Den här rapporten är en analys av reaktiv effektförbrukning från två anläggningar i Karlstad, Heden och en nätstation som kallas T375. Med rapporten vill jag skapa en bättre förståelse för hur den reaktiva effektförbrukningen ser ut i elnätet och hur den påverkar kunden. Varje negativ reaktiv effekt ska kontrolleras och med hjälp av värdena ska den mest lämpade åtgärden tas fram. Karlstads Elnät AB, som har ansvar för företaget Heden och nätstation T375, samlar in sina värden från anläggningar en gång om dagen och värdena kontrolleras under natten. Värdena från nätstation T375 som använts under den här rapporten är från år 2000. Hedens värden är från år 2014. Värdena har analyserats med hjälp av kalkylprogrammet Microsoft Excel.Värdena har analyserats utifrån energiförbrukning och effektfaktor samt max-, min- och medelvärden. Det har skapats grafer över den reaktiva och den aktiva energiförbrukningen samt effektfaktorn under en viss tidsperiod. Resultatet kommer från analysering av effektförbrukningen och effektfaktorn från båda anläggningarna samt teoretiska åtgärder för att motverka den kapacitiva reaktiva effektförbrukningen har tagits fram.

I takt med en utbyggnad av vindkraften i Sverige ökar också risken för minskad elkvalité. Vindkraften ger upphov till ett flertal störningar som riskerar minska elkvalitén på det svenska kraftnätet. En av dessa störningar är så kallad reaktiv effekt, reaktiv effekt kan beskrivas som skummet i ett ölglas, de upptar onödig plats och sänker nyttjandegraden. Detta är ett problem som bör beaktas vid en utbyggnad av vindkraften i Sverige.   I detta arbete har begreppet reaktiv effekt samt dess uppkomst och påverkan på nätet behandlats. Vidare har metoder för reaktiv effektkompensering utretts och används för att ta fram modeller för reaktiv effektkompensering i vindkraftparker. Arbetets syfte var att utvärdera olika metoder för reaktiv effektkompensering samt undersöka hur dessa påverkas av anläggningen storlek, topografi och placering i regionnätet. En utredning om vilka lösningar som idag finns tillgängliga på marknaden har legat till grund för utarbetandet av en strategi för kompensering av den reaktiva effekten i OX2:s Vindkraftparker.   Resultatet visar att man kan kompensera bort reaktiv effekt på ett antal olika sätt. Valet av kompenseringsmetod beror framför allt på vilka krav nätägaren har på kompenseringens snabbhet och hur stora spänningsvariationer som denne tillåter i anslutningspunkten. I vindkraftssammanhang måste kompenseringen vara snabb för att hinna kompensera för vindraftens snabbare förlopp. Den snabbaste metoden är ABB:s SVC Light® som klarar reglering på under 5 ms, men innebär en större investeringskostnad 20 Mkr. Kan man nöja sig med FACTS lösning av typen SVC så blir kostnaden halverad till ca 10 Mkr.   Givetvis skiljer sig SVC, SVC Light® och Siemens direktdriva turbiner sig en hel del åt både tekniskt och prismässigt, men samtliga lösningar bedöms likvärdiga i avseende av underhållskostnader och driftsäkerhet. Snabbare kompensering medför ett högre pris och lämpar sig därför för större parker eller i känsligare delar av regionnätet. För parker i storlek med Maevaara II är Siemens lösning med direktdrivna turbiner eller ABB:s SVC lösning den mest lämpade om man ser till investeringskostnader och parkstorlek. / As we in Sweden expends our use of wind power and the wind farms grows bigger, the risk of reduced power quality on the electric grid is bigger now than ever. Wind turbines produce a variety of distortions on to the electric grid that threatens to reduce the power quality of the Swedish power grid. One of these distortions is so-called reactive power, reactive power can be described as the foam in a beer glass, the foam is also beer but occupies unnecessary space that could be just for beer. The beer in this case is the active effect and the foam is the unnecessary reactive effect which lowers utilization rate. This is an issue to taken into account in the development of Swedish wind power projects.   In this work, the concept of reactive power as well as its emergence and impact on the network will be treated. Furthermore, methods for reactive power compensation investigated and used to develop models for reactive power compensation of wind farms. The aim of the project was to evaluate different methods for reactive power compensation , as well as explore how these are affected by the wind farms size, topography and location of the regional network . This together with An investigation of the solutions currently available on the market has been the basis for developing a strategy for the compensation of the reactive power in the OX2 's wind farms.   The results show that one can compensate for the produced reactive effect in a number of ways, some better than others. The choice of the compensation method depends primarily on the grid codes in the region. In the wind power context, the compensation to be able to compensate for voltage drops that occur in fast wind changes. The quickest method is ABB's SVC Light® capable control in under 5 ms , but means a greater investment cost 20 million sek. Can we settle the FACTS solution of type SVC , the cost is halved to about 10 million sek.   For parks in size with Maevaara II, the Siemens solution with direct drive turbines or ABB's SVC solution the most suitable in terms of investment costs and park size. Both ABB and Siemens recommend that further investigation is to be done to optimize a solution to the specific case. The investment cost presented in this report is a rough estimation, the different alternatives lies between 10-20 million sek. This is to be used as a guide value to evaluate the different methods.

Sammanfattning Rapporten innehåller en utredning om, hur och på vilket sätt, det är möjligt att minska det reaktiva effektuttaget vid Metsä Boards fabrik i Husum. Detta är inget problem i normalfallet, men om någon av fabrikens tre turbiner på grund av till exempel service inte är i drift så kan det reaktiva effektuttaget bli för stort enligt avtal med elnätsägaren. Om elnätsägarens gräns överskrids måste en straffavgift betalas per varje överskridet kVAr, vilket Metsä vill undvika. Fokus för arbetet ligger på fabrikens papperbruk eftersom detta är problemområdet. Efter genomgång av enlinjescheman och olika mätutrustningar som finns belägna i fabriken inses att det är mest lämpligt att kompensera i anslutning till bestrykningsmaskinen (BM1). Bestrykaren är den enda linjen på pappersbruket som inte har faskompenseringsutrustning. För att hålla sig inom nätägarens gräns beräknades att faskompensering med en kapacitet på 15 MVAr räcker. Den kapaciteten täcker även upp för ett bortfall av den generator som producerar mest reaktiv effekt, generator G1. Men för att undvika eventuella problem med övertoner blir resultatet att en kompenseringsutrustning på totalt 16 MVAr med snedavstämda filter passar anläggningen bättre. Det finns planer att sätt massabruket i ö-drift och detta blir möjligt med den rekommenderade faskompenseringsutrustningen utan att överskrida den reaktiva effekt gränsen som är satt av nätägaren. / Abstract This report contains an investigation on, how and in what way, it´s possible to reduce the reactive effect (VAR) consumption at Metsä Board Mill in Husum. The VAR consumption is not a problem during normal operation, but if one of the mill´s three turbines for some reason falls out of operation the VAR consumption may exceed the agreement with the mill´s electricity distributor. If the agreed VAR consumption is exceeded, the mill has to pay a fee for each kVAr that exceeds the agreed consumption level. This is something that the mill wants to avoid because the turbines aren’t always operational due to the need of maintenance work. The largest VAR consumption is located at the paper mill, which is why the compensation measures are focused in this area. After studying the mill´s single-line diagram of the electrical distribution and different measuring equipment located in the mill, it becomes clear that the VAR compensation equipment is best fitted at the mill´s coating machine. The coating machine is the only production line in the paper mill that is missing VAR compensation equipment, that’s why the compensation measures are needed here. After calculations it’s clear that the needed VAR compensation capacity is 15 MVAr and should be placed in connection to the coating machine. This capacity is enough to compensate for a loss of the VAR generated from the turbine G1, which is assumed to produce 15 MVAr guaranteed. That compensation is enough to avoid exceeding the VAR consumption agreement with the electricity distributor. But to avoid problems with harmonics, 16 MVAr compensation equipment is recommended instead because it´s more suited for the job. Metsä has plans to put their pulp mill in insulated operation that separates the mill´s grid from the distribution grid. This becomes possible whit the recommended VAR compensation equipment to avoid over consumption of VAR from the electricity distributor.

Arbetet har sin bakgrund i att Umeå Energi har noterat en högre inmatning av reaktiv effekt mot överliggande nät. Att ett elnäts karaktär går mot att bli mer kapacitivt är en vanlig tendens idag då olika förändringar som görs i näten orsakar detta. En viktig bidragande orsak är kablifiering och spänningshöjning. I arbetet utförs en analys av reaktiv effekt i det lokala elnätet på fördelningsstationsnivå. Här märks att det reaktiva effektuttaget ofta minskar under sommarhalvåret, och i vissa fall blir nettobidraget för en station kapacitivt. Detta gäller främst för landsbygd. Totalt mot överliggande nät finns en inmatning på uppemot 25-30 MVAr som det i dagsläget inte finns utrustning installerad för att kunna kompensera. Beräkningar på kabelnätet på 45 kV och 145 kV-nivå har visat att framtida kablifiering och spänningshöjning kommer att bidra med ytterligare 17 MVAr inmatning av reaktiv effekt. Alternativa metoder för att minska överskottet av reaktiv effekt undersöks, vilka eventuellt kan användas till viss del, men slutsatsen är att kompenseringsutrustning i form av reaktorer behöver installeras om inmatningen av reaktiv effekt mot överliggande nät ska kunna kompenseras. Rimliga teknikval för kompensering är att antingen installera fasta reaktorer vilka kan kombineras till olika nivåer av kompensering, alternativt att en reglerbar reaktor, förslagsvis av typen variabel shuntreaktor (VSR) installeras. I arbetet redovisas även de krav kring reaktiv effekt som ställs upp i två av EUs nya nätföreskrifter och som eventuellt kan påverka Umeå Energis elnät. / This project has its background in the fact that Umeå Energy has observed a higher amount of capacitive reactive power that is directed upwards in the power grid. It is a common tendency that the character of a power grid is becoming more capacitive, due to certain changes that are made in the grid. Important contributory causes are an increase of the amount of cable and an increase of the voltage level. An analysis is made of the flow of reactive power in the local power grid. A main conclusion is that the reactive power consumption on substation level in many cases is decreasing in the summer season, and in some cases the net contribution is capacitive. During the critical time of year there is an contribution of capacitive reactive power to the superior grid of up to 30 MVAr, with a lack of compensation equipment in the local grid. Calculations on planned cables in the grid on 45 kV and 145 kV level indicate on a future contribution of reactive power of about 17 MVAr. Allready existing components in the local grid that can contribute to compensation of the excess of reactive power are mentioned, but the conclusion is that new equipment for compensation needs to be installed to be able to decrease the contribution to the superior grid. Suitable choices of equipment are either reactors with fixed amounts of MVAr, which can be combined to different levels of compensation, or alternatively one reactor which has a variable amount of MVAr, a so called VSR (Variable Shunt Reactor). The requirements concerning reactive power in two of the new grid codes on EU level are examined. Theese can possibly affect the power grid of Umeå Energy.

Denna rapport innehåller en utredning av effektflöden på Uddevalla Energi Elnät AB:s mottagningsstationer och optimering av driftläggning för dess effektkondensatorbatterier och transformatorer. Uddevalla Energi Elnät AB har sedan 30 år haft effektkondensatorbatterier inkopplade nästan hela året och dessa behöver av åldersskäl snart bytas ut. Uddevalla Energi Elnät AB har därför behov av nya rutiner för driftläggning av effektkondensatorbatterier efter det att Svenska Kraftnät och Vattenfall AB har infört nya regler för de reaktiva effektflödena i elnätet. I utredningen om effektkondensatorbatterier har det gjorts en investeringskalkyl med tre alternativ för inköp. Alternativ 1 med central faskompensering på mottagningsstation, alternativ 2 med faskompensering på mottagningsstation kompletterat med faskompensering på abonnentstationer och alternativ 3 med lokal faskompensering på abonnentstationer.  Det framkom i utredningen att alternativ 2: Central faskompensering kompletterat med faskompensering på abonnentstationer är mest lämplig att genomföra.   Det har tidigare konstaterats att det under delar av året har varit låg belastning på några av mottagningsstationernas transformatorer. Det har aldrig utretts om det är lönsamt att stänga av den ena transformatorn under hela eller delar av året. I utredningen om driftläggning av transformatorerna på mottagningsstationerna har det beaktats tre alternativ. Ett alternativ innebär att en transformator körs i tomgång utan last och ett alternativ med en helt avstängd transformator. Det tredje alternativet är att inte göra någon förändring. I utredningen framkom det att det mest lämpliga är att inte göra någon förändring eftersom riskerna med avstängning är större än den ekonomiska vinsten på c:a 101000 SEK. / This report contains a study of power flows in Uddevalla Energi AB receiving stations and optimization of the operation control of its power capacitor batteries and transformers. For the past thirty years, Uddevalla Energi AB has employed power capacitor batteries almost all year around and these need soon to be replaced due to ageing. Uddevalla Energi Elnät AB has a need for new procedures for the operation control of the power capacitor batteries following new regulations introduced by Svenska Kraftnät and Vattenfall AB for reactive power flows on the grid. In the study of power capacitor batteries, there has been an investment calculation with three alternative purchase options. Option one is central phase compensation at the receiving station, option two is phase compensation at the receiving station supplemented with phase compensation at subscriber stations and option three is a local phase compensation at subscriber stations. The investment calculation shows that the second option: Central phase compensation supplemented with phase compensation at subscriber stations is the most favourable to implement. It has previously been found that, during certain times of the year, there has been a low load on some of the transformers of the receiving stations. It has never been investigated if it is profitable to turn off one of the transformer for the entire, or part of the year. In the investigation of the operation control of the transformers at the receiving stations, three alternatives have been considered. One alternative is that one transformer is in idle operation without load, the second alternative is that one transformer is completely turned off. The third alternative is to make no change. The study showed that the preferred alternative is to make no change, because the risks of turning off transformers are greater than the economic gain, that is approximately 101000 SEK.

Vindkraftverk ansluts idag i snabb takt till elnät runt om i världen. Elnäten är ofta inte tillräckligt dimensionerade på platser där vindkraftutbyggnad är lämplig vilket leder till ett behov av nätförstärkning. Förstärkning sker konventionellt genom att övergå till en högre spänning, något som kan vara förenat med stora kostnader och ledtider. Bland annat därför har en filosofi med beteckningen smarta elnät uppstått, som handlar om hur elnätsystemet ska se ut när det är mer anpassat till de nya energikällornas karaktär och samtidigt medför ett mer effektivt totalutnyttjande. För vindkraftverk kan det då handla om att i högre grad än idag reglera produktionen och understödja nätet, t.ex. via intelligenta kontrollsystem, kraftelektronik och energilager. I den här rapporten undersöks hur mycket vindkraft som kan anslutas till ett svagt elnät då principer för smarta elnät tillämpas och för att se om kostnaden blir lägre än anslutning via konventionella nätförstärkningsmetoder. Det svaga elnätet som studien bygger på ligger i Tidaholm. Vindkraftseffekten som ska anslutas är på 62 MW. Begränsningar i befintliga regionnätets ledningar gör att 60,3 MW kan anslutas med principer för smarta elnät, fast det finns flera skäl till att anta att den fulla mängden vindkraft går att ansluta. Detta till en kostnad som väsentligt understiger kostnaden att förstärka nätet på konventionellt sätt, kostnadsbesparingen uppgår till ca 58 % eller ca 95 Mkr.

Vid SSABs anläggning i Borlänge byggdes 2019 den kontinuerliga glödgningslinjen ut då det installerades ett nytt induktionsvärmesystem för uppvärmning och bearbetning av höghållfast stål. Efter installationen har man velat utreda hur vida den nya induktionsvärmeanläggningen påverkar elkraftssystemet och dess komponenter med belastning från reaktiv effekt och övertoner. Uppgiften har varit att analysera behovet av faskompenseringsutrustning för kabelförbandet i anslutning till anläggningen och huvudtransformatorn som förser det aktuella nätavsnittet med kraft. För att veta hur systemet påverkas av de nya lasterna har mätningar av elkvaliteten utförts på det aktuella nätavsnittet. För reglering av temperatur och effekt används frekvensomriktare där tidigare forskning visar att likriktarsteget alstrar övertoner. Resultatet visar att den reaktiva effekten i systemet är av betydande storlek, men att övertonsnivåerna ligger inom gränsvärdet för elkvalitetsstandard. Det rekommenderas fler mätningar för att kunna ge säkra rekommendationer till åtgärder utifrån resultatet i detta arbete.

Elga är en verksamhet i Partille som tillverkar svetselektroder. För ungefär tio år sedan utförde Elektra Elteknik ett ställverksutbyte hos Elga och bytte samtidigt ut en av deras två matande transformatorer. Nu har Elga planer att byta, alternativt ställa av den äldre transformatorn som börjar nå slutet av sin förväntade livslängd, innan den börjar skapa problem för verksamheten. I samband med detta har de beställt en grundlig undersökning av driftläget med avseende på effektuttag och elkvalitet i anläggningen av Elektra Elteknik vilket också är själva syftet med denna rapport. För att få tillgång till den data som krävs för att utföra en analys över verksamhetens nät används mätinstrumentet SPQfx tillverkad av Metrum. Detta är ett klass A instrument enligt standarden IEC 61000-4-30. Det ska utföras två separata mätningar, en i anslutning till varje transformator, för att kunna analysera hela verksamhetens nät. I resultatdelen av denna rapport presenteras resultaten från mätningarna i form av grafer och tabeller från mätinstrumentets mjukvara. Grafer från elkvalitetsmätningen bifogas som en bilaga i appendix. I diskussionsdelen i denna rapport analyseras resultaten mera i detalj. Genom analysen kommer relevant information erhållas för att kunna dra de korrekta slutsatserna. / Elga is a company in Partille who manufactures welding rods. About ten years ago, Elektra Elteknik did a switchgear replacement and simultaneously replaced one of Elgas two transformers. Elga is now thinking about replacing or decommissioning the older transformer, which is starting to reach the end of its expected life span, before it starts creating problems for the power supply system. Therefore, Elga has requested a thorough investigation of the operating state of the power supply system in regards of power and electrical quality which is the purpose of this paper. To gain access to the data required to perform an analysis over the power supply system an according to IEC 61000-4-30 class A measuring device, the SPQfx manufactured by Metrum, was used. Two separate measurements are to be performed, one from each of the transformers, to be able to conduct a complete analysis of the company’s power supply system. The results are presented in the form of graphs and charts from the measuring devices software in the result-part of this paper and are analyzed in the discussion-part. Through the analysis, the relevant information to be able to make an assessment according to the papers purpose will be made.

Ystad Energi har ansvaret över elnätet i Ystads kommun. Med ökande efterfråga om el har samhället blivit sårbart. Därför jobbar myndigheterna och elleverantörer alltid för att säkerställa en trygg och säker elleverans. Variationer i energibehovet under de olika årstider sätter elsystemet i en svår situation gällande elleveranssäkerhet. Ystad Energi har noterat att elnätet matar ut reaktiv effekt mot överliggande nät under sommarperioden. Vilket kan påverka förlusterna och systemets drifttillstånd i både lokal – och regionnät. Därför fokuserar detta arbete på att utföra analyser av reaktiv effekt i nätledningarna som ligger mellan fördelningsstationerna och nätstationerna, d.v.s. i 10.7 kV – nivå av den s.k. distributionsnätet. För att minska elavbrott i systemet på grund av väder och annan yttre påverkan har Ystad Energi grävt ner alla ledningar i nätet. Datainsamlingen från Ystad Energi visar att den reaktiva effektinmatningen ökar mest under sommaren jämfört med andra årstider. Utifrån vetenskapliga teorier och tidigare arbeten anses kablifiering som en viktig orsak till reaktiv effektinmatning i ett elsystem. Datainsamlingen visar även avsevärda variationer i energiförbrukningen mellan vinter- och sommarhalvåret, där energiförbrukningen är mycket lägre under sommaren på grund av klimatet och livsstilen. Därför leder detta till spänningsförhöjning i elnätet som vidare kan leda till kapacitiv reaktiv effektgenerering. I arbetet utförs även analyser på nätet med anslutna produktionsanläggningar såsom vindkraft som kan påverka effektflödet i nätet. Rapporten skall presentera vilka möjliga lösningar som kan vara lämpliga för att minska den reaktiva effekten i nätet. Kraven som ställs från myndigheterna kring reaktiv effekt redovisas även i rapporten. / Ystad Energy is responsible for the power grid in Ystad municipality. With increasing demand for electricity, society has become more vulnerable. Therefore, authorities and electricity suppliers always work to ensure safe and secure electricity supply. Variations in energy demand and climate change put the electrical system in a difficult situation regarding electricity supply safety. Ystad Energy has noted that the power grid has high values of reactive power over a part of year, which may affect the losses and system operating conditions in both local and regional networks. Therefore, this work focuses on performing reactive power analysis in the power cables located between the high voltage substations and the low voltage substations, i.e. in the 10.7 kV level of the distribution network. All overhead lines in Ystad municipality are already buried in the ground to reduce line faults in the system due to weather and other influences. The data collection from Ystad Energy shows that the reactive power input increases most during the summer. Underground cables are considered an important cause that contributes to reactive power input in an electrical system. Data collection also shows significant variations in energy consumption between the winter and summer months, where energy consumption is much lower in the summer due to the climate and human habits. Therefore, this leads to a voltage increase in the mains that can further lead to a capacitive reactive power generation. In the project, an analysis of the power grid has been performed, considering the current grid topology. Simulations of different scenarios with production plants, such as wind power, which can affect the power flow in the network, are also carried out. It was proved that the reactive power in the grid is produced by the underground cables. The report also presents some possible solutions that may be appropriate to reduce the reactive power in the network.

Detta examensarbete behandlar ett uppsamlingsnät för en ny vindkraftpark som planeras i norra Sverige av företaget AB.Parken skall bestå av 101 stycken vindkraftverk som skall förbindas samman med ett kabelnät och anslutas till en transformatorstation. Rapporten behandlar två förslag på hur nätet skall dimensioneras och förläggas. Uppdelningen av vindkraftverken i kluster illustreras av kartor och enlinjescheman.Valda förläggningsätt och dimensioneringar motiveras med kabelberäkningar och grundläggande teori gällande kabeldimensionering. Kabeltyp samt längder för båda förslagens samtliga radialer presenteras i tabeller tillsammans med en enklare kostnads jämförelse.Simuleringar för uppsamlingsnäten utförs i programmet Power World Simulator. För att kontrollera riktigheten i värdena från simuleringen utförs kontrollberäkningar på en radial med pi-modellen.Beräkningarna visar att dimensioneringen är utförd så förluster och spänningsökningar är väl inom gränsvärden för båda förslagen. Uppsamlingsnätets totala reaktiva tillskott är väl inom gränserna för vad vindkraftverken kan kompensera för.Förslag på fortsatt arbete för detta projekt vore att se över konstruktionen av transformatorstationen samt skydd för uppsamlingsnätet. / This report contains a suggestion for a projected wind farm in northern Sweden.The farm contains 101 wind turbines that shall be connected together with a collection grid and connected to a substation.The report contains two different suggestions of dimension and location of the cables for the grid. The turbines are divided into clusters and shown in maps and single line diagramsChosen suggestions and dimensions are reasoned with calculations and basic theory regarding cable sizing. The chosen cable types and lengths for both suggestions are shown in table form, together with a simplified cost comparison.After simulations have been run in power world simulator programme, the values was checked for authenticity with the π-circuit formula.The calculations shows that the selection of cables have accomplished low losses, and the increase of voltage is well within limits for both suggestions.The contribution of reactive power in the collection grid is also within the limits of what the wind turbines can compensate.A suggestion for future work on this project could be the design and dimension of the substation and the safety equipment.