A good power quality can be an important prerequisite to achieve a sustainable society. Scandinavia's electrical system is in many respects superior, and Sweden has a fossil free electricity generation at 97 % and a reliability of electricity distribution at 99.98 %. Meanwhile, the EU has an ambition to expand the electricity market in order to achieve a joint trading business across Europe. This cross-border market will result in a large proportion of fossil energy sources integrated into our electrical system, which also leads to an increased need for renewable electricity production in Sweden. One part of this development is to increase the share of renewable micro generation that is locally or regionally connected to the power grid. Distributed generation can have advantages as reduced network losses, an increased energy supply and a reduction of the fossil energy use in Europe. But it has also been shown that it gets harder for the electric companies to provide their customers with electricity of good quality when the number of installations increases. An improved power quality implicates reducing events and phenomena in the power grid that affect machinery and electrical appliances negatively. This study focuses mainly on the voltage variations and unbalances that can arise when the proportion of PV-systems increases. One of the main reasons for voltage variations is the reversed power flow that migrates "upwards" in the grid when the PV-systems produce and sell their excess to the grid. The reason for unbalance in the low voltage network is mainly loads or production with uneven distribution between the three phases. An acceptable voltage variation should not exceed ± 10 % of the reference voltage and a balanced state is crossed at 2 %. This study has carried out simulations on three of Umeå Energi´s low voltage networks with different customer configurations and network structure. The grids were assigned virtual PV-systems for 25, 50, 75 or 100 % of the customers, and the phase voltages, unbalances and overloaded lines affected by the output of 1-5 kW from the connected facilities were studied. The differences in voltage at single and three phase connection and differences between customers located near and far from the substation have been investigated. Measurements have also been made on an existing PV-installation. The simulations show that the customers who are placed far out in the network are affected most strongly by the changes, while customers close to the transformer are nearly unaffected by the changes, even with a one phase output (via L1) from all customers at 5 kW. In the simulated scenarios two networks has unbalance as a limiting factor, whereas the third network suffer unacceptable voltage rise and unbalance at nearly the same time. In the extreme scenario with an output power of 5 kW through L1 from 100 % of the costumers in the same network the lines and cables are still not overloaded, which proves that overloaded cables is a secondary problems compared to voltage variations and unbalances. The conclusion is that we do not see any serious threats to the quality of electricity at a larger share of PV-systems, as long as the installations are done in networks with a reliable dimensioning and a great awareness of the importance of three phase connections. However, the simulations have shown that there is an impact when many customers have a large production with an uneven output on the grid at the same time. One should therefore avoid scenarios where all costumers in the same network area has a PV-system with a power output in one single phase, while the loads are very low. / En god elkvalitet kan vara en viktig grundförutsättning för att uppnå ett hållbart samhälle. Sveriges och Nordens elsystem är i många avseenden förstklassigt, och Sverige har en fossilfri elproduktion till 97 % och en leveranssäkerhet på elnätssidan på 99,98 %. Samtidigt är den EU-politiska målsättningen att elmarknaden ska utvidgas för att uppnå en gemensam elhandel för hela Europa. Denna gränsöverskridande marknad innebär att en stor andel fossila energikällor integreras i vårt elsystem, vilket gör att även Sverige ser ett behov av att utöka den förnybara elproduktionen. En del i denna utveckling är att öka andelen förnybar mikroproduktion som är lokalt eller regionalt ansluten till elnätet. Mikroproduktion kan ha fördelar som minskade nätförluster, en ökad försörjningstrygghet och en minskad användning av fossil energi i övriga Europa. Det har dock visat sig att nätbolagens förutsättningar att förse sina kunder med el av god kvalitet kan försämras, i och med en stor ökning av antalet solcellsinstallationer. En bättre elkvalitet handlar om att minska händelser och fenomen i elnätet som påverkar maskiner och elektrisk utrustning negativt. Detta arbete fokuserar främst på spänningsvariationer och osymmetri som kan uppstå vid en ökad andel solcellsanslutningar. En stor anledningen till spänningsvariationer är det omvända effektflöde som vandrar ”uppåt” i elnätet då solcellsanläggningar producerar och säljer ett överskott till nätet. Anledningen till osymmetri i lågspänningsnätet är främst obalanserade laster eller produktion utan jämn fördelning över de tre faserna. En acceptabel spänningsvariation får inte överskrida ± 10 % av referensspänningen och osymmetri överträds vid 2 %. I detta arbete har simuleringar genomförts på tre av Umeå Energis lågspänningsnät i tre områden med olika kundsammansättningar och nätstruktur. Näten har tilldelats virtuella solcellsanläggningar hos 25, 50, 75 eller 100 % av kunderna, och därefter har man studerat hur fasspänning, osymmetri och ström i ledningar påverkas av en utmatning på 1-5 kW från de anslutna anläggningarna. Man har även jämfört skillnaden i spänning vid en- och trefasanslutning och skillnad mellan kunder placerade nära och långt ifrån nätstationen. En elkvalitetsmätning har även genomförts på en befintlig solcellsanläggning. Simuleringarna visar att de kunder som har varit placerade långt ut i nätet har påverkats starkast av störningarna medan kunder i nära anslutning till nätstationen har varit nästintill oberörda av förändringen, även vid en enfasansluten utmatning (via L1) från samtliga kunder på 5 kW. I de simulerade scenariona har två av näten osymmetri som den begränsande faktorn, medan det tredje nätet drabbas av oacceptabel spänningshöjning och osymmetri vid i stort sett samma tidpunkt. I det extrema scenariot med en utmatad effekt på 5 kW via L1 från 100 % av kunderna i samma nätområde har strömmen i ledningarna fortfarande inte överskridits, vilket bevisar att överbelastade kablar är underordnad problematiken som kan uppstå med spänningsvariationer och osymmetri. Slutsatsen blir att man inte ser någon allvarlig fara för elkvaliteten vid en ökad andel solcellsanslutningar, så länge installationen sker i nät med stabil dimensionering och en stor medvetenhet kring trefasanslutningens betydelse. Simuleringarna har dock visat att det sker en påverkan då många kunder har en stor produktion som matas ut ojämnt på elnätet vid samma tidpunkt. Man bör därmed undvika scenarion då alla kunder i samma nätområde har en solcellsanläggning som matar ut sin överskottsel enfasigt, samtidigt som lasterna är väldigt låga.

För att öka driftsäkerheten i distributionsnäten pågår kablifiering av luftledningsnät i stora delar av landet. I takt med ökad andel kabel i nätet samtidigt som andelen luftledning minskar medförs betydande tekniska förändringar vad gäller nätets egenskaper. Herrljunga elektriska har sedan en tid tillbaka ett problem med en förhöjd nollpunktsspänning i deras mellanspänningsnät. Följande nollpunktsspänning ligger på en relativt konstant nivå oberoende av väder och aktuell belastning. Det är för Herrljunga Elektriska okänt när och varför denna nollpunktsspänning uppstod men det finns en teori om att problemet uppstod i samband med kablifiering av deras luftledningsnät. Denna rapport redogör kortfattat om för exjobbet relevant teori om elkraftsystemet. Därefter genom litteraturstudie, undersökningar och observationer tas olika hypoteser om felorsaker fram som skulle kunna vara orsaken till den förhöjda nollpunktsspänningen i elnätet. I rapporten beskrivs problematiken som uppstår i samband med kablifiering av luftledningsnät, t.ex. det ökade bidraget av kapacitiva jordslutningsströmmar samt åtgärder åt dessa problem. Syftet med denna rapport är att närmare studera och förklara förhållanden som orsakar en förhöjd nollpunktsspänning och om möjligt kunna identifiera och lokalisera den eller de grundorsaker som ger upphov till nollpunktspänningen så att dessa kan åtgärdas.

Kärnkraft är en av flera energikällor i dagens samhälle men är i synnerhet den energikälla som ställer högst krav på säkerhet. På Forsmarks kärnkraftverk har alltid säkerheten varit av stor betydelse sedan uppstarten 1980, när Forsmark 1 togs i drift. Som följd av detta har det skapats ett flertal säkerhetsfunktioner, varav en av dessa är reservkraft i form av dieselgeneratorer. Dieselgeneratorerna utsätts med jämna mellanrum för verifieringsprov för att säkerhetsställa systemets funktion vid eventuell händelse och utgör en viktig del för ett robust system. Ett av verifieringsproven på dieselgeneratorerna är att de ska synkroniseras med det övriga systemet, vilket utförs av fasningssystemet. Problematik har uppstått vid tidigare synkroniseringstillfälle av en dieselgenerator, som uppkom på grund av yttre påverkan. Därför har det här examensarbetet utförts som en förstudie för Forsmarks Kraftgrupp AB i syfte att granska fasningsutrustningen och dess kringutrustning tillhörande dieselgeneratorerna på Forsmark 1. Det nuvarande systemet har undersökts för att se hur uppbyggnaden ser ut idag och för att redogöra för potentiella förbättringsmöjligheter. Examensarbetet har kartlagt nuvarande fasningssystem med tillhörande mätutrustning, genom att studera dokumentation, mätningar, kontakt med leverantörer, utförande av simuleringar samt test av mättransformatorer. Det är för att förstå fasningssystemets funktioner, lokalisera eventuella svagheter i systemet samt potentiella förbättringar och därmed öka tillförlitligheten till en säker synkronisering. Ett skäl till varför det är viktigt med ett fungerande fasningssystem är för att skydda generatorn och kringliggande system. Arbetet har gett en bra översikt över hur dagens fasningssystem och mätutrustning fungerar på Forsmark 1. Detta ger Forsmarks Kraftgrupp AB ett viktigt underlag för beslut av eventuell framtida ombyggnad av fasningssystemet eller omkonfiguration av enskilda delar om nuvarande fasningsutrusning bevaras. Rekommendation vid eventuell ombyggnation är att införa trefasmätning med kompatibel fasningsutrustning. Samt rekommenderas att trefasmätningen mäts separat istället för idag tillsammans med övrig utrustning. Om istället nuvarande fasningsutrustning bevaras och enskild del byts, rekommenderas att omkonfigurera mättransformatorerna till ∆-Y från Yn-Yn koppling. I det fall systemet byggs om eller omkonfigureras har rekommendationer för verifieringsprov av eventuella ändringar tagits fram. / It is well known that nuclear electricity production is one of the types of production with the highest demands on security. There are multiple security systems, and one consists of diesel generators. The diesel generators need a synchronization system to be able to confirm safe starting operation. This master thesis investigates the synchronization system and associated measuring systems to the diesel generators, with the purpose of advising Forsmarks Kraftgrupp AB on things that could be changed concerning transformer- and synchronization configuration at Forsmark 1. An improved solution to the existing synchronization system with its associated measurement equipment was found by studying documentation, performing measurements on the system, contacting suppliers, performing simulations and testing the instrument transformers. The results that emerged from the feasibility study have made suggestions for either possible reconstruction or reconfiguration of individual parts of the existing synchronization system. The recommendation in case of redevelopment is to introduce a three-phase measurment system compatible with the synchronization equipment with a separate three-phase measuring circuit. If instead, the existing synchronization equipment is preserved and an individual part replaced, it is recommended to reconfigure the instrument transformers to delta-Y from the present Yn-Yn connection. If the system will be rebuilt or reconfigured, recommendations for confirmatory testing of any modifications have been developed.

Produktion i lågspänningsnätet ökar kraftigt, bara under år 2014 dubblerades antalet nätanslutna solcellsanläggningar i Sverige. Utvecklingen ser ut att hålla i sig och då dessa anläggningar ofta är små är det troligt att flera ansluts genom en enfasigt ansluten växelriktare. Ett symmetriskt trefassystem består av tre fasspänningarna med samma amplitud, frekvens och förskjutna 120˚ från varandra. Laster och produktionsenheter som inte är trefasigt nätanslutna ger upphov till ett osymmetriskt driftfall. Detta arbete syftar till att undersöka hur spänningen påverkas av osymmetriska laster och produktionsenheter i Vattenfalls lågspänningsnät. Målet med arbetet är att skapa ett beräkningsverktyg som kan användas av Vattenfall Eldistribution för att undersöka hur spänningen påverkas vid olika osymmetriska driftfall. Beräkningsvertyget har skapats i Matlab och utgår från kända värden för spänningen i matningspunkten och impedansen mellan matningspunkten och anslutningspunkten. Dessutom anges effekt och effektfaktor för eventuell produktion och förbrukning i respektive fas. Beräkningsmodellen beräknar spänningar och strömmar i anslutningspunkten samt spänningens osymmetri. Verifiering av beräkningsmodellen har utförts genom att jämföra beräknat resultat med ”Kurvor för förenklad bedömning av nätstyrka” som återfinns i MIKRO-handboken, utgiven av branschorganisationen Svensk Energi. En fältstudie har utförts på en enfasigt nätansluten solcellsanläggning. Mätresultatet från denna har jämförts med resultat från beräkningsmodellen. Dessutom har laboratoriemätningar på en försöksuppställning genomförts. Försöksuppställningen modellerade en lågspänningskund ansluten till ett svagt nät, med enfasigt ansluten produktion och last. Mätresultatet från försöksuppställningen jämfördes med resultat från beräkningsmodellen. I jämförelse mellan den framtagna beräkningsmodellen och MIKRO-handboken konstateras att de stämmer överens. I jämförelse med mätresultat från fältstudien konstateras att beräkningsmodellen troligtvis räknar rätt men att mätningarna inte enbart kan användas för att verifiera modellen då det är en liten spänningsvariation och många troliga felkällor. Resultatet från försöksuppställningen konstateras överensstämma med beräknade värden och kan därför bekräfta att beräkningsmodellen är korrekt utformad. / Production in the low voltage distribution network increases, just in 2014 the number of grid-connected photovoltaic systems in Sweden doubled. The trend seems to continue, and since these plants often are small, it is likely that several are connected to a single-phase connected inverter. A symmetrical three-phase system consisting three phase voltages of equal magnitude, frequency and displaced 120˚ apart. Loads and production units that are not three-phase grid-connected, causes an asymmetrical operating condition. The purpose of this report is to study how the voltage is affected by asymmetrical loads and production units in Vattenfall’s low voltage network. The aim of this work is to create a calculation tool that can be used by Vattenfall Eldistribution to study how the voltage is affected at different asymmetrical operating conditions. The calculation tool is created in Matlab and is based on the known values of the voltage in the feed point and the impedance between the feed point and the connection point. Even power and power factor for possible production and consumption in each phase are set up. The calculation model calculates the voltages and currents at the connection point and the voltage asymmetry. Verification of the calculation model have been carried out by comparing the calculated results with "Curves for simplified assessment of grid strength” included in MIKRO-handboken, published by Svensk Energi. A field study has been performed on a single-phase grid-connected photovoltaic plant. The measurement result of this has been compared with the results of the calculation model. Also, laboratory measurements on an experimental set-up was performed. The experimental set-up corresponded a low voltage customer connected to a weak grid, with single-phase connected production and load. Measurement results of the experimental setup were compared with the results of the calculation model. Comparison between the developed calculation model and MIKRO-handboken concludes that they match. By comparison with measurements from the field study, it is concluded that the calculation model is probably correctly calculating, but that measurements alone can’t be used to verify the model because the voltage variation is too small and there are many likely sources of error. The results of the experimental set-up match with the calculated values and can therefore confirm that the calculation model is correctly designed.

Regeringen har en vision att till 2050 ska Sverige uppnå en fordonsflotta som är fossilfri och för att uppnå den visionen ska el som drivmedel spela en avgörande roll på marknaden. HEM Nät AB är därmed intresserade av hur deras lokalnät i ett valt område kan påverkas när en större andel av hushållen införskaffar elbilar. Längs områdets högspänningsslinga finns nio nätstationer som matar ut effekt till 815 kunder. En känslighetsanalys genomfördes kring det valda lokalnätet med avseende till dess kapacitet idag till framtida belastningar från elbilar. Analysen baserades på fyra olika nätparametrar som möjligen kan riskeras med avseende till elbilars laddsystem: spänningsfall, transformatorbelastning, övertoner och osymmetri. Olika laddeffekter och kopplingssätt har även jämförts bland nätparametrarna för att visa vilken roll de kan ha i framtiden. Spänningsfallet samt transformatorbelastning för de båda effekterna 3,7 kW och 11 kW uppgick mot de satta nätkraven när 40 % respektive 20 % belastning sker i området. Två vetenskapliga metoder användes för att uppskatta övertonerna där ena tog hänsyn till en reduktion av sammanlagrade övertoner och den andra metoden använde en aritmetisk summering av strömövertonerna. Resultatet visade att med varken en inkluderad reduktion eller med den aritmetiska summeringen kommer övertonerna bli ett problem. Med simuleringen av osymmetri nåddes nätkravet när 7 % mer belastning skedde under en och samma fas. Slutligen kom studien fram till att lokalnätet är relativt starkt och kan klara av 322 elbilar vid 3,7 kW och 161 elbilar vid 11 kW. / The Swedish government have a vision that up untill 2050 Sweden’s transport system is going to be free of fossil fuels and to achieve this vision, electricity is going to be the main fuel and will play a decisive role in the future transportional market. As a result of this, HEM Nät AB is now interested in knowing how their local electrical grid will be affected by a larger amount of electric vehicles, EVs, charged through households. Along the local grid’s high voltage line there are nine substations, which provide power to 815 customers. A sensitivity analysis was conducted on the local grid to appreciate the available capacity for the future load of EVs. The analysis was based on four different gridparameters, which possibly can affect the set conditions of an electrical grid when an EV is being charged: voltage drop, transformer load, harmonics and dissymmetry. Different chargepowers and wirings have also been compared to see what roles they will have in the future. After the simulations and hand calculations all of the gridparameters exceeded the set conditions. This happened at different percentages of the households, which were charging their vehicles. The voltage drop and transformer load for both of the powers, 3,7 kW and 11 kW exceeded the limitations when 40 % respectively 20 % of the studied are was being loaded. Two scientific methods were used to appreciate the added current harmonics, where the first one regarded a reduction of the summarized value of the current harmonics, where the second did not. The results showed, that either of the methods would indicate a problem on the grid. The simulation of the dissymmetry, the limitation was met after 7 % more load was done under one and the same of the phases. Finally, the study concluded that the local grid is relatively strong and can hold 332 EVs with 3,7 kW and 161 EVs with 11 kW.

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.