity trading companies and about 170 electricity grid companies in Sweden. The electricity companies have different tariffs. The purpose of this degree project is to investigate how the value of solar electricity varies depending on which electricity trading company and electricity grid company that different participants such as individuals and companies have, and also to make profitability calculations for different cases concerning five of the major electricity trading companies and electricity grid companies, respectively. Data needed for calculating the value of solar self-consumption and sold surplus electricity are collected from the electricity trading companies and electricity grid companies. Profitability is calculated by using an Excel template from the project ”Capital budget for solar cells”. This degree project shows that the value of solar self-consumption is worth more than the value of sold surplus electricity in all cases, both for individuals and for companies. For the companies, the difference in value between solar self-consumption and sold surplus electricity is much greater than for individuals, because the companies studied in this degree project don’t receive any tax reduction for the surplus electricty that is fed into the power grid. The higher the value of solar self-consumption and sold surplus electricity, the more profitable the solar cell investment becomes. The lower the value of solar self-consumption and sold surplus electricity, the less profitable the solar cell investment becomes. The prerequisites needed to achieve 5-10% of solar electricity in Sweden are strengthening or renewal of the electricity grid, budget support for solar cells, financial support systems, education about the potential for solar electricity and how it works and the willpower among various participants to invest in solar cells.

Sweden has a goal of becoming carbon neutral by 2045. To reach this goal electrification of different sectors are one of the most important pathways for becoming fossil free. The power grid in Sweden has historically been seen as stable and with unlimited transmission capacity. However, with increasing power demand of electricity in society the transmission capacity is becoming limited. In short term this can delay development of new district and housing projects. In long term capacity deficit could prevent the opportunity of electrification project replacing fossil fuel for the transport and industry sector. This could have a negative impact on both Sweden’s competitiveness and ability to become carbon neutral. As an industry player with the aim of providing leading solutions for sustainable development, AFRY has an interest in finding solutions enabling a transition to a fossil free energy use. With capacity deficits in the power grid becoming a growing problem for metropolitan areas, AFRY has requested tool that can evaluate technical solutions for solving local power deficits. The aim of this thesis is thus to develop an evaluation tool for comparing technical solutions for solving local power deficit. Based on a literature review identifying suitable technologies; reinforcing local power grids, implementing BESS or combined BESS PV systems to a local power grid are the technical solutions chosen for this study. With the compiled technical key characteristics and component costs fort the technologies the tool is developed in Excel. From testing the tool with different cases, combined BESS PV solution is seen to have the lowest investment cost if the local power deficit is low. If the deficit is high, reinforcing the grid with transformer and substation capacity is the solution whit the lowest investment cost. / Sverige har som mål att inte ha några nettoutsläpp av växthusgaser till atmosfären till 2045. För att uppnå detta mål är elektrifiering av olika sektorer sett som ett av de viktigaste spåren mot en fossilfri framtid. Elnätet i Sverige har historiskt set varit stabilt och med en näst intill obegränsad överföringskapacitet. Men med ett ökande effektbehov av el i samhället börjar den befintliga överföringskapaciteten bli begränsad och i vissa fall otillräcklig. På kort sikt kan detta försena utvecklingen av nya stads- och bostadsprojekt. På lång sikt kan kapacitetsbrist förhindra möjligheten av elektrifieringsprojekt med syfte att ersätta fossila bränslen inom transport- och industrisektorn. Detta kan påverka Sveriges konkurrenskraft och mål att inte ha några nettoutsläpp av växthusgaser negativt. Som en aktör med målet att tillhandahålla ledande lösningar för en hållbar framtid har AFRY ett intresse av att finna lösningar som möjliggör en omställning till fossilfri energi. Eftersom kapacitetsbrist i elnätet är ett växande problem i och runt storstadsregioner, har AFRY efterfrågat ett verktyg som kan utvärdera tekniska lösningar för att möta lokal effektbrist. Syftet med denna studie är där med att utveckla ett utvärderingsverktyg som jämföra tekniska lösningar för att möta lokal effektbrist. Genom en litteraturstudie har kunskap om olika tekniska lösningar sammanställts och förstärkning av lokala elnät, implementering av BESS eller kombinerade BESS PVsystem till det lokala elnätet inkluderats som lösningar i denna studie. Tillsammans med de tekniska parametrarna och investeringskostnader för teknikerna utvecklas ett analysverktyg i Excel. Från att ha testat olika fall i verktyget kan den kombinerade BESS PV-lösningen ses ha den lägsta investeringskostnaden om effektbristen är låg. Om effektbristen där emot är hög är utbyggnad av transformator och nätstations kapacitet i det lokala elnätet lösningen med lägst investeringskostnad.

Die Bundesregierung plant im Rahmen der Energiewende den Anteil von erneuerbaren Energien an der Stromerzeugung in Deutschland von heute rund 25% auf 80% bis zum Jahr 2050 auszubauen. Damit stehen auch dem Stromsektor in Sachsen grundlegende Veränderungen bevor. Derzeit leistet im Freistaat Sachsen die Braunkohle den größten Beitrag zur Elektrizitätsbereitstellung. Mit dem zunehmenden Ausbau an erneuerbaren Energien steigt der Anteil dargebotsabhängiger Energieträger. Daraus resultieren technische und wirtschaftliche Herausforderungen für das bestehende Energiesystem, wie z.B. die künftige Bereitstellung von Systemdienstleistungen. Mit diesen und weiteren Fragestellungen zur Transformation des Elektrizitätssystems haben sich Nachwuchswissenschaftler der TU Dresden in den vergangenen zwei Jahren im Rahmen des vom Europäischen Sozialfonds – ESF geförderten Projekts EnerSAX auseinander gesetzt. Neben der Erstellung einer Potenzialanalyse für Sachsen wurden sowohl technische Fragestellungen,wie z.B. die Auswirkungen der Integration erneuerbarer Energien auf die Übertragungs-, Verteilungs-und Niederspannungsnetze, als auch ökonomische Fragestellung, wie z.B. die künftige Ausgestaltung der Regelenergiemärkte, untersucht. Durch die Zusammenarbeit der Nachwuchsforscher aus den Bereichen der Elektrotechnik und Energiewirtschaft konnten so integrierte Lösungsansätze zur Ausgestaltung einer weitgehend auf erneuerbaren Energien beruhenden Energieversorgung mit dem Fokus auf Sachsen im transnationalen Kontext erarbeitet werden. Die wesentlichen Ergebnisse aus dem Projekt werden in diesem Buch vorgestellt.

Die Bundesregierung plant im Rahmen der Energiewende den Anteil von erneuerbaren Energien an der Stromerzeugung in Deutschland von heute rund 25% auf 80% bis zum Jahr 2050 auszubauen. Damit stehen auch dem Stromsektor in Sachsen grundlegende Veränderungen bevor. Derzeit leistet im Freistaat Sachsen die Braunkohle den größten Beitrag zur Elektrizitätsbereitstellung. Mit dem zunehmenden Ausbau an erneuerbaren Energien steigt der Anteil dargebotsabhängiger Energieträger. Daraus resultieren technische und wirtschaftliche Herausforderungen für das bestehende Energiesystem, wie z.B. die künftige Bereitstellung von Systemdienstleistungen. Mit diesen und weiteren Fragestellungen zur Transformation des Elektrizitätssystems haben sich Nachwuchswissenschaftler der TU Dresden in den vergangenen zwei Jahren im Rahmen des vom Europäischen Sozialfonds – ESF geförderten Projekts EnerSAX auseinander gesetzt. Neben der Erstellung einer Potenzialanalyse für Sachsen wurden sowohl technische Fragestellungen,wie z.B. die Auswirkungen der Integration erneuerbarer Energien auf die Übertragungs-, Verteilungs-und Niederspannungsnetze, als auch ökonomische Fragestellung, wie z.B. die künftige Ausgestaltung der Regelenergiemärkte, untersucht. Durch die Zusammenarbeit der Nachwuchsforscher aus den Bereichen der Elektrotechnik und Energiewirtschaft konnten so integrierte Lösungsansätze zur Ausgestaltung einer weitgehend auf erneuerbaren Energien beruhenden Energieversorgung mit dem Fokus auf Sachsen im transnationalen Kontext erarbeitet werden. Die wesentlichen Ergebnisse aus dem Projekt werden in diesem Buch vorgestellt.

Die Bundesregierung plant im Rahmen der Energiewende den Anteil von erneuerbaren Energien an der Stromerzeugung in Deutschland von heute rund 25% auf 80% bis zum Jahr 2050 auszubauen. Damit stehen auch dem Stromsektor in Sachsen grundlegende Veränderungen bevor. Derzeit leistet im Freistaat Sachsen die Braunkohle den größten Beitrag zur Elektrizitätsbereitstellung. Mit dem zunehmenden Ausbau an erneuerbaren Energien steigt der Anteil dargebotsabhängiger Energieträger. Daraus resultieren technische und wirtschaftliche Herausforderungen für das bestehende Energiesystem, wie z.B. die künftige Bereitstellung von Systemdienstleistungen. Mit diesen und weiteren Fragestellungen zur Transformation des Elektrizitätssystems haben sich Nachwuchswissenschaftler der TU Dresden in den vergangenen zwei Jahren im Rahmen des vom Europäischen Sozialfonds – ESF geförderten Projekts EnerSAX auseinander gesetzt. Neben der Erstellung einer Potenzialanalyse für Sachsen wurden sowohl technische Fragestellungen,wie z.B. die Auswirkungen der Integration erneuerbarer Energien auf die Übertragungs-, Verteilungs-und Niederspannungsnetze, als auch ökonomische Fragestellung, wie z.B. die künftige Ausgestaltung der Regelenergiemärkte, untersucht. Durch die Zusammenarbeit der Nachwuchsforscher aus den Bereichen der Elektrotechnik und Energiewirtschaft konnten so integrierte Lösungsansätze zur Ausgestaltung einer weitgehend auf erneuerbaren Energien beruhenden Energieversorgung mit dem Fokus auf Sachsen im transnationalen Kontext erarbeitet werden. Die wesentlichen Ergebnisse aus dem Projekt werden in diesem Buch vorgestellt.