Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται την μελέτη των μικροδικτύων. Δίνεται ο ορισμός τους, αναλύονται τα δομικά τους μέρη καθώς και η λειτουργία τους. Στα πλαίσια της διπλωματικής αυτής πραγματοποιείται μελέτη εγκατάστασης ενός μικροδικτύου ενώ αναλύεται και εξετάζεται, με πειραματικές μετρήσεις, η λειτουργία ενός ήδη εγκατεστημένου μικροδικτύου στο Κέντρο Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας. Η εργασία αυτή εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών. Σκοπός είναι η δημιουργία ενός μικροδικτύου στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας. Στην παρούσα εργασία έγινε η απαιτούμενη βιβλιογραφική αναζήτηση και η μελέτη του μικροδικτύου, που κατά κύριο λόγο εστιάστηκε στη μελέτη εγκατάστασης της φωτοβολταϊκής συστοιχίας. Επίσης παρουσιάζεται το μοντέλο προσομοίωσης για των φωτοβολταϊκών πλαισίων και εν γένει της φωτοβολταϊκής συστοιχίας. Αρχικά παρουσιάσαμε τα κύρια μέρη που αποτελούν ένα μικροδίκτυο. Εξετάσαμε τις μονάδες παραγωγής και αποθήκευσης καθώς και τις μονάδες που έχουν τον πιο σημαντικό ρόλο σε ένα μικροδίκτυο: τους ηλεκτρονικούς μετατροπείς ισχύος. Ακόμη μελετήθηκαν οι αρχές λειτουργίας των μικροδικτύων και η συμπεριφορά τους υπό διαφορετικές συνθήκες σύνδεσης. Στη συνέχεια μελετήθηκε ένα ήδη εγκατεστημένο μικροδίκτυο στο Κ.Α.Π.Ε ώστε να αποκτηθεί μια πιο ολοκληρωμένη εικόνα των λειτουργιών και των δυνατοτήτων των μικροδικτύων. Στο συγκεκριμένο μικροδίκτυο πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις για την επιβεβαίωση της ορθής λειτουργίας και κατανόηση των παραμέτρων και λειτουργικών του χαρακτηριστικών Το επόμενο βήμα ήταν η ηλεκτρολογική μελέτη και η μελέτη εφαρμογής για το μικροδίκτυο που στοχεύουμε να εγκατασταθεί στο εργαστήριο. Η μελέτη περιορίστηκε στην εγκατάσταση της φωτοβολταϊκής γεννήτριας και των συσσωρευτών με τις αντίστοιχες μονάδες ηλεκτρικής μετατροπής ενέργειας. Τέλος η φωτοβολταϊκή συστοιχία προσομοιώθηκε στο περιβάλλον του Matlab/Simulink / This thesis deals with the study of Microgrids. We define them, analyzed their structure and function. In this thesis a study of a microgrid installation is carried out. An already established Microgid at the Centre for Renewable Energy is analyzed and a comparison with experimental results is made to confirm its operation. The work was conducted at the Laboratory of Electromechanical Energy Conversion, Department of Electrical and Computer Engineering School of Engineering, University of Patras. The aim is to create a Microgrid in Electromechanical Energy Conversion Laboratory. In this study the required literature search and study of Microgrids was completed, which primarily focused on the design of the installation of the photovoltaic array. It also shows the model simulation of photovoltaic modules and overall photovoltaic array. At the beginnibg we presente the main components that make up a microgrid. We examined the production and storage facilities as well as the units that have the most important role in a Microgrid: the electronic power inverters. Yet studied the operating principles of the Microgrid and their behavior under different link conditions. Then we studied a previously established microgrid in order to gain a more complete picture of the functions and capabilities of a Microgrid. In this microgrid measurements were performed to confirm the proper operation and understanding of the parameters and operating characteristics The next step was the electrical design and application study for a microgrid planned to be installed in the laboratory. The study was limited to the installation of the photovoltaic generator and batteries to their respective units of electrical energy conversion. Finally, the photovoltaic array was simulated in the environment of Matlab / Simulink

Στην παρούσα εργασία γίνεται προσπάθεια για την περιγραφή των νέων μοντέλων δικτύου ηλεκτρικής ενέργειας που αναμένεται να δώσουν λύσεις στα διάφορα προβλήματα που έχουν κάνει την εμφάνιση τους λόγω της συνεχούς αύξησης στη ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας. Βασισμένα στην αξιοποίηση των Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας, τα ΜικροΔίκτυα και κατ’ επέκταση τα Έξυπνα Δίκτυα θεωρούνται οι αντικαταστάτες του παραδοσιακού κεντρικά ελεγχόμενου ηλεκτρικού δικτύου, κάνοντας χρήση των πλεονεκτημάτων της Διεσπαρμένης Παραγωγής. Έπειτα από την αναφορά στο σημαντικό ρόλο των Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας, περιγράφονται αναλυτικά οι έννοιες της Διεσπαρμένης Παραγωγής, του ΜικροΔικτύου και του Έξυπνου Δικτύου. Οι νέοι αυτοί όροι έχουν ήδη αρχίσει να εισέρχονται στην πραγματικότητα του ηλεκτρικού δικτύου, καθώς υπάρχουν ήδη χρονοδιαγράμματα που επιβάλουν την επιτακτική χρήση των Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας από τα κράτη, σε μια προσπάθεια να μειωθούν οι εκπομπές των αερίων του θερμοκηπίου. Οι συνεχώς εξελισσόμενες τεχνολογίες που σχετίζονται με τα νέα πρότυπα του ηλεκτρικού δικτύου παρουσιάζονται επίσης. Είναι πολύ σημαντικό οι τεχνολογίες αυτές να αναπτυχθούν όσο το δυνατόν περισσότερο, ώστε να συμβάλλουν στην άμεση, αποδοτική και οικονομικά ωφέλιμη χρήση της Διεσπαρμένης Παραγωγής και την ομαλή και ασφαλή μετάβαση προς τα Έξυπνα Δίκτυα. Στη συνέχεια γίνεται περιγραφή κάποιων μεθόδων ελέγχου των ΜικροΔικτύων και των βασικών μονάδων που το απαρτίζουν. Παρουσιάζονται η λειτουργία του ΜικροΔικτύου όταν λειτουργεί σε απομόνωση από το υπόλοιπο βασικό δίκτυο και σε σύνδεση με αυτό, καθώς οι επιπτώσεις προγραμματισμένων και μη αποσυνδέσεων από τον βασικό κορμό του δικτύου. Τέλος, βασικό κομμάτι της εργασίας αυτής αποτελεί η προσομοίωση κάποιων βασικών μονάδων του ΜικροΔικτύου, και πιο συγκεκριμένα του Μικροστροβίλου και του Ολοκληρωμένου Συστήματος Κυψελών Καυσίμου Στερεού Οξειδίου. Τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων αυτών παρουσιάζονται και αναλύονται για την αξιολόγηση της χρήσης τους και της σπουδαιότητάς τους σε συγκεκριμένες εφαρμογές. / In the present work we make an effort to describe the new models of electric networks that are expected to give solutions in the various problems that have made their appearance due to the continuous increase in the demand of electric energy. Based in the exploitation of Renewable Sources of Energy, MicroGrids, and as a result the SmartGrids are considered to be the substitutes of traditional central-controlled electric network, making use of the advantages of Distributed Generation. After the quick reference of the important role of Renewable Sources of Energy, the terms of Distributed Generation, MicroGrid and SmartGrid are described analytically . This new terms have already begun to enter the reality of the electric network, as timetables that impose the imperative use of Renewable Sources of Energy already exist,in an effort decrease the emissions of greenhouse gases.The continuously evolving technologies that are related with the new models of electric network are also presented. It is very important that these technologies are developed as much as possible, so that they contribute in a direct, efficient and economically beneficial use of Distributed Generation and the smooth and sure transition towards the SmartGrids. Afterwards we describe certain methods of control of MicroGrids and basic units that compose them. The operation of MicroGrid when it functions in isolation from the basic network and in connection with this is described.Finally, the simulations of certain basic units of Microgrids are described, focusing on Micorturbine and Solid Oxide Fuel Cell system. The results of these simulations are presented and analyzed for the evaluation of their use and their importance in certainapplications.

Σκοπός της παρούσης διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη μεθόδων περιορισμού των ανυψώσεων τάσης σε δίκτυα διανομής με διεσπαρμένη παραγωγή. Η μελέτη περιλαμβάνει αρχικά την ανάλυση και την εξήγηση του φαινομένου της ανύψωσης της τάσης σε δίκτυα διανομής στα οποία έχουν εγκατασταθεί τεχνολογίες διεσπαρμένης παραγωγής. Στη συνέχεια αναλύονται οι μέθοδοι αντιμετώπισης αυτού του φαινομένου. Συγκεκριμένα αναλύεται η μέθοδος περιορισμού της αύξησης της τάσης μέσω περιορισμού της ενεργού ισχύος των τεχνολογιών διεσπαρμένης παραγωγής ή μέσω απορρόφησης άεργου ισχύος ή ακόμη και μέσω συντονισμένου ελέγχου Μ/Σ μεταβλητής λήψης. Αναλύεται επίσης μέθοδος η οποία βασίζεται στη χρήση των Multiagent Systems. Επειδή όμως κεντρικές προσεγγίσεις απαιτούν σημαντικές επενδύσεις σε αισθητήρες, επικοινωνιακά και ελεγκτικά συστήματα , γεγονός που καθιστά την εφαρμογή τους σε μεγάλο αριθμό τεχνολογιών διεσπαρμένης παραγωγής δύσκολη, προτείνεται μία μέθοδος κατανεμημένου ελέγχου της τάσης. Προτείνονται ακόμη και πιο περίπλοκες μέθοδοι ελέγχου, όπως η ρύθμιση της τάσης που τίθεται ως στόχος από τους αυτόματους ελεγκτές τάσης ή ακόμη και συνδυασμός σταθερού συντελεστή ισχύος με αυτόματο έλεγχο της τάσης. Τέλος, αναλύεται μία μέθοδος ελέγχου της τάσης ενός αιολικού πάρκου μέσω δύο επιπέδων ελέγχου: ενός εποπτικού συστήματος ελέγχου όλου του πάρκου και ενός συστήματος ελέγχου κάθε ανεμογεννήτριας ξεχωριστά. Στη συνέχεια μελετήθηκε μία μέθοδος η οποία έχει ως στόχο της να μην ελέγχει την τάση του ζυγού της διεσπαρμένης παραγωγής αλλά να εξασφαλίζει ότι οι εγχύσεις ισχύος από μόνες τους δεν προκαλούν σημαντικές διαταραχές στην τάση. Αυτό γίνεται μέσω ελέγχου της άεργου ισχύος και περιλαμβάνει την εύρεση της τιμής της άεργου ισχύος που παράγει ή καταναλώνει η διεσπαρμένη γεννήτρια, τέτοιας ώστε η αύξηση της τάσης που προκαλείται από την ενεργό τιμή της γεννήτριας να ελαχιστοποιείται. Η παραπάνω μέθοδος εφαρμόζεται σε ένα ακτινικό δίκτυο ενός ζυγού για δύο περιπτώσεις, για την περίπτωση που στο ζυγό είναι συνδεδεμένο φορτίο και για την περίπτωση που δεν είναι φορτίο συνδεδεμένο. Στο ίδιο δίκτυο και για τις ίδιες περιπτώσεις εφαρμόζεται η μέθοδος σταθερού χωρητικού και επαγωγικού συντελεστή ισχύος και γίνεται σύγκριση των δύο μεθόδων. Η μέθοδος ελέγχου άεργου ισχύος εφαρμόζεται και σε ένα δίκτυο τεσσάρων ζυγών στους οποίους υπάρχουν συνδεδεμένα φορτία. / The purpose of this diploma thesis is to study approaches of voltage rise mitigation in distribution networks with distributed generation. The study at the beginning analyzes and explains the problem of voltage rise in distribution networks in which technologies of distributed generation are installed. Then approaches of mitigating this problem have been proposed. It is proposed an approach based on curtailing the active power generation. It is also suggested to mitigate voltage rise through absorption of reactive power or even through coordinated voltage control using on load tap changing transformers (OLTC). Another approach has been considered for voltage support through multi-agent-based optimization. However centralized approaches require significant investments in sensors, communication and control systems, which makes their application to massive distributed generation situations difficult to implement. Distributed voltage control approaches have also been proposed to limit the voltage rise in feeders where load and generation were considered continuously distributed. More complex distributed approaches have been proposed to control the target voltage of automatic voltage control relays at primary substations and to combine fixed power factor with automatic voltage control.Finally, a method of controlling the voltage of a wind park with two control levels is proposed: a supervisory control system throughout the park and a control system of each individual wind turbine. Then it is studied an approach that aims not to put distributed generation in control of bus voltage but to assure that injections alone do not cause significant voltage perturbations. This is achieved through a power control approach, which consists in finding the value of the generation’s reactive power such that the voltage rise caused by generation’s active power is minimized. The approach is applied to a two-bus radial network, for two load conditions: highly loaded and not loaded. In the same network is also applied a constant leading and lagging power factor approach which is compared with the previous one. The reactive power control approach is also applied to a four-bus highly loaded network.

Η παρούσα διπλωματική εργασία έχει ως αντικείμενο την μελέτη και τη μοντελοποίηση ενός υβριδικού συστήματος, που αποτελείται από φωτοβολταϊκά και κυψέλες καυσίμου τα οποία τροφοδοτούν ένα μικροδίκτυο. Το φορτίο το οποίο καλείται το σύστημα να καλύψει είναι 30kW και 15kVar. Για τη μοντελοποίηση του συστήματος χρησιμοποιείται το πρόγραμμα σχεδίασης και προσομοίωσης ηλεκτρικών συστημάτων PSCAD. Στην εργασία αυτή το ενδιαφέρον επικεντρώνεται στη συμπεριφορά του συστήματος στη μόνιμη κατάσταση λειτουργίας και στη συμπεριφορά σε κάποια μεταβατατικά φαινόμενα. Τα μεταβατικά φαινόμενα που εξετάζονται είναι τα εξής: - Συμπεριφορά συστήματος σε μεταβολές της ηλιοφάνειας. - Απόκριση συστήματος σε μεταβολές του φορτίου. - Τριφασικό και μονοφασικό βραχυκύκλωμα με τη γη στη γραμμή. Στο κεφάλαιο 1 γίνεται αναφορά στις ανανεώσιμες πηγές, στην εξέλιξή και στην προοπτική τους στο μέλλον. Στη συνέχεια περιγράφονται τα διάφορα είδη των υβριδικών συστημάτων και γίνεται αναφορά για τη διεσπαρμένη παραγωγή και τα μικροδίκτυα. Στο κεφάλαιο 2 περιγράφεται η λειτουργία των φωτοβολταϊκών κυττάρων, παρουσιάζονται οι I-V και P-V χαρακτηριστικές και στη συνέχεια ακολουθεί αναλυτική περιγραφή του μοντέλου της φωτοβολταϊκής συστοιχίας που θα χρησιμοποιήσουμε στην προσομοίωση στο PScad. Στο κεφάλαιο 3 περιγράφεται η λειτουργία των κυψελών καυσίμων και παρουσιάζονται τα διάφορα είδη κυψελών που υπάρχουν στις μέρες μας. Εν συνεχεία ακολουθεί αναλυτική περιγραφή της λειτουργίας της κυψέλης καυσίμου πολυμερούς ηλεκτρολυτικής μεμβράνης PEM FC καθώς αυτό το είδος των κυψελών καυσίμου χρησιμοποιούμε στο σύστημά μας. Τέλος, κατασκευάζεται το μοντέλο της PEM FC και ακολουθεί η αναλυτική περιγραφή του μοντέλου. Στο κεφάλαιο 4 γίνεται αναφορά στους dc/dc μετατροπείς ανύψωσης τάσης και στις περιοχές λειτουργίας τους. Εν συνεχεία γίνεται διαστασολόγηση του ανυψωτή τάσης και παρουσιάζεται το σύστημα ελέγχου του. Επίσης μελετάται η λειτουργία του ανυψωτή ως ανιχνευτή του σημείου μέγιστης ισχύος της φωτοβολταϊκής συστοιχίας και γίνεται προσομοίωση των κυψελών και της φωτοβολταϊκής συστοιχίας με τους dc/dc μετατροπείς που χρησιμοποιούνται. Στο κεφάλαιο 5 ακολουθεί η περιγραφή της λειτουργίας των μονοφασικών και τριφασικών αντιστροφέων DC/AC και παρουσιάζεται αναλυτικά η στρατηγική της διαμόρφωσης εύρους παλμών (PWM). Τέλος, γίνεται υπολογισμός των τιμών του φίλτρου που τοποθετείται στην έξοδο του αντιστροφέα και στη συνέχεια προσομοιώνεται και μελετάται το μοντέλο του αντιστροφέα που χρησιμοποιούμε στο σύστημά μας. Στο κεφάλαιο 6 γίνεται η πλήρη προσομοίωση του συστήματος. Περιγράφονται επίσης και τα μοντέλα του φορτίου, του Μ/Σ, του δικτύου και της μηχανής παραγωγής σφαλμάτων. Τέλος, παρουσιάζονται και περιγράφονται τα αποτελέσματα των μελετών που πραγματοποιούνται στο σύστημα (απόκριση συστήματος σε κανονικές συνθήκες, απόκριση συστήματος για μεταβολή της ηλιοφάνειας, μελέτη συστήματος στη μεταβολή του φορτίου, προσομοίωση συστήματος για σφάλματα στη γραμμή). / The current diploma thesis presents the study and simulation of a hybrid system, which consists of a Photovoltaic Array (PV) and a Fuel Cell stack (FC), which supports a microgrid. The critical load that the system supports is 30kW and 15kVar. For the system modelling the program of designing and simulation of electric systems PSCAD is used. At this project the interest is focused in the behavior of system in the permanent situation of operation and in the behavior in certain transient phenomena. The transient phenomena that are examined are the following: - Behavior of the system in variations in solar insolation. - System’s response to variations of the load. - Fault analysis (single line to ground and three-phase line to ground short circuit). In Chapter 1 there is a description of renewable energy sources, their development and prospects in the future. Afterwards, the different kinds of hybrid systems are mentioned and there is a reference in distributed generation and microgrids. In Chapter 2 the function of photovoltaic cells and different kinds of photovoltaic technologies are described. Furthermore, I-V and P-V characteristic are presented and then follows an analytical description of the photovoltaic model that we use in our simulation in PScad. In Chapter 3 , the function of the Fuel Cells is described and the different kinds of fuel cells are presented. Afterwards, there is an analytical description of the proton exchange membrane fuel cells (PEM FC) as we use this kind of FC in our system. Finally, the PEM FC model is constructed and an analytical description of the model is made. The Chapter 4 entails information for the dc/dc boost converters and their operating modes. Subsequently the control system of the dc/dc boost converter is presented. Finally, the utilization of the boost converter as a maximum power point tracker is examined and the simulation of the FV and PV with the boost converter is presented. In Chapter 5 there is a description of the function of the single-phase and three-phase dc/ac inverters and the technique of the pulse-width modulation (PWM) is presented. Finally, the value of the output filter of the inverter is calculated and then the model of the dc/ac inverter, which we use in our system, is simulated. In Chapter 6 there is a simulation of the whole system. Furthermore, the models of the load, the transformer and the fault generator are described. Finally, the results of the simulations for which the system was tested is presented (system response to normal conditions, system response to changes in the insolation, System’s response to variations of the load, system response to grid faults).

Η επιβάρυνση του φυσικού περιβάλλοντος από τους συμβατικούς τρόπους ηλεκτροπαραγωγής έστρεψε τα τελευταία χρόνια την παγκόσμια ενεργειακή πολιτική στην ανάπτυξη και βελτίωση μεθόδων ηλεκτροπαραγωγής βασισμένων σε Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (ΑΠΕ). Αν και η ενσωμάτωση των ΑΠΕ στο δίκτυο μέσης τάσης δε συνοδεύεται από ιδιαίτερες πρακτικές δυσκολίες, δεν συμβαίνει το ίδιο και με το ηλεκτρικό δίκτυο των αστικών περιοχών, εξαιτίας της δομής των σύγχρονων μεγάλων αστικών κέντρων. Λαμβάνοντας υπόψη ότι οι μεγάλοι καταναλωτές (εργοστάσια και βιομηχανίες) θεωρούνται κατά κοινή πρακτική ως σταθερά φορτία, γίνεται κατανοητό πως ο βαθμός ανάπτυξης των αστικών κέντρων διαδραματίζει πολύ σημαντικό ρόλο τόσο στη ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας όσο και στη διαμόρφωση της αιχμής της καταναλισκόμενης ισχύος. Στο Ελληνικό Σύστημα Ηλεκτρικής Ενέργειας οι μήνες κατά τους οποίους βάλλεται περισσότερο η επάρκεια του ηλεκτρικού συστήματος επικεντρώνονται στη διάρκεια της θερινής περιόδου. Από την άλλη πλευρά, η μέγιστη παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από την ηλιακή συμπίπτει χρονικά με τις ημερήσιες αιχμές ζήτησης των καλοκαιρινών μηνών. Συνεπώς, η χρήση μικρών ευέλικτων φωτοβολταϊκών (Φ/Β) συστημάτων, που μπορούν να εγκατασταθούν τόσο σε κατοικίες, όσο και σε εμπορικά ή δημοσία κτίρια (Διασυνδεδεμένα κτιριακά Φ/Β συστήματα) μπορεί να συμβάλει τόσο στην εξομάλυνση των αιχμών φορτίου όσο και στη μείωση του συνολικού κόστους ηλεκτροπαραγωγής. Η τελευταία και νεώτερη τεχνολογική τάση στα διασυνδεδεμένα κτιριακά φωτοβολταϊκά συστήματα είναι γνωστή με τον όρο Φωτοβολταϊκά Πλαίσια Εναλλασσομένου Ρεύματος (Φ/Β Πλαίσια Ε.Ρ). Πρόκειται για Φ/Β διατάξεις μικρής ισχύος (έως 300W), οι οποίες δημιουργούνται από την ενσωμάτωση ενός μόνο Φ/Β πλαισίου και ενός μονοφασικού αντιστροφέα σε μια αυτοτελή ηλεκτρονική διάταξη. Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η συμβολή της στον τομέα των Φ/Β μονάδων διεσπαρμένης παραγωγής, με την αναζήτηση μιας διάταξης διασύνδεσης φωτοβολταϊκών γεννητριών μικρής ισχύος με το ηλεκτρικό δίκτυο των αστικών περιοχών. Συγκεκριμένα, διερευνάται η δυνατότητα ανάπτυξης μιας ηλεκτρονικής διάταξης με απομόνωση, η οποία αφ’ ενός μεν θα εξασφαλίζει υψηλό συντελεστή ισχύος και υψηλό βαθμό απόδοσης για ευρύ φάσμα λειτουργίας, αφ’ ετέρου δε θα διέπεται από μικρό βαθμό πολυπλοκότητας στο κύκλωμα ισχύος της προκειμένου να εξασφαλίζεται υψηλή αξιοπιστία. Επιπρόσθετα, ιδιαίτερα χαρακτηριστικά αυτής της διάταξης θα πρέπει να είναι ο μικρός όγκος και το μικρό βάρος, ιδιότητες πολύ σημαντικές εάν αναλογιστούμε τις εφαρμογές για τις οποίες προορίζεται (ενσωμάτωση σε Φ/Β γεννήτριες που θα τοποθετηθούν σε όψεις ή οροφές κτιρίων). Το ενδιαφέρον της εργασίας εστιάσθηκε στον υψίσυχνο αντιστροφέα ρεύματος τοπολογίας Flyback. Για τη διάταξη αυτή διερευνήθηκαν δύο διαφορετικές τεχνικές ελέγχου (οι οποίες οδηγούν σε διαφορετικές καταστάσεις λειτουργίας) και ελέγχθηκε η καταλληλότητα τους για διαφορετικά επίπεδα ισχύος. Για τις δύο αυτές τεχνικές ελέγχου αναπτύχθηκαν μαθηματικά μοντέλα που συνδέουν τη μεταφερόμενη στο δίκτυο ισχύ με τις κατασκευαστικές παραμέτρους του αντιστροφέα και εξήχθησαν κριτήρια για τα ασφαλή όρια λειτουργίας του αντιστροφέα, με γνώμονα την καταπόνηση των ημιαγωγικών στοιχείων ισχύος. Επιπλέον, προτάθηκε η συνδυασμένη εφαρμογή των δύο τεχνικών ελέγχου και παρουσιάστηκε μια στρατηγική σχεδιασμού του αντιστροφέα, ώστε να γίνεται βέλτιστη επιλογή όλων των επιμέρους λειτουργικών του στοιχείων με ταυτόχρονη ελαχιστοποίηση του όγκου του, επίτευξη υψηλού συντελεστή ισχύος καθώς και υψηλού βαθμού απόδοσης, για ευρύ φάσμα της παραγόμενης ισχύος. Τέλος, διερευνήθηκε η δυνατότητα ανάπτυξης ενός ενεργού φίλτρου, για την αποτελεσματική εξομάλυνση της έντονης κυμάτωσης του ρεύματος εισόδου του προτεινόμενου αντιστροφέα. Η κυμάτωση αυτή είναι αποτέλεσμα της τροφοδότηση του μονοφασικού ηλεκτρικού δικτύου Ε.Ρ. από τη συνεχή τάση και το συνεχές ρεύμα που παράγουν οι φωτογεννήτριες και ο περιορισμός της είναι ιδιάζουσας σημασίας προκειμένου να καταστεί δυνατή η αποδοτική λειτουργία της όλης διάταξης. Η λειτουργία του προτεινόμενου ενεργού φίλτρου είναι ανεξάρτητη τόσο των καταστάσεων λειτουργίας του αντιστροφέα τύπου Flyback, όσο και γενικότερα της τοπολογίας του αντιστροφέα, καθιστώντας την έτσι ως μια ελκυστική λύση και για διαφορετικές τοπολογίες μετατροπέων. Η ακρίβεια των μαθηματικών μοντέλων, η ορθότητα της προτεινόμενης στρατηγικής σχεδιασμού και η αποτελεσματικότητα του προτεινόμενου ενεργού φίλτρου επιβεβαιώθηκαν μέσω προσομοίωσης και πειραματικών δοκιμών, ενώ τέλος παρατίθενται τα συμπεράσματα από το σύνολο της εργασίας. Η εργασία αυτή συγχρηματοδοτείται κατά: 80% της Δημόσιας Δαπάνης από την Ευρωπαϊκή Ένωση – Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο, 20% της Δημόσιας Δαπάνης από το Ελληνικό Δημόσιο – Υπουργείο Ανάπτυξης – Γενική Γραμματεία Έρευνας και Τεχνολογίας και από τον Ιδιωτικό Τομέα, στο πλαίσιο του Μέτρου 8.3 του Ε.Π. Ανταγωνιστικότητα – Γ΄ Κοινοτικό Πλαίσιο Στήριξης. / The aggravation of natural environment from the conventional ways of electricity generation turned during past few years the worldwide energy policy to the development and the improvement of electricity generation methods based on Renewable Energy Sources (RES). Although the interconnection of RES in the medium voltage network is not accompanied by particular practical difficulties, this is not the case for the electric network of urban regions, by reason of the structure of modern big urban centres. Taking into consideration that in common practice the big consumers (factories and industries) are considered as constant loads, it becomes comprehensible that the growth of urban centres plays very important role both in the demand of electrical energy and the formation of peak electricity power consumption. Τhe time period where the sufficiency of the Greek Electric Energy System is threatened is during the aestival period. On the other hand, the peak electricity production from solar energy coincides with the daily peak consumption of summer months. Consequently, the use of small flexible photovoltaic (PV) systems, installed in residences or in commercial and public buildings (BIPV – Building Integrated Photovoltaic’s), can contribute to the normalisation of electrical energy consumption as well as to the reduction of electricity generation total cost. The latest technology on small scale grid-connected residential PV systems is the Alternative Current Photovoltaic Modules (AC-PV Modules) where the power production varies under 0.3kW. An AC-PV Module is the combination of a single PV module and a single-phase power electronic inverter in a single electrical device. The scope of the present work is to contribute in the sector of the Dispersed Power Generation PV systems, with the development of an inverter that will be used for the interconnection of small PV generators with the electric network of urban regions. In more details, the development of an inverter with electrical isolation is investigated, which on the one hand it will ensure high power factor regulation and high efficiency for wide power range and on the other hand it will be characterised by simple power electronic circuit structure in order to ensure high reliability. Moreover, particular characteristics of this inverter should be the small volume and the small weight, attributes very important considering its applications (incorporation in PV generators that will be placed in aspects or roofs of buildings). The interest of present work is focused in the high frequency current source Flyback inverter. For this topology two different control techniques were investigated, leading to different operation modes. Moreover, their suitability is studied for different power levels. For both control techniques mathematic models were developed, connecting the transferred power in the public grid with the inverter operational parameters, as well as criteria for the inverter safe operation area were exported, considering the acceptable peak voltage and current values for the semiconductor switches. Moreover, the combined application of two control techniques is proposed and an optimum inverter design strategy is presented, aiming to the development of an inverter with the smallest possible volume, as well as to the achievement of high power factor regulation and high efficiency for wide power range. Last but not least, a current pulsation smoothing active filter is investigated and developed, which permits the elimination of the low frequency inverter input current. The current pulsation is a result of the power pulsation, due to the single-phase power generation, and its elimination is of great importance in order to exploit the maximum PV generated electricity power. The active filter configuration is independent from the inverter topology and its operation mode and hence it can be applied for various single stage topologies. The precision of the mathematic models, the correctness of the proposed design strategy and the effectiveness of the proposed active filter are validated via simulation and experimental results. Finally, the conclusions of whole study are exhibited. This thesis is part of the 03ED300 research project, implemented within the framework of the “Reinforcement Programme of Human Research Manpower” (PENED) and cofinanced by National and Community Funds (20% from the Greek Ministry of Development-General Secretariat of Research and Technology and 80% from E.U.- European Social Fund).