Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματοποιήθηκε από 8/2013-9/2014 στο τμήμα ηλεκτρολόγων μηχανικών & τεχνολογίας υπολογιστών του πανεπιστημίου Πατρών, υπό την επίβλεψη του καθηγητή Γαβριήλ Γιαννακόπουλου. Σκοπός της παρούσας διπλωματικής είναι η σχεδίαση και ο έλεγχος στατικού σειριακού αντισταθμιστή με στόχο την αντιστάθμιση συμμετρικών και ασύμμετρων βυθίσεων τάσης σε ευαίσθητα φορτία. Αρχικά γίνεται μια γενική αναφορά στην δομή των συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας στην έννοια της ποιότητας ισχύος και στις διαταραχές που μπορούν να εμφανιστούν σε ένα σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας. Έπειτα παρουσιάζονται μέθοδοι βελτίωσης της ποιότητας ισχύος και συγκεκριμένα των διαταραχών που οφείλονται σε βυθίσεις τάσεις. Κατόπιν περιγράφεται η δομή και ο τρόπος λειτουργίας της διάταξης που θα χρησιμοποιηθεί για την αντιστάθμιση της τάσης (Στατικός Σειριακός Αντισταθμιστής). Αναλύεται το σύστημα ελέγχου (Διπλός Διανυσματικός Ελεγκτής, Double Vector Controller) και παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της προσομοίωσης διαφόρων τύπων βραχυκυκλωμάτων με την χρήση του Στατικού Σειριακού Αντισταθμιστή (Static Series Compensator). / The present work was carried out by 8 / 2013-9 / 2014 in the Department of Electrical and Computer Engineering,in the University of Patras, under the supervision of Professor Gabriel Giannakopoulos. The purpose of this project is the design and control of serial static compensator designed to compensate symmetrical and asymmetrical voltage drops to sensitive loads. Originally made ​​a general reference to the structure of power systems in the sense of power quality and disturbances that can occur in a power system. Then, the study methods for improving power quality and specific disorders caused dips trends. After describing the structure and function of the device to be used to compensate for the voltage (Serial Static Compensator). Analyzed control system, Double Vector Controller and presented the results of the simulation of various types of short circuits using the Serial Static Compensator

Η παρούσα διπλωματική εργασία έχει ως αντικείμενο μελέτης την ανάπτυξη ενός υβριδικού συστήματος που περιλαμβάνει έναν HVDC μετατροπέα (με θυρίστορ μεταγωγής γραμμής) και ένα στατικό αντισταθμιστή και χρησιμοποιείται για τη μεταφορά ενέργειας σε δίκτυα που δε διαθέτουν σύγχρονη παραγωγή. Η μελέτη θα περιλαμβάνει όλα εκείνα τα στοιχεία που είναι απαραίτητα για τη διασύνδεση σε ένα κεντρικό δίκτυο. Το προτεινόμενο σύστημα συνδυάζει καλή απόδοση, χαμηλό κόστος και μικρή απώλεια ισχύος από τον HVDC μετατροπέα με τη γρήγορη δυναμική απόδοση ενός συστήματος μεταφοράς στηριζόμενο σε VSC (μετατροπέας πηγής τάσης). Η μελέτη περιγράφει τις αρχές και τις στρατηγικές ελέγχου του προτεινόμενου συστήματος. Επίσης παρουσιάζονται προσομοιώσεις στο πρόγραμμα PSCAD που καταδεικνύουν τη δυναμική συμπεριφορά και αξιολογούν το προτεινόμενο σύστημα κάτω από διάφορες συνθήκες λειτουργίας, όπως ψυχρή εκκίνηση, αυξομειώσεις φορτίου ή παραγωγής και συνθήκες ac σφαλμάτων. / The current diploma thesis deals with the development of a hybrid system comprising an HVDC converter (line commutated thyristor) and a STATCOM which is proposed for the connection of networks with no synchronous generation to a main grid. The proposed system combines the robust performance and low capital cost and power loss of a line-commutated HVDC converter, with the fast dynamic performance of a VSC system. The thesis describes the principles and control strategies of the proposed system. PSCAD/EMTDC simulations are presented to demonstrate the robust performance and to validate the proposed system during various operating conditions such as black-start, variations of load or generation and ac fault conditions.

Η εργασία πραγματεύεται την απόσβεση των ταλαντώσεων ισχύος με χρήση του εξελιγμένου ελεγχόμενου αντισταθμιστή σειράς. / SSSC is used in order to improve power system oscillation stability and some useful analytical conclusions are presented.

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματοποιήθηκε κατά το διάστημα 11/2011-9/2012 στα πλαίσια των ερευνητικών δραστηριοτήτων του εργαστηρίου Παραγωγής, Μεταφοράς, Διανομής και Χρησιμοποίησης Ηλεκτρικής Ενέργειας του τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών του Πανεπιστημίου Πατρών, υπό την επίβλεψη του καθηγητή Γαβριήλ Β. Γιαννακόπουλου. Σκοπός της εργασίας είναι η σύγκριση της δυναμικής συμπεριφοράς ενός συμβατικού σύγχρονου αντισταθμιστή και ενός εγκάρσιου στατικού αντισταθμιστή αέργου ισχύος (SVC) σε ένα εγκατεστημένο ηλεκτρικό δίκτυο, προσομοιώνοντας διαφορετικές περιπτώσεις που επηρεάζουν την διαδικασία αντιστάθμισης αέργου ισχύος και υποστήριξης τάσης σε ζυγούς του δικτύου. Στην εργασία αυτή παρουσιάζονται το μαθηματικό μοντέλο του σύγχρονου αντισταθμιστή, οι επαγωγικές παράμετροι που το χαρακτηρίζουν, τα διαφορετικά μοντέλα συστημάτων διέγερσης που χρησιμοποιούνται και ο Μετασχηματισμός Park. Όσον αφορά τον εγκάρσιο στατικό αντισταθμιστή (SVC) παρουσιάζονται οι βασικές αρχές ελέγχου των TCR και TSC που διαθέτει, η χαρακτηριστική τάσης-ρεύματος και γίνεται μια αναλυτική περιγραφή των συνιστωσών του συστήματος ελέγχου του, όπως ο ρυθμιστής τάσης, το σύστημα συγχρονισμού και η γεννήτρια παραγωγής παλμών. Τέλος, για την μοντελοποίηση και την προσομοίωση των αντισταθμιστών και του ηλεκτρικού δικτύου χρησιμοποιείται το πρόγραμμα PSCAD/EMTDC λόγω της αξιοπιστίας και της ευχρηστίας του σε μεγάλος εύρος ενεργειακών μελετών. / The current thesis was held during the period 11/2011-9/2012 within the research activities of the Generation, Transmission, Distribution and Utilization of Electric Energy Laboratory, Department of Electrical and Computer Engineering, University of Patras, under the supervision of Professor Gabriel B. Giannakopoulos. The purpose of this study is to compare the dynamic performance of a conventional synchronous condenser and a static reactive power compensator (SVC) on an installed electrical grid, simulating different cases affecting the process of reactive power compensation and voltage support at the network’s load buses. This thesis includes representation of the mathematical model of the conventional synchronous condenser and the inductive parameters that characterize it, the different excitation system models used and the Park Transformation. Regarding the static VAR compensator (SVC), this thesis also refers to the fundamentals of TCR and TSC control, the explanation of the current-voltage characteristic and the analytic description of the control system’s components, such as the voltage regulator, the synchronization system and the gate-pulse generator. Lastly, for the modeling and simulation of both compensators and the installed electrical grid, the simulation program used is PSCAD / EMTDC because of its usability and reliability on a wide range of energy projects.

Η παρούσα διπλωματική ασχολείταιμε τις σύγχρονες μεθόδους που εφαρμόζονται στα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας για την βελτίωση των χαρακτηριστικών τους χρησιμοποιώντας αφενός τις τεχνολογικές εξελίξεις στον τομέα των ημιαγωγικών διακοπτικών στοιχείων και αφετέρου την εγκατεστημένη θεωρία ελέγχου. Στο κεφάλαιο 1 επιχειρείται μια εισαγωγή στις έννοιες των συστημάτων μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας (ΣΗΕ) καθώς και στην αρχή λειτουργίας τους.Στη συνέχεια γίνεται αναφορά στην έννοια της ποιότητας ισχύος και στα προβλήματα που παρουσιάζονται στα ηλεκτρικά δίκτυα. Τέλος αναφέρονται τα προβλήματα εκείνα που με την πάροδο του χρόνου έκαναν επιτακτική την εισχώρηση της τεχνολογίας των ηλεκτρονικών ισχύος στο πεδίο τους και ιδιαίτερα στην κατεύθυνση της αντιστάθμισης αέργου ισχύοςπου αποτελεί ένα απο τα κυριότερα προβλήματα. Στο κεφάλαιο 2 συνεχίζουμε αναλύοντας τη μορφή που παίρνουν τα σύγχρονα ΣΗΕ μετά την είσοδο της τεχνολογίας των FACTS ξεκινώντας από τα θυρίστορ ,ηλεκτρονικούς διακόπτες ισχύος,που αποτελούν δομικά στοιχεία των νέων διατάξεων και επόμενα τις γενικότερες διατάξεις που χρησιμοποιούνται στα ΣΗΕ που συνδυάζουν τα νέα στοιχεία ακόμα και με τους μηχανικούς διακόπτες που ήταν ο προηγούμενος τρόπος ελέγχου των ΣΗΕ. Στο κεφάλαιο 3 γίνεται μια πιο ενδελεχή αναφορά στα κυκλώματα τεχνολογίας ηλεκτρονικών ισχύος που χρησιμοποιύνται ώστε να πάρουν μορφή οι προηγούμενες διατάξεις ,ξεκινώντας από τη βασική μονάδα του μετατροπέα ημιγέφυρας δομικό στοιχείο των DC/AC μετατροπέων.Ακόμα στο κεφάλαιο αυτό αναφερόμαστε στον έλεγχοτων διατάξεων ,αναλύοντας τα συστήματα αναφοράς και τις τεχνικές που υπάρχουν για να καταστεί δυνατή η οδήγησή τους. Στο κεφάλαιο 4 τα πράγματα γίνονται πιο συγκεκριμένα και αναφερόμαστε στο στατικό αντισταθμιστή (STATCOM).Παρουσιάζονται τα κυκλώματα ελέγχου που περιέχει έτσι ώστε να γίνεται δυνατός ο έλεγχος τάσης είτε διάφορες άλλες δυνατότητες που μπορεί να προσφέρει στο πλαίσιο της καλύτερης λειτουργίας των σύγχρονων ΣΗΕ.Επίσης αναπτύσσεται το μαθηματικό και δυναμικό μοντέλο με τις εξισώσεις στα βήματα του οποίου θα κινηθεί και η προσομοίωση του επόμενου κεφαλαίου. Στο κεφάλαιο 5 γίνεται προσομοίωση της λειτουργίας του στατικού αντισταθμιστή και παρουσιάζονται διάφορα διαγράμματα από τα επιμέρους κυκλώματα που αναδεικνύουν τη λειτουργία του.Κύριο αντικείμενο και εδώ αποτελεί η θεωρία ελέγχου και ιδιαίτερη μνεία γίνεται στην χρησιμοποίηση των PI ελεγκτών εκείνω οι οποίοι ρυθμίζουν παραμέτρους του συστήματος και μετουσιώνουν τη μετάβαση από τα παλαιότερα συστήματα που χρησιμοποιούνταν στα ΣΗΕ όπως ο έλεγχος με μηχανικούς διακόπτες. Στο κεφάλαιο 6 τέλος προχωράμε σε κάποιες ιδέες και προτάσεις για μελλοντική έρευνα ως αποτέλεσμα της ενασχόλησης με την συγκεκριμένη διπλωματική εργασία. / In capter 1 there is an intoduction to the Electrical Power Systems terminology,as well as their function and principles.Next,the meaining of power quality is presented along with the problems that occur at the electrical main grids.More emphsis is given to the ones that gradually enforced the use power electronics for reactive power compensation. In chapter 2,an analysis is made about the form of the modern Electrical Power Systems after the development of the FACT technology,starting from thyristors ,electronic power switches,which are elementsof the new layout and continuing with other modern devices which combine these new elements even with the old mechanical switches. In chapter 3,the electronic power systems' circuits are examined more thorouglyin order to understand the layout of the aforementioned structures,starting from the elementary unit of the half bridge power converter.Moreover,the control of these structures is examined,analyzing the reference systems and the various techniques in order to drive them. Chapter 4, presents the static compensator (STATCOM) along with its control circuits.In addition, the mathematical and dynamic model is developed, forming equations where the simulation of the next chapter is based. In chapter 5,there is a simulation of STATCOM's function (in MATLAB software) and various diagrams are presented showing different variables during its operation.Main purpose of this section is the presentation of the control theory,highlighting the use of PI controllers which adjust the system's parameteres and realize the transition from the older structures used in Electrical Power Systems ,such us mechanical switching. In chapter 6,we present some ideas in terms of future survey as a result of our dealing with the certain thesis