Aktiv effektstyrning för flaskhalshantering i regionnät

Abstract

The aim of this master's thesis is to investigate the potential of active power flow control to mitigate bottlenecks through the implementation of phase-shifting transformers (PST) and static synchronous series compensators (SSSC). The report is based on a case study of E.ON's sub-transmission network in the southern part of Sweden, where these components are introduced to mitigate future bottlenecks predicted to occur by 2034 if no reinforcement of the grid is implemented. The program Power System Simulator for Engineering (PSSE) is utilized to model these devices and perform static load flow analysis to assess the potential of these components.

The findings show that both PST and SSSC are able to effectively reduce overloads on transmission lines, achieving a reduction of line loading to ≤ 90% of its capacity in all investigated scenarios. Furthermore, results reveal that this can be achieved through the installation of three PST units at two separate locations with phase-shift capability within ±20 degrees, or alternatively, with the installation of 11 SSSC modules distributed across five locations. These results are obtained through the chosen placement strategy that involves replacing system transformers with PSTs and installing SSSC units directly on overloaded lines.

Both PST and SSSC offer a cost-effective alternative to traditional grid reinforcement strategies. Among these options, replacing a system transformer that is due for exchange with a PST is the most cost-effective approach, although the SSSC remains the most affordable solution for direct intervention. Furthermore, the installation of SSSC can be completed within 1 to 2 years, significantly faster than PST-installation or line reinforcement, which typically require over 5 years.


Overall, the findings in this report suggest that strategic implementation of PST and SSSC can play a crucial role in managing future grid constraints and optimizing power distribution within E.ON's sub-transmission network.

Popular Abstract (Swedish)

Energiomställningen utmanar elnätets förmåga att leverera den mängd effekt som efterfrågas. I detta arbete undersöks potentialen för effektstyrning i nätet som en möjlig lösning på denna utmaning.

Den pågående elektrifieringen är avgörande för att Sverige ska nå sina klimatmål men innebär samtidigt en utmaning för nätägare. Elbehovet ökar snabbt samtidigt som det sker en övergång till fossilfria energikällor. Detta pressar elnäten att hantera ökade och mer varierande flöden vilket i sin tur kan skapa flaskhalsar i ett nät som inte är dimensionerat för dessa nya förutsättningar. Flaskhalsar är ledningar vars kapacitet är otillräcklig för att transportera den mängd effekt som behövs. Traditionellt hanteras detta med nätutbyggnad, men höga kostnader och långa ledtider gör att lösningarna inte alltid hinner möta behoven i tid. Här blir alternativa lösningar viktiga, särskilt effektstyrning.

Detta examensarbete undersöker effektstyrning i E.ON Energidistributions regionnät, där flaskhalsar utgör en särskild utmaning till följd av nätets maskade struktur. Elen flödar ofta över flera parallella ledningar mellan produktion och konsumtion. I sådana fall kan en enskild svagare ledning begränsa hur mycket el hela systemet klarar att överföra, även om övriga ledningar har kapacitet kvar.

Här blir effektstyrning ett kraftfullt verktyg. Genom att styra om effektflödet bort från flaskhalsar till ledningar med ledig kapacitet kan den befintliga nätinfrastrukturen utnyttjas mer effektivt. Två komponenter som kan möjliggöra detta är fasvridande transformatorer (PST) och statiska synkrona seriekompensatorer (SSSC), vilka studeras i denna rapport.

Fallstudien i detta arbete bygger på simuleringar i Sveriges nätmodell och omfattar flera prognostiserade framtida belastningssituationer där flaskhalsar kan uppstå i E.ONs regionnät. Simuleringarna syftar till att fastställa möjliga placeringar och dimensionering av PST och SSSC för att avlasta utpekade flaskhalsar.

Resultaten visar att PST och SSSC kan minska belastningen på överbelastade ledningar till under 90 \% av dess maximala kapacitet. En ungefärlig kostnadskalkyl visar också att införandet av styrbara komponenter kan vara mer kostnadseffektivt än att bygga ut överbelastade ledningar. Samtidigt är effektstyrning ingen permanent lösning. Den ökar inte nätets faktiska kapacitet men förbättrar utnyttjandet av den befintliga. För att möta framtidens växande elbehov och möjliggöra en storskalig energiomställning krävs troligen en kombination av nätförstärkning och smart effektstyrning.

• author: Amundsson, Erika and Andersson, Sofia
• supervisor: Olof Samuelsson
• organization: Industrial Electrical Engineering and Automation
• course: EIEM01 20251
• year: 2025
• type: H3 - Professional qualifications (4 Years - )
• subject: Technology and Engineering
• keywords: Aktiv effektflödeskontroll, Flaskhalsar, Regionnät, Maskat nät, Fasvridande transformatorer, PST, Flexibla AC Transmissionsystem, FACTS, Statisk synkron seriekompensator, SSSC
• publication/series: CODEN:LUTEDX/TEIE
• report number: 5542
• language: Swedish
• id: 9207917
• date added to LUP: 2025-07-03 17:17:22
• date last changed: 2025-07-03 17:17:22