Modern technology and fast development of heat pumps, the hunt for savings in energy consumption and the strive for environmentally friendly energy sources, convenience, and financial profit, have made heat pumps a reasonable alternative for the heating of houses. When the heat pump starts it will consume a considerable amount of current, which may result in a short-lived voltage-drop if the power grid is weak compared to the start-up current. The company Fortum Distribution which owns and administrates electrical network is interested in an investigation that deals with heat pumps affect on the quality of electricity. The purpose of this investigation is to study fast electrical fluctuations (flicker) as a result of start-up currents for single as well as multiple heat pumps on the same electrical station and from this evaluate whether there will be any problems installing heat pumps.

Rapporten behandlar en elkvalitetsutredning vid Metsä Boards fabrik i Husum. Utredningen ska utföras eftersom fabriken har genomgått en förändring då kartong tillverkas istället för papper. Detta påverkar hur konsumtionen av el ser ut både vad gäller mängd men även hur den konsumeras. Exempelvis har många strömriktare ersatts av frekvensomriktare. Någon sammangripande bild av hur läget innan såg ut finns inte så en elkvalitetutredning kommer utföras på hela fabriken, även på massabruket där processen är lika som innan omvandlingen. Störningarna i elkvaliten som rapporten kommer behandla är, övertoner, spänningsdippar, flimmer och transienter med extra fokus på THD. Nivåerna på dessa störningar kommer jämföras med de avtal som finns med elleverantören samt med standarder och föreskrifter inom området. Efter att enlinjeschemat på huvudfördelningen av el har granskats, samt genomgång om var befintlig mätutrustning finns installerad sätts en plan upp om hur utredningen skall utföras. Detta leder till att mätningar utförs på inkommande linjer från Gideåbacka transformatorstation som distribueras av Vattenfall, men även på underliggande mellanställverk inne i fabriken. Resultatet ger dels en helhetsbild men också en aning om var eventuella störningskällor kan vara placerade i fabriken. Utredningen visar att elkvaliteten överlag är god, de störningar som ligger i närheten av de gränsvärden som finns är 7e övertonen på inkommande linjer HSM1 och HSM2. Utredningen visar att Metsä Boards fabrik i Husum inte är orsaken till uppkomsten av den höga övertonhalten. Problemet uppstår från det kondensatorbatteri som är anslutet till 44 kV-skenan i Vattenfalls transformatorstation i Gideåbacka, vilket skapar resonans med lasten som är ansluten. / This report contains an investigation on the quality of the distributed electricity to Metsä Board Mill in Husum. Because the Mill has gone through large changes in the process, the end product is nowadays cardboard instead of paper and an investigation is needed. These changes have lead to a different consumption of electricity, both of the amount and the way it is consumed. There’s no summarizing image of how the electricity quality looked like before therefore a full investigation of the whole factory is needed. That includes an investigation of the pulp mill that hasn’t gone through any changes. The report investigates disturbances such as THD, voltage dips, flicker and transients with extra focus on THD. The result of the measurements is compared to agreement that’s been signed with Vattenfall but also to regulations and standards that exist. After the schedule of the main distribution of electricity for the factory has been studied, a plan is set for how the work should be done. Measurements is going to be taken at the incoming lines that are distributed by Vattenfall, but also at lower voltage transformers in the factory to be able to see where sources of disturbances might be.   The result shows that the quality of the electricity overall is good, the only thing is that the 7th harmonic on the incoming lines sometimes is higher that the acceptable limits. Further the investigation shows that the factory itself isn’t the source of these distortions. The distortion comes from a VAr (reaktiv effect) capacitor bank that is installed at Vattenfalls transformer station in Gideåbacka. The capacitor bank creates resonance with the connected load and that leads to amplification of certain harmonics.

<p>Modern technology and fast development of heat pumps, the hunt for savings in energy consumption and the strive for environmentally friendly energy sources, convenience, and financial profit, have made heat pumps a reasonable alternative for the heating of houses.</p><p>When the heat pump starts it will consume a considerable amount of current, which may result in a short-lived voltage-drop if the power grid is weak compared to the start-up current.</p><p>The company Fortum Distribution which owns and administrates electrical network is interested in an investigation that deals with heat pumps affect on the quality of electricity.</p><p>The purpose of this investigation is to study fast electrical fluctuations (flicker) as a result of start-up currents for single as well as multiple heat pumps on the same electrical station and from this evaluate whether there will be any problems installing heat pumps.</p>

Good power quality is not only determined by uninterruptable power supply, voltage deviations also affect the function of the network and the equipment connected. Electromagnetic disturbances as flicker, harmonics, interharmonics and unbalance are decreasing the power quality. How are the measurement methods and restrictions stated, to keep the voltagedeviations within reasonable limits and thereby maintaining the networkfunction? Lillgrund wind farm has power quality restrictions set by E.ON Elnät to fulfil in the connection point to the subtransmission network. In addition isa fault ride through requirement set by SVK. All equipment connected tothe network are introducing voltage changes, which can be measured at the point of connection. The scope of the thesis has been to explicitly determine Lillgrund‟s emissions. Three-phase voltage and current measurements have been performed, with measurement systems comprising different bandwidth, to analyse the power quality parameters.Comparisons between standard documentation and technical specifications have been made in order to precise what is considered as good power quality and how it can be measured accurately.

För konsumenter är det svårt att finna utförlig information om vilka dimrar och LED-lampor som fungerar bäst tillsammans. Konsumenter behöver god vägledning att välja rätt produkter för att man vill ha en lampa som klarar av att lysa som den ska och inte orsakar synligt flimmer. Det pågår även forskning för att se hur icke-visuellt flimmer kan vara hälsoskadligt. Även en god elkvalitet är viktig, då dålig elkvalitet kan skada produkterna och även påverka annan utrustning som finns på samma nät. Med ljusmätare och elkvalitetsmätutrustning utfördes mätningar av flimmer- och elkvalitetsrelaterade faktorer på olika kombinationer av LED-lampor och dimrar. Även synliga egenskaper observerades. Mätningarna visar att flimmer påverkas mestadels av lampan medan både lampa och dimmer påverkar de elkvalitetsrelaterade faktorerna. Observationer av tester av olika kombinationer indikerar att val av både dimmer och lampa påverkar möjligheten att dimra ner till helt släckt lampa. Problemfri dimring till max-nivå uppnås med större säkerhet med LED-lampor utan filament. Arbetet visar att det behövs fördjupade studier inom området för att konsumenten ska kunna ges information om vilka produkter han eller hon bör välja, då val av produkt har bevisats spela stor roll.

Denna studie har genomförts i form av en undersökning med 25 respondenter. Arbetet harsyftat till att fackmän inom belysningsbranschen samt privatpersoner och intressenter ska fåen indikation på hur människan uppfattar ljuset från fasdimrade LED-ljuskällor i privata hem.Studien har studerat två frågeställningar gällande människans upplevelse av flimmer blandannat hur känslig människan är för flimmer hos en ljusreglerad LED-ljuskälla innan detuppfattas som obekvämt. Vetenskaplig litteratur har använts för att få en förståelse och djuparekunskap kring problematiken gällande människans hälsopåverkan vid exponering av flimmer,samt vilka riktlinjer och möjliga tillvägagångssätt som finns för att lösa denna problematik. Föratt ta reda på hur väl människan uppfattar flimmer samt hur upplevelsen av obekvämlighetenpåverkas har en enkät tagits fram till studien. Undersökningen konstaterar att människoruppfattar flimmer i olika mängd, trots frekvenser över 90Hertz (Hz). Genom data från digitalamätningar och inhämtad empiri från arbetets undersökningsstudie kan man konstatera att detinte enbart är frekvensnivån som påverkar människans uppfattning av flimmer, utan ävenljuskällans andel flimmerprocent. Ett samband mellan upplevd obekvämlighet och flimmer kananas, men inte fastslås som ett tydligt resultat. Arbetet avgränsades genom att undersökningenenbart utfördes under en kortare period med ett färre antal respondenter. / This study has been carried out in the form of a survey with 25 respondents. The work has aimedto give professionals and individuals an indication of how people perceive the light from phasedimmedLED light sources in private homes. The study has investigated two issues regardingthe human experience of flicker, and how sensitive human beings are to flicker from a phasedimmedLED light source before it will be perceived as inconvenient. Scientific literature hasbeen reviewed to gain an understanding and deeper knowledge about the impact of flicker onhuman health, and which guidelines and possible approaches there are to solve the problem. Asurvey has been developed to find out if flicker is perceived by humans, and how the perceptionof inconvenience is experienced. The study found out that people perceive flicker differently,despite measured frequencies above 90 Hertz (Hz). Through data from digital measurementsand acquired empirical evidence from the study’s results, it is not only the frequency level thataffects humans perception of flicker, but also the percentage of light emitted from the lightsource. A correlation between perceived inconvenience and flicker can be noted, but notdetermined as a clear result. The work was limited by only investigating a small population ofrespondents over a short period of time.

Elkvalitet beror på flera olika faktorer, exempelvis kortvarig spänningshöjning, kortvarig spänningssänkning, snabba spänningsvariationer (flimmer), spänningssprång, transienter, övertoner eller spänningsosymmetri. Den vanligaste åtgärden för att förbättra elkvaliteten i ett industrinät med ljusbågsugn och höga nivåer av snabba spänningsvariationer är att använda sig av reaktiv effektkompensering.  Denna studie undersöker snabba spänningsvariationers eventuella påverkan på elektrisk utrustning, både gällande användning och livslängd. Vidare undersöks även elkvaliteten i Sandviks industrinät där elektrisk utrustning upplevs ha blivit defekt tidigt under dess livslängd. Detta för att finna åtgärder som kan förbättra elkvaliteten för industrinätet, där en ljusbågsugn används i produktionen. I studien har mätdata gällande elkvalitet från Sandvik jämförts med mätdata från andra industrier vilket sedan analyserat utifrån gällande elkvalitetsnormer. Data om vilken typ av utrustning som kan ha påverkats och information om hur elnätsföretag upplever industriers påverkan på elkvalitet har samlats in genom intervjuer med personal på Sandvik och Vattenfall. Även tidigare forskning behandlas i denna studie. Resultatet visar att Sandviks elkvalitet påverkas av när ljusbågsugnen körs. Flimmernivån är den elkvalitetsstörning som återkommande överstiger normen vid anslutningspunkten av utrustning som tidigt blivit defekt. Tidigare forskning visar att användandet av utrustning kan påverkas av snabba spänningsvariationer till exempel i form av mindre hastighetsförändringar i motorer. I jämförelsen mellan Sandvik och de andra industriernas mätdata framkommer bland annat att höga flimmernivåer är vanligt förekommande i industrinät med ljusbågsugn. För att åtgärda Sandviks flimmernivåer och förbättra deras elkvalitet kan en reaktiv effektkompensering i form av en STATCOM installeras. Det finns inte forskning i tillräcklig stor grad för att kunna dra säkra slutsatser gällande hur snabba spänningsvariationer påverkar elektrisk utrustnings livslängd. Det finns dock forskning som indikerar att så är fallet. Denna studies insamlade data leder inte heller till några säkra slutsatser gällande detta men tydliggör att nuvarande testprocedurer om utrustnings immunitet mot snabba spänningsvariationer inte går att jämföra med de verkliga förhållandena i ett industrinät. Slutsatsen är även att fler studier i ämnet krävs. / Power quality depends on several different factors, such as voltage sags, voltage dips, voltage fluctuation (flicker), rapid voltage changes, transients, harmonics or voltage asymmetry. To improve the power quality in an industrial network one common mitigation is reactive power compensation.     This study examines the possible effects of voltage fluctuations on electronic equipment, both in terms of use and service life. Furthermore, Sandvik's power quality in their industrial network is also examined, where electronic equipment is perceived to have become defective early in its service life. To improve the power quality the goal is to find suitable mitigation for the arc furnace in the industrial network. In this study, the power quality at Sandvik was compared with the power quality from similar industries and analyzed based on current power quality standards. Through interviews with staff at Sandvik and Vattenfall data was provided regarding which type of equipment that may have been affected and information on how electricity network companies experience the impact from industries on power quality. Previous research is also covered in this study. The result shows that the power quality at Sandvik is affected when the arc furnace is active. The flicker level is the power quality disturbance that repeatedly exceeds the norm at the connection point of equipment that has become defective at an early stage. Previous research shows that the use of equipment can be affected by voltage fluctuations, for example in the form of minor speed changes in motors. The comparison between Sandvik and the similar industries reveals that industrials networks with an arc furnace often is affected by high flicker levels. By installing a reactive power compensator, in form of a STATCOM, the high flicker level of Sandvik’s industrial network can be mitigated. There is not enough research to be able to draw definite conclusions if voltage fluctuation affects the lifespan of electronic equipment. However, there is research that indicates that this is the case. The data collected in this study also do not lead to any definite conclusions regarding this but clarifies that current test procedures on equipment immunity to voltage fluctuations cannot be compared with the actual conditions in an industrial network. The conclusion is also that more studies on the subject are required.

The thesis work was carried out within the Swedish Transport Agency's ERTMSproject to assist in deciding on the power supply of the facilities along the railways related to the project. This work applies to areas such as the implementation of the new rectifier, the Rectiverter, and power supply design with focus on redundancy and the overall electricity quality. The work was carried out by processing data from one week's power quality measurement at one of the signal plants where there was an installed Rectiverter. The results were set against current standards and causes of events discussed. The work indicates that the tested facility where power quality was measured meets the applicable standards. However, measures can be made to increase the efficiency of the facility, concerning both redundancy and direct power losses. This refers to the choice of power supply at facilities around the country and the conversion of AC to DC before the UPS and DC to AC-voltage after UPS to the Rectiverter. In chapter one terminology and abbreviations are listed. Chapter two contains an introduction to the report where background, purpose and objectives are formulated. Theory of power quality concepts, data processing, prevailing standards and information about the facilities of the Swedish Transport Administration can be found under chapter three. In chapter four, the methodology used for the power quality measurement and how it was carried out is presented. This includes the collection of sources, used equipment, practical set-up and used method for analysis. In chapter five, the results from the measurement are presented, which are then discussed further in the discussion (chapter six). The report is then summarized with conclusions and suggestions for further work in chapters seven and eight.

Gotland har länge präglats av mycket speciella lösningar och legat i framkant vad gäller ny teknik. Under ca 20 år har Gotland haft en VSC-HVDC-station som har stabiliserat spänningen i det gotländska nätet. HVDC Light har löst en del av de tekniska begränsningarna som hindrat utvecklingen av vindkraftverk. Anläggningen börjar lida mot slutet av sin tekniska livslängd och examensarbetet är ett första steg i utredningen för en eventuell ersättning. Med hjälp av elkvalitetsmätare kartlagdes prestanda och eventuella förbättringsområden. Den svenska stamnätsoperatören Svenska kraftnät har sedan 2016 haft en VSC-HVDC-station som använts för att utväxla energi till asynkrona systemet i Östeuropa. Svenska kraftnät har på senare tid velat utnyttja spänningsregleringsmöjligheterna och utreda mättekniska metoder. Elkvalitetsmätare placerades ut på lämpliga mätpunkter för att utreda anläggningens beteenden. ELSPEC G4500 elkvalitetsmätare installerades på Nordbalt och Gotlands HVDC Light för att mäta under sensommar till hösten 2017. Skillnader mellan CVT och IVT samt Rogowskispole och CT mättes. Valet av ELSPEC lämpade sig bra eftersom att inga triggningsvillkor behövdes som tillåter att man kan upptäcka små men viktiga avvikelser. Gotlands HVDC Light stabiliserar nätet främst mot spänningsdippar efter kortslutningar i 10 kV-elnätet och flimmer ifrån vindkraftsparkerna i ände 2. Märkeffekten för en uppdaterad anläggning kommer baseras på den kortslutningseffekt i 10 kV-nätet som kan utvecklas under anläggningens livstid. Spänningsregleringen ska baseras på en PI-regulator och ska kunna reglera fullt på 40 ms. Komponentspänningar kan användas för att ge reaktiv effekt på de faser som behöver det. Behovet mot flimmer ska baseras på en mätning i närmaste konsumtionscentrum, två mil från ände 2. Om behovet finns, ska en separat loop för flimmerkontroll som motverkar 1,5 Hz-komponenter implementeras utifrån en punkt ca 1,5 mil ifrån ände 2. Teknikvalet står mellan two-level generation 3 eller MMC, beroende på uppgradering eller ersättning. Många olika framtida scenarion påverkar HVDC Lights roll och oavsett, kommer mycket resurser behövas för Gotlands och HVDC Lights framtid. Det har observerats två beteenden på Nordbalt varav ena är långsam och det andra beteendet är snabbt. Det snabba beteendet uppstår när lågohmiga fel sker som också synkronmaskinerna tar hand om. Nordbalt kan hjälpa till för mindre spänningsvariationer om den varit snabbare likt beteendet vid lågohmiga fel. En stabilitetsbedömning behövs dock eftersom att snabbare beteende ökar risken för instabilitet. Eftersom att data mellan CVT och IVT skiljde sig mycket, upplystes mättekniska problem. Några lösningar diskuteras varav RCVT och PQSensor gås igenom grundligt. Alternativa lösningar som MoW och mobila enheter presenteras också vagt. Samtliga lösningar visade sig ha praktiska hinder, vilket försvårar genomförandet. Det uppmanas därför att man bör testa teknikerna i laborationsmiljö eftersom begränsat med studier gjorts på dessa samt att konkurrerande tillverkare uppger olika uppgifter. / Gotland has long been known for various special solutions and been on the leading edge regarding new technology. For the past 20 years Gotland has had a VSC-HVDC station that has stabilized the voltage in the Gotlandic grid. HVDC Light has solved some of the technical limitations that has hindered the growth of wind turbines. The station has almost reached the end of its technical lifespan and the thesis is a first step in the investigation for an eventual replacement. With power quality analyzers performance and improvements were investigated. The Swedish transmission system operator Svenska kraftnät have since 2016 had a VSCHVDC station that have been used to exchange energy to the asynchronous system in Eastern Europe. Svenska kraftnät has of lately wanted to take advantage of the voltage control capabilities and investigate measurement technologies. Power quality analyzers were installed on suitable connection points to investigate the behavior of the station. ELSPEC G4500 power quality analyzers were installed on Nordbalt’s and Gotland’s HVDC Light to measure during the late summer to fall of 2017. The differences between CVT and IVT, and Rogowski coil and CT were captured. The choice of ELSPEC suited well since no trigger conditions are needed which allows small but important errors to be discovered. Gotland’s HVDC Light stabilizes the grid mostly against voltage sags for faults in the 10 kVgrid and flicker from the wind farms in node 2. The rated power for an upgrade should be based on the 10 kV-grid short-circuit power to be developed during the station’s life span. The voltage control should be based on a PI-controller and should be able to transmit full power in 40 ms. Component voltages can be used to produce reactive power on the phases in need. The need against flicker should be based on measurements in the closest center of consumption, 2 miles from node 2. If it’s needed, a separate loop for flicker-control that prevents 1.5 Hz-components based on a point 1.5 mile from node 2 should be implemented. Depending on an upgrade or replacement, the topology can either be “two-level generation 3” or MMC. Many different future scenarios affect HVDC Light’s role and more resources will be required for Gotland’s and HVDC Light’s future. Two behaviors have been observed on Nordbalt where one is slow and the other behavior is fast. The fast behavior was only observed when low impedance faults occurs, that the synchronous generators also handles. Nordbalt can contribute to small voltage variations if it was faster, like the behavior for low impedance faults. A consideration in stability is needed since a faster behavior can lead to stability problems. Since the data between CVT and IVT differed a lot, metrology problems were discovered. Some solutions were discussed, of which RCVT and PQSensor was thoroughly reviewed. Alternative solutions like MoW and mobile units were also presented vaguely. All solutions showed practical difficulties, which complicates the implementation. It is therefore encouraged to test the technologies in a laboratory environment since few studies have been made on these and competing manufactures state different information.