Voltage Impasse Region (VIR) is a phenomenon in power systemswhose dynamics are describe by a set of Differential AlgebraicEquations (DAE). VIR denotes a state-space area where voltagecausality is lost, i.e. the Jacobian of the algebraic part of DAEis singular. In a Time Domain Simulation (TDS) once system trajectoriesenter VIR, TDS experiences non-convergence of the solution.Then, there is no reason to continue with the simulation. Thisis why it is important to understand the mechanisms that introduceVIR. It is known that VIR appears in relation to static, non-linearload models. However, it remained unknown what the cumulativeeffect of several static, non-linear loads would be.This master thesis has further expanded the concept of VIRby carrying out a structured study on how the load modelling affectsVIR. For this purpose, this thesis proposes a quasi-dynamicmethodology to map VIR in the relative rotor angle space. Themethodology introduces a new discrete index called Voltage ImpasseRegion Flag (VIRflag), which allows to determine if the algebraicequations of DAE are solvable or not and, thus, to locate VIR.A test system is used to test the proposed quasi-dynamic approach.The VIRflag was first used to map VIR for various load combinations.Then, the relationship between TDS non-convergence issuesand the intersection of a trajectory with VIR is examined toverify the proposed methodology.The proposed method has been proved to be efficient in the determinationof VIR regardless of the number of non-linear loads inthe power system. Among the static exponential load models, theConstant Power (CP) load component has been identified as theone with the largest influence on VIR appearance and shape. TheConstant Current (CC) loads induce ”smaller" VIR areas and theConstant Impedance (CI) load can only alter the shape of VIR inthe presence of non-linear load models. / VIR (Voltage Impasse Regions) är ett fenomen i kraftsystem varsdynamiska förlöp beskrivs av differential-algebraiska ekvationer(DAE). VIR betecknar ett område i tillståndsrummet där går förlorad,dvs Jakobianen av den algebraiska delen av DAE är singulärI tidsdomän-simuleringar (TDS) när en trajektoria träffar VIR,konvergerar TDS inte till en lösning. Då finns ingen anledning attfortsätta med simuleringen. Därför är det viktigt att förstå mekanismernasom introducerar VIR. Det är känt att VIR är relateradetill statiska, icke-linjära lastmodeller. Det var dock okänt vadden kumulativa effekten av flera statiska, icke-linjära belastningarskulle vara.Denna uppsats har vidareutvecklat begreppet VIR genom attgenomföra en strukturerad studie om hur lastmodellering påverkarVIR. För detta ändamål föreslår denna avhandling en kvasidynamiskmetod för att kartlägga VIR i det relativa rotorvinkelrummet.Metoden introducerar ett nytt diskret index som heterVoltage Impasse Region Flag (VIRflag), vilket gör det möjligt attbestämma om den algebraiska delen av DAE är lösbar eller inteoch därmed lokalisera VIR. Ett används för att testa det föreslagnakvasi-dynamiska tillvägagångssättet. VIRflag användes först för attkartlägga VIR för olika belastningskombinationer. Därefter granskasförhållandet mellan konvergensproblem i TDS och korsningenmellan en trajektoria och VIR för att verifiera den föreslagna metoden.Den föreslagna metoden har visat sig vara effektiv vid bestämningav VIR, oberoende av antalet icke-linjära belastningar. Bland destatiska exponentiella belastningsmodellerna har konstanteffektlast(CP) haridentifierats som den som har störst inflytande påVIR;s form. Den konstantströmlasten (CC) inducerar mindre"VIRområdenoch konstantimpedanslasten (CI) kan endast ändra formenav VIR i närvaro av icke-linjära belastningsmodeller.

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.