It is anticipated that massive amounts of energy will be transferred long distances via High-Voltage Direct Current (HVDC) links in the future and the prospect of having meshed HVDC grids is envisioned, for example the European super grid. Such a power system would benefit greatly if HVDC circuit breakers could reliably clear faults within the HVDC network. Different ways to break large direct currents have been proposed throughout the years and one distinguished concept is based on generating an artificial zero-crossing of the current and pass it through a mechanical interrupter as it opens. This concept is implemented in the Voltage-Source Converter Assisted Resonant Current (VARC) circuit breakers developed at Scibreak which require auxiliary power from an off-line supply unit to energize their electronic equipment. This thesis continuous and builds on research previously carried out at Scibreak on a special Auxiliary Power Supply (APS) concept for 525 kV HVDC applications. In essence, it is a unique modularized high-frequency transformer whose power transfer and voltage withstand capabilities are the cornerstones of its design. The APS must supply an adequate amount of power to drive the VARC circuit breakers with preferably high efficiency while also fulfilling the considerable insulation demands of HVDC grids. A feasibility study of this APS concept was carried out by building a parametric 3D model in the Finite Element Analysis (FEA) software Ansys Maxwell which includes all parts that affect both its magnetic and electrical properties. The initial model reproduced experimental results from a magnetic APS prototype and was then used to explore a plethora of different geometries and materials with regards to its magnetic and dielectric designs. Specific design candidates were selected for more in-depth analysis and experimental work. All obtained results together with knowledge of commercially available materials show that the APS holds great promise to meet the necessary design criteria for its HVDC applications. Its dielectric design is well suited to continuously handle an operating voltage of 525 kV DC, meet the required impulse voltage levels of the grid and properly shield the magnetic structure. It is expected to have a long life time where the design criterion was always 30 years in this work. Moreover, its magnetic design is anticipated to supply a few kW of active power with efficiencies between 80 to 95 percent and manage a continuous operating time of 5 min. Both design aspects are interchangeable to a decent extent in order to cope with one another and produce a compromised design. / Det förväntas att enorma mängder energi kommer överföras långa sträckor med Högspänd Likström (HVDC) i framtiden och blivande HVDC-nät håller på att föreställas, till exempel det europeiska superelnätet. Ett sådant kraftsystem skulle ha stor nytta av HVDC-brytare som tillförlitligt kan bryta felströmmar inom HVDC-nätet. Olika sätt att bryta stora likströmmar har föreslagits med åren och ett distinkt koncept bygger på att generera en artificiell nollgenomgång av strömmen och föra den genom en mekanisk brytarkammare när den öppnas. Detta koncept är implementerat i de så kallade VARC-strömbrytarna som utvecklas hos Scibreak, vilka kräver hjälpmatning av effekt från en extern försörjningsenhet för att driva deras elektroniska utrustning. Denna avhandling fortsätter och bygger vidare på forskning som tidigare utförts hos Scibreak på ett speciellt Hjälpmatningskoncept (APS) för 525 kV HVDC-tillämpningar. I huvudsak är det en unik modulariserad högfrekvenstransformator vars kraftöverföring och spänningståligheter är huvudfokusen i dess design. Hjälpmatningen måste kunna leverera en tillräcklig mängd effekt för att driva VARC-brytarna med företrädesvis hög verkningsgrad, samtidigt som den ska uppfylla de betydande isolationskraven för HVDC-nät. En genomförbarhetsstudie av detta APS-koncept gjordes genom att bygga en parametrisk 3D modell i Finita Elementmetodsprogramvaran (FEM) Ansys Maxwell som inkluderar alla delar som påverkar både dess magnetiska och elektriska egenskaper. Den initiala modellen reproducerade experimentella resultat från en magnetisk APS-prototyp och användes sedan för att utforska en uppsjö av olika geometrier och material med avseende på dess magnetiska och dielektriska konstruktioner. Specifika designkandidater valdes ut för mer djupgående analys och experimentiellt arbete. Alla erhållna resultat tillsammans med kunskap om kommersiellt tillgängliga material visar att APS:n har stora möjligheter att uppfylla alla nödvändiga kriterier för sina HVDC-tillämpningar. Dess dielektriska design är väl lämpad för att kontinuerligt hantera en driftspänning på 525 kV DC, möta de erforderliga stötspänningståligheterna i nätet och ordentligt skydda den magnetiska strukturen. Den förväntas ha en lång livstid där designkriteriet alltid var 30 år i detta arbete. Dessutom förväntas dess magnetiska design leverera några kW aktiv effekt med verkningsgrader mellan 80 till 95 procent och klara en kontinuerlig drifttid på 5 min. Båda designaspekterna kan justeras i en någorlunda utsträckning för möta de krav som ställs från varandra och producera en kompromissad design.

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.

Roslagsbanans signalanläggningar har flera olika lösningar för dess strömförsörjning i form av standarder för batterier och likriktare. Denna lösningsvariation har försvårat för underhållspersonalen att åtgärda de fel som uppstått och därmed fördröjt trafiken, dvs trafikstörningar. Roslagsbanan försörjs delvis av lokala elnät där avbrott emellanåt förekommer. Dessa avbrott inträffar ofta när elnätsleverantörerna underhåller sitt ortnät vilket kan ske även under rusningstrafik. Avbrotten kan även orsakas inom signalanläggningarna när stora spänningsvariationer förekommer, t.ex. när stora induktiva- eller kapacitiva laster slås av. Dessa problem analyseras och åtgärdsförslag tas fram i denna rapport. De befintliga likriktarna och batterierna samt förslag till ersättningsprodukter som behövs för detta säkerhetssystem har sammanställts i denna rapport. För att skapa en hållbar, robust och miljövänlig strömförsörjning till Roslagsbanans signalanläggningar undersöktes i detta arbete strömspikar, avbrottsfri kraftförsörjning samt dessutom möjligheten att ansluta solceller som kompletterande åtgärd. I signalutrustningen vid Roslags Näsby stationsområde detekterades och undersöktes förekomsten av strömspikar. Två åtgärdsförslag för att komma till rätta med dessa strömspikar togs fram. Förslagen var ett lågpassfilter och en metalloxidvaristor som båda var för sig reducerar strömspikarna. Lågpassfiltret dämpar insignalernas spänning och strömförsörjning vid kraftiga förändringar i frekvensen och metalloxidvaristorn reducerar strömflödet vid överspänningar. Ytterligare undersökningar av transienterna i Roslags Näsbys och de övriga signalanläggningarna på Roslagsbanan bör utföras. Resultaten av de genomförda undersökningarna om avbrottsfri kraftförsörjning och solceller visade däremot att utrustningarna inte bör installeras i de nuvarande signalanläggningarna. Solceller var inte implementerbara eftersom effektbehovet av signalanläggningarna var större än den takyta som fanns tillgänglig för solcellerna. Arbete och investeringar för ett avbrottsfritt kraftförsörjningsunderhåll och installation av denna utrustning var mer krävande i jämförelse med dess nytta för signalanläggningarnas tillförlitlighet, dvs ingen åtgärd i nuläget. Förslag på ersättningsprodukter i form av likriktare och batterier lades fram till arbetsgivarna för att skapa en standard för Roslagbanans kraftförsörjning framåt. / Roslagsbanan's signal systems have several different solutions for its power supply in the form of several standards for batteries and rectifiers. This solution variation has made it difficult for maintenance staff to correct the errors that occurred and thus delayed traffic, i.e. traffic disturbances. Roslagsbanan is partly supplied by local power grids where interruptions occur occasionally. These interruptions often occur when the network service providers maintain their home network, which may also occur during rush hour traffic. The interruptions can also be caused by the signal systems them self when large voltage variations occur, e.g. when large inductive or capacitive loads are switched off. These problems are analysed, and action proposals are presented in this report. The existing rectifiers and batteries as well as proposals for replacement products that are needed for this safety system have been compiled in this report. To create a sustainable, robust and environmentally friendly power supply to Roslagsbanan’s signal systems, this work investigated transients, uninterruptible power supply, as well as the possibility of connecting solar cells as a complementary arrangement. An investigation of the signal equipment at Roslags Näsby station area showed presence of transients. Two proposals to reduce these transients were presented. The proposals were a low pass filter and a metal oxide varistor, both individually reduces transients. The low pass filter attenuates the voltage and current of the signal when the strong frequency changes occurs and the metal oxide varistor reduces the current flow at overvoltages. Further investigations of the transients in Roslags Näsbys and the other signal facilities on the Roslagsbanan should be performed. On the other hand, the results of the investigations on uninterruptible power and solar cells showed that the equipment should not be installed in the current signal systems. Solar cells were not implementable because the power requirement of the signal systems was greater than the current ceiling area for the solar cells. The work and investment for uninterruptible power supply maintenance and installation were more demanding in comparison to its usefulness for the reliability of the signal systems. Proposals for replacement products were submitted to employers to create a standard for Roslagbanan's power supply onwards. / Сигнални систем на железници која се зове Рослагсбана садржи више различитих решења за своје напајање у облику неколико стандарда за батерије и исправљаче. Варијација различитих решења проузроковала je потешкоће у отклањању новонасталих грешака служби које се баве одржавањем и изазвала је застој у железничком саобраћају. Рослагсбана се напаја електричном енергијом из локалних мрежа на којима може доћи до прекида. Прекид напајања електричном енергијом може бити изазван наглим променама напона у сигналним системима и уколико локални дистрибутер изводи радове на одржавању електричне мреже. Проблеми који могу настати променама напона се анализирају и испитују у овом извештају. Попис исправљача и батерија као и њихова стандардна решења су обрађени и представљени у циљу стварања одрживог и дугорочног решења за системску сигнализацију. Анализирани су високонапонски шпицеви, системи за непрекидно напајање електричном енергијом (УПС) и могућност прикључивања соларних панела. У сигналном систему на станици Рослас Насби измерени су високонапонски шпицеви. Како би се дошло до најбољег и најповољнијег решења анализирана су два предлога за њихово уклањање. Један предлог за уклањање био је ниско пропусни филтер док је за редукцију предложен метал- оксидни одводник пре напона (МОВ). Ниско пропусни филтер смањује јачину струје и напона уколико фреквенција пређе одређену претходно утврђену границу, док МОВ редукује ток струје уколико дође до скока напона. Пре имплементације било ког од наведених решења треба извршити накнадна испитивања у вези са напонским шпицевима. Резултати указују да имплементација УПС-а и соларних панела није могућа. Могућност соларних панела да произведу довољну количину енергије која је потребна за одређени систем није сразмерна површини система која би могла да се прекрије соларним панелима. Трошкови одржавања и прикључивања УПС система су већи у поређењу са значајем које би систем имао од самог УПС система. Предлог стандардних батерија и исправљача који је представљен послодавцу коригован је како би се дошло до стандардног решења за све предстојеће пројекте.