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

Στην περιγραφόμενη διπλωματική εργασία μελετώνται τα αυτόνομα φωτοβολταϊκά συστήματα και γίνεται η μελέτη για την τροφοδότηση μιας αγροικίας στην περιοχή της Πάτρας. Τέτοια συστήματα αποτελούνται από φωτοβολταϊκά πλαίσια, συσσωρευτές και ηλεκτρονικές διατάξεις. Τα πλαίσια είναι αυτά που συλλέγουν την ηλιακή ακτινοβολία και μέσω ενός μηχανισμού, που λέγεται φωτοβολταϊκό φαινόμενο, την μετατρέπουν σε ηλεκτρική ενέργεια. Οι συσσωρευτές αποθηκεύουν ηλεκτρική ενέργεια, την οποία εκμεταλλευόμαστε όταν η ζήτηση είναι μεγαλύτερη από την παραγωγή. Οι ηλεκτρονικές διατάξεις, δηλαδή ο μετατροπέας τάσης και ο ελεγκτής φόρτισης, ευθύνονται για την μετατροπή της συνεχούς ισχύος σε εναλλασσόμενη καθώς, επίσης, και για την ομαλή λειτουργία του συστήματος. Αφού γίνει παρουσίαση όλης της θεωρίας και των μαθηματικών τύπων που απαιτούνται, γίνεται εφαρμογή τους μέσω του σχεδιασμού του κατάλληλου φωτοβολταϊκού συστήματος για την τροφοδότηση της αγροικίας. / The subject of this diploma thesis is the study of stand-alone photovoltaic systems. Such systems include photovoltaic modules, batteries, inverters and charge controllers as well. The photovoltaic modules collect solar energy and transform it into electrical energy via a mechanism that is called photovoltaic effect. Batteries storage electrical energy and are used when the electrical demand is greater than the energy generated by the modules. Inverters are used to convert DC power into AC power and charge controllers connect or disconnect the batteries from the system, as needed. After presenting the theory data required, a stand-alone photovoltaic system is designed so as to supply a country house.

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι ο σχεδιασμός και η ανάπτυξη προγράμματος ελέγχου του συστήματος ηλεκτρικών παροχών του Εργαστηρίου Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας, με τη χρήση Προγραμματιζόμενου Λογικού Ελεγκτή. Συγκεκριμένα, κατά τη διάρκεια εκπόνησης της διπλωματικής αυτής εργασίας, αναπτύχθηκε πρόγραμμα ελέγχου ομαλής εκκίνησης ασύγχρονου τριφασικού κινητήρα, με τη βοήθεια ενός ηλεκτρομηχανικού ζεύγους αποτελούμενου από μηχανή συνεχούς ρεύματος, συνδεδεμένης σε κοινό άξονα με σύγχρονη μηχανή. Επιπλέον, αναπτύχθηκε ένα αυτοματοποιημένο πρόγραμμα ελέγχου της ισχύος της σύγχρονης μηχανής του Εργαστηρίου, καθώς και ένα πρόγραμμα για βελτίωση του συντελεστή ισχύος της εγκατάστασης, λειτουργώντας τη σύγχρονη μηχανή, είτε ως γεννήτρια παραλληλισμένη στο δίκτυο, είτε ως κινητήρα εν κενώ. Τέλος, πραγματοποιήθηκαν εκτενείς δοκιμές στα δύο αυτά προγράμματα και γενικότερα στο σύστημα παροχής τάσεων του Εργαστηρίου, με σκοπό την πλήρη ετοιμότητα του για τους εκπαιδευτικούς και εργαστηριακούς σκοπούς για τους οποίους απευθύνεται. / The purpose of this thesis is to design and develop a control system of the Electromechanical Energy Conversion Laboratory, using a Programmable Logic Controller. Specifically, during the preparation of this thesis, a control program three phase asynchronous motor soft-starter has been developed, using a electromechanical couple consisting of machine dc coupled to a common shaft with a sychronous machine. Additionally, an automated program to control power of modern machine workshop as well as a program to improve the power factor of the installation has been developed, using a modern machine, either as a generator , either as a motor.Finally, there have been extensive tests on these two programs and generally in the supply system of the laboratory, in order to the system be totally ready for use.

Η παρακάτω διπλωματική εργασία περιλαμβάνει την περιγραφή των εργασιών που πραγματοποιήθηκαν κατά τον εκσυγχρονισμό του συστήματος αυτοματισμού των σιλό φαρίνας Δ και Ε. Αρχικά περιγράφεται περιληπτικά η διαδικασία παραγωγής του τσιμέντου και ο ρόλος των σιλό φαρίνας Δ και Ε στη γραμμή παραγωγής. Στη συνέχεια αναλύεται η μετάβαση από τον κλασσικό αυτοματισμό στη χρήση Προγραμματιζόμενου Λογικού Ελεγκτή (PLC) και αναφέρονται οι σημαντικότερες αλλαγές που συνέβησαν. Το επόμενο κομμάτι της εργασίας αναφέρεται στο διάγραμμα ροής του συγκροτήματος φαρίνας ΠΚ4 και ΠΚ5 όπου παρατίθεται σχετικό σχεδιάγραμμα με τη ροή του υλικού ενώ επιπροσθέτως περιγράφεται η λειτουργία όλων των μηχανών που περιλαμβάνονται σ’ αυτό. Έπειτα γίνεται μετάβαση στη λογική αυτοματισμού που αναπτύχθηκε από τους μηχανικούς αυτοματισμού του εργοστασίου όπου περιγράφονται όλες οι είσοδοι και οι έξοδοι του PLC, το πρόγραμμα που χρησιμοποιήθηκε και ο κώδικας προγράμματος που δημιουργήθηκε. Αμέσως μετά γίνεται ξεχωριστή αναφορά στο μιμητικό διάγραμμα (SCADA) με παράθεση των εικόνων που το αποτελούν και επεξήγηση όλων των ενδείξεων και επιλογών που περιλαμβάνει. Στη συνέχεια αναφέρονται τα δίκτυα που χρησιμοποιήθηκαν για τον έλεγχο της μονάδας των σιλό Δ και Ε, δηλαδή το βιομηχανικό δίκτυο Profibus και το δίκτυο Ethernet, όπου περιγράφεται ο τρόπος επικοινωνίας των χειριστών της μονάδας με τις μηχανές της διεργασίας. Το τελευταίο τμήμα της εργασίας περιλαμβάνει την βήμα προς βήμα περιγραφή των εργασιών ως την ολοκλήρωση του έργου, τη διαδικασία του τελικού ελέγχου του έργου καθώς και μια σύντομη αναφορά στη συμμετοχή του φοιτητή σε τμήμα των παραπάνω εργασιών. Η διπλωματική εργασία κλείνει με την παράθεση των πηγών καθώς και ορισμένων συμπληρωματικών παραρτημάτων. / The following thesis includes a description of the work carried out during the modernization of the automation system of raw meal silo D and E. Firstly it is described briefly the production process of cement and the role of raw meal silo D and E on the production line. Afterwards the transition from classical automation to the use of a Programmable Logic Controller (PLC) and some of the most significant changes occurred are analyzed. In the next chapter it is reported the complex flow of raw meal PK4 and PK5 citing a diagram with the flow of material and furthermore the operation of all machinery therein is described. Following there is a shift in the automation logic developed by automation engineers of the factory describing all inputs and outputs of the PLC, the program used and the program code created. A separate reference to mimetic diagram (SCADA) follows including the images that constitute it and an explanation of all the indications and options included. The next chapter includes the networks used for the control unit of the silo D and E, which are the Profibus industrial network and the network Ethernet, where it is described the way in which the operator of the plant contacts with the machinery of the process. The last part of the thesis includes step-by-step the description of the works as the project is completed, the process of final verification of the project and a brief reference to the student’s involvement. The thesis concludes with a statement of sources and some additional annexes.

Στην παρούσα διπλωματική εργασία υλοποιείται η δημιουργία ενός user-friendly περιβάλλοντος μέσω του λογισμικού SIMULINK του MATLAB με τη βοήθεια του οποίου είναι δυνατή η αναπαράσταση τόσο των μοντέλων μίας ανεμογεννήτριας διπλής τροφοδοσίας (doubly-fed induction generator) όσο και των υπόλοιπων συνιστωσών του συστήματος. Ο χρήστης μπορεί ανά πάσα στιγμή να επεμβαίνει στα στοιχεία και της παραμέτρους μίας ανεμογεννήτριας διπλής τροφοδοσίας, να θέτει τις δικές του τιμές, και να ελέγχει τη συμπεριφορά και τις αποκρίσεις της. Αναλυτικότερα, στο πρώτο κεφάλαιο πραγματοποιείται μια επισκόπηση της χρήσης των αιολικών συστημάτων και των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας γενικότερα σε Ελλάδα και Ευρώπη, καθώς και κάποια οικονομικά στοιχεία που προκύπτουν. Παρουσιάζονται επιπλέον οι νέες κατευθύνσεις και το μέλλον της αιολικής ενέργειας. Στο δεύτερο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα βασικά δομικά εξαρτήματα μιας ανεμογεννήτριας, αναλύεται η έννοια της αεροδυναμικής μετατροπής όπως και οι κύριες μέθοδοι αεροδυναμικού ελέγχου που εφαρμόζονται. Εν συνεχεία αναφέρονται οι πιο διαδεδομένοι τύποι ανεμογεννητριών με τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα τους, καθώς και οι πιο συνήθεις παραλλαγές της ανεμογεννήτριας διπλής τροφοδοσίας όπου και θα εξετάσουμε διεξοδικά στην παρούσα εργασία. Στο τρίτο κεφάλαιο εξάγεται αναλυτικά η δυναμικές εξισώσεις μιας επαγωγικής μηχανής, καθώς και ο διανυσματικός έλεγχος της. Στο τέταρτο κεφάλαιο, παρουσιάζεται το μοντέλο που περιγράφει μια ανεμογεννήτρια διπλής τροφοδοσίας, γίνεται εξαγωγή των εξισώσεων λειτουργίας της από το ηλεκτρικό ισοδύναμο της και παρατίθεται η θεωρία του διανυσματικού ελέγχου της μηχανής στη μόνιμη κατάσταση της. Στο πέμπτο και τελευταίο κεφάλαιο, παρουσιάζεται βήμα προς βήμα η δημιουργία ενός φιλικού στον χρήστη περιβάλλοντος -που δημιουργήθηκε σε SIMULINK περιβάλλον- για τη διαχείριση μίας DFIG, και γίνεται σχολιασμός γραφικών παραστάσεων και αποκρίσεων της μηχανής τόσο στη μόνιμη λειτουργία της, όσο και σε πιο ακραίες συνθήκες λειτουργίας. Στα παραρτήματα Α και Β δίνεται το ευρετήριο των συμβόλων και των παραμέτρων που χρησιμοποιούνται στην ανάλυση της DIFG που εμπεριέχονται στα υποσυστήματα της γεννήτριας, του μετατροπέα και των ελεγκτών. / -

Στο πρώτο κεφάλαιο αναφέρονται χαρακτηριστικά της αιολικής ενέργειας. Μελετάται η ισχύς του ανέμου όπου βλέπουμε στοιχεία όπως τον τρόπο που σχηματίζονται οι άνεμοι, και περιγράφονται τα στοιχεία τη ανεμογεννήτριας και τα χαρακτηριστικά της αιολικής απόδοσης. Παρουσιάζονται τέλος, συνοπτικά, μερικά εισαγωγικά στοιχεία για τις κατανεμημένες παραγωγές, για τις κατανεμημένες πηγές ενέργειας και τον τρόπο που διανέμεται η παραγωγή της ενέργειας. Στο δεύτερο κεφάλαιο της διπλωματικής εργασίας γίνεται περιγραφή των φορτίων που υπάρχουν στα ηλεκτρικά κινητήρια συστήματα. Μελετάμε τη δομή αυτών και τα κατηγοριοποιούμε με κριτήριο τη ροπή τους. Στο τρίτο κεφάλαιο μελετάμε το τριφασικό βραχυκύκλωμα και τον τριφασικό διακόπτη. Αναφέρουμε τις παραμέτρους που παίζουν ρόλο στο βραχυκύκλωμα, τον τρόπο που συμπεριφέρεται μία μηχανή σε αυτό και τις συνιστώσες συνεχούς μεταβαλλόμενου ρεύματος. Στο τέταρτο κεφάλαιο περιγράφουμε τον τριφασικό μετασχηματιστή. Μελετάμε τις συνθήκες σύνδεσης αυτών και τον τρόπο που συνδέονται. Στο πέμπτο κεφάλαιο μελετάμε τις ανεμογεννήτριες μεταβλητής ταχύτητας, τον έλεγχο που γίνεται στον ανεμοκινητήρα για την ισχύ , τα κατάλληλα ηλεκτρονικά που χρησιμοποιούμε στις ανεμογεννήτριες, τους μετατροπείς συχνότητας και τα είδη γεννητριών. Αναφέρονται οι συνδεσμολογίες τους και ο τρόπος που ελέγχουμε τάσεις, ενεργό και άεργο ισχύ μέσω συστημάτων αυτομάτου ελέγχου. Στο έκτο κεφάλαιο γίνεται ανάλυση του αιολικού συστήματος μεταβλητών στροφών , όπου βλέπουμε τον μετασχηματισμό Park για τη μετατροπή συστήματος αξόνων, αναλύουμε το μοντέλο της μηχανής σε άλλο πλαίσιο αναφοράς (d – q) και εφαρμόζουμε διανυσματικό έλεγχο. Στο έβδομο κεφάλαιο σχεδιάζουμε το σύστημα που μελετάμε με το πρόγραμμα MATLAB / Simulink, Γίνεται μία αναφορά στους ελέγχους που μελετήθηκαν στο πέμπτο κεφάλαιο, χρησιμοποιώντας τους για την εξομοίωση. Αναλύουμε τον τρόπο που αρχικοποιούμε το σύστημά μας και εξομοιώνουμε το σύστημα με τις ανεμογεννήτριες παραθέτοντας τις απαραίτητες κυματομορφές. / The first chapter indicates characteristics of wind energy. Studied the wind power, where we see how winds are formed, and we describe the elements of wind and the characteristics of wind performance. Presented finally, briefly, a few introductory information on distributed generation for distributed energy sources. In the second chapter, there is a description of the electric motor systems loads. We study their structure and categorize them according to their torque. In the third chapter we study the three-phase fault and three phase switch. We report the parameters that play a role in short and how it behaves a machine on it. The fourth chapter describes the three-phase transformer. We study the association of these conditions and it is connected. In the fifth chapter we study the variable wind speed control, in Wind Turbines, the power, electronics that we use, frequency inverters and types of generators. We specify the connections and the way we control voltages, active and reactive power through control systems. The sixth chapter is an analysis of the variable wind speed system, where we see Park transformation to convert the axis system, we analyze the model of the machine in another frame of reference (d - q) and apply vector control. In the seventh chapter we design the system with the program MATLAB / Simulink, simulating the system. We analyze the way that we do the initialization of our system in order to simulate in several wind speeds, giving the necessary waveforms.

Το παρόν τεύχος αποτελεί διπλωματική εργασία που αναπτύχθηκε στο Εργαστήριο Γενικής Ηλεκτροτεχνίας του Τομέα Συστημάτων και Αυτόματου Ελέγχου. Συνίσταται στην κατασκευή και λειτουργία μιας πειραματικής διάταξης αυτοματισμού στην οποία εφαρμόζονται τεχνικές ελέγχου για την πραγματοποίηση ελεγχόμενης αεροδυναμικής αιώρησης ελαφρών σωμάτων. Περιλαμβάνει εξοπλισμό όπως αναλογικές βαλβίδες πεπιεσμένου αέρα, αισθητήρες και έναν Προγραμματιζόμενo Λογικό Ελεγκτή (PLC) που ελέγχει τη λειτουργία της διάταξης. Η πειραματική διάταξη αυτοματισμού που κατασκευάστηκε είναι ένα σύστημα αιώρησης ελαφρών σωμάτων με χρήση πεπιεσμένου αέρα. Αισθητήρες θέσης προσφέρουν την δυνατότητα γνώσης κάθε χρονική στιγμή της θέσης του σώματος. Μέσω του Προγραμματιζόμενου Λογικού Ελεγκτή επιτυγχάνουμε αιώρηση του σώματος σε αυστηρά ελεγχόμενο ύψος κάνοντας χρήση διαφόρων μεθόδων ελέγχου (On-Off, PID). Τα αντικείμενα με τα οποία πειραματιστήκαμε ήταν κυρίως σφαίρες μικρής διαμέτρου(4-5cm) και βάρους μερικών γραμμαρίων. Κατά την διάρκεια εκπόνησης της διπλωματικής, έγινε προσπάθεια αιώρησης και ελέγχου επίπεδων αντικειμένων. Με το διατιθέμενο εξοπλισμό (περιορισμοί πίεσης αέρα, είδους ακροφυσίου κλπ.) κατέστη δυνατή η αιώρηση επίπεδων αντικειμένων μόνο για μικρή χρονική διάρκεια. Δοκιμάσθηκαν διάφοροι τύποι και χωρικοί συνδυασμοί ακροφυσίων για τη δημιουργία επίπεδου στρώματος “πεπιεσμένου” αέρα. Στην πράξη διαπιστώθηκε ταλαντωτική συμπεριφορά των επίπεδων αντικειμένων και ισχυρή αστάθεια του όλου συστήματος. Στο κεφάλαιο 1 παρουσιάζονται οι επικρατέστερες τεχνικές αιώρησης. Στο κεφάλαιο 2 προσεγγίζουμε θεωρητικά την αεροδυναμική αιώρηση παρουσιάζοντας τις σημαντικότερες αρχές και νόμους που περιγράφουν το φαινόμενο αυτό. Στο κεφάλαιο 3 υπάρχει μία εκτενής ανάλυση των ηλεκτροπνευματικών συστημάτων και στην συνέχεια των Προγραμματιζόμενων Λογικών Ελεγκτών (PLC) καθώς και το λογισμικό επικοινωνίας με PLC, το Step 7. Στο κεφάλαιο 4 αναλύεται ο εξοπλισμός της πειραματικής διάταξης, περιγράφονται τα πειράματα που διεξάγαμε και παρουσιάζεται και αναλύεται το πρόγραμμα που υλοποιήθηκε σε γλώσσα STL. Στο κεφάλαιο 5 συνοπτικά παρουσιάζεται το πρόγραμμα PLC Analyzer με το οποίο καταγράψαμε όλες τις πειραματικές μετρήσεις της διάταξης αιώρησης και τέλος παραθέτονται τα διαγράμματα από κάθε μία μέτρηση. / --

Η διπλωματική εργασία συνίσταται στο σχεδιασμό, την κατασκευή και τον έλεγχο μιας πειραματικής διάταξης παράλληλου ρομποτικού μηχανισμού, η οποία περιλαμβάνει ηλεκτροπνευματικό εξοπλισμό, όπως τέσσερα πνευματικά έμβολα τύπου τεχνητών μυών, ισάριθμες ανάλογικές βαλβίδες πεπιεσμένου αέρα και έναν προγραμματιζόμενο λογικό ελεγκτή (PLC) που ελέγχει τη λειτουργία της διάταξης. Η πειραματική διάταξη που σχεδιάσαμε και κατασκευάσαμε είναι ένας παράλληλος ρομποτικός μηχανισμός πέντε βαθμών ελευθερίας, ο οποίος αποτελείται από τέσσερις δοκούς, δύο βασικά γρανάζια περιστροφής, δύο οδοντωτούς ιμάντες, μια βάση στήριξης και επιπρόσθετα βοηθητικά στηρίγματα. Οι δοκοί συνδέονται μεταξύ τους μέσω περιστροφικών αρθρώσεων και αποτελούν μια κλειστή κινηματική αλυσίδα, στα άκρα της οποίας τοποθετούνται οι κινητήριες αρθρώσεις (γρανάζια). Στόχος είναι με τον έλεγχο της περιστροφής των γραναζιών να εξασφαλίζεται μια επιθυμητή τροχιά του τελικού σημείου. Ο έλεγχος της περιστροφής των γραναζιών επιτυγχάνεται μέσω της ανταγωνιστικής λειτουργίας των μυών της διάταξης μας. Η τροφοδοτούμενη πίεση στους μύες, ελέγχεται μέσω του PLC. Πιο συγκεκριμένα, οι επιθυμητές τροχιές που επιχειρήθηκαν ήταν η παράλληλη, η κατακόρυφη και η κυκλική τροχιά. Οι έλεγχοι που χρησιμοποιήθηκαν ήταν ένας έλεγχος ανοιχτού βρόχου και ένας PID έλεγχος κλειστού βρόχου. Συμπερασματικά, τα ζητήματα που μας απασχόλησαν κατά τη διεξαγωγή της διπλωματικής εργασίας είναι ο προγραμματισμός του PLC, οι πνευματικοί μύες, η ανταγωνιστική τους λειτουργία, η μαθηματική περιγραφή του μοντέλου του παράλληλου μηχανισμού και ο έλεγχος για την επίτευξη των επιθυμητών τροχιών. / The thesis consists of designing, manufacturing and controlling a parallel robotic mechanism, including electro-pneumatics equipment, such as four pneumatic artificial muscles, four analogue pneumatic valves and a programmable logical controller (PLC), in order to control the structure's operation. This structure is a 5-degrees-of-freedom robotic mechanism, consisting of four beams, two basic rotating gears, two toothed belts and other complementary brackets. Beams are connected to each other by use of rotary joints and, therefore, constitute a closed kinematic chain. At the ends of the chain are placed the rotating gears. The thesis goal is to achieve the mechanism's end successful move through a certain track by controlling the gears' rotating angles. This is achieved by the competitive operation of pneumatic artificial muscles. Pneumatic muscles' pressure is controlled through the PLC. A parallel, a vertical and a circular track were executed. An open loop and a PID closed loop controller where designed. In conclusion, issues taken into consideration in this thesis were PLC programming, pneumatic artificial muscles and their competitive operation, parallel mechanism's mathematical model description and control implementation.

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται την ανάλυση και σχεδίαση απευθείας ελέγχου πραγματικής και άεργου ισχύος σε αιολικό σύστημα με επαγωγική γεννήτρια διπλής τροφοδοσίας (Doubly-Fed Induction Generator, DFIG). Κύριος σκοπός της εργασίας είναι η εξαγωγή ενός κατάλληλου δυναμικού μοντέλου του συστήματος, το οποίο περιέχει ως καταστάσεις τις ισχείς. Επιπλέον, μέσω του διανυσματικού ελέγχου με προσανατολισμό στην τάση του δικτύου (Voltage-Oriented Control, VOC) επιτυγχάνεται ο απευθείας έλεγχος των ισχύων χρησιμοποιώντας αναλογικό-ολοκληρωτικούς (Proportional-Integral, PI) ελεγκτές, επιβάλλοντας με αυτόν τον τρόπο την επιθυμητή μεταβατική συμπεριφορά. Τελικά, η ανάλυση και η συμπεριφορά του αιολικού συστήματος επιβεβαιώνεται με τα αποτελέσματα της εξομοίωσης σε περιβάλλον MATLAB/Simulink. Ειδικότερα, στο κεφάλαιο 1 παρουσιάζονται το ενεργειακό πρόβλημα και τα διάφορα είδη ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Στο κεφάλαιο 2 αναφέρονται τα συστήματα αιολικής ενέργειας. Πιο συγκεκριμένα, περιγράφονται οι κυριότεροι τύποι ανεμογεννητριών και η δομή της, οι γεννήτριες και οι συσκευές ηλεκτρονικών ισχύος που χρησιμοποιούνται σε ένα αιολικό σύστημα, καθώς και ο μηχανικός έλεγχος ισχύος που μπορεί να εφαρμοστεί. Στη συνέχεια, στο κεφάλαιο 3 πραγματοποιείται η ανάλυση του αιολικού συστήματος με την DFIG όπου εξάγεται με την βοήθεια του μετασχηματισμού Park, το ζητούμενο μαθηματικό μοντέλο. Έπειτα, στο κεφάλαιο 4 αναφέρονται οι μέθοδοι ελέγχου που χρησιμοποιούνται στις ανεμογεννήτριες, εφαρμόζεται ο VOC στο αιολικό σύστημα που μελετάται και σχεδιάζονται οι απαιτούμενοι ελεγκτές PI ώστε να ελεγχθεί η ισχύς μέσω των δύο μετατροπέων ισχύος. Τέλος, στο κεφάλαιο 5 παρουσιάζεται η εξομοίωση του συστήματος και τα αποτελέσματα που προέκυψαν. / This diploma thesis deals with the analysis and design of a direct active and reactive power control system for a Doubly-Fed Induction Generator (DFIG) wind power system. The main purpose of this thesis is to extract a suitable dynamic model of the system that contains as states the active and reactive power. In addition, the direct control of the active and reactive power is achieved through voltage-oriented control (VOC) and the use of PI controllers, imposing the desirable transient behavior. Finally, the analysis and the performance of the wind system are verified through simulation results in MATLAB/Simulink. Specifically, in chapter 1 the energy problem and the different types of renewable energy sources are presented. The second chapter deals with the wind energy systems. In particular, the main types and the structure of wind turbines, the generators, the power electronic devices and the mechanic power control used in a wind power system are presented. Then, in chapter 3 the DFIG wind system is analysed and the required mathematical model is extracted using Park’s transformation. Next, in the fourth chapter the control methods for a wind turbine are presented and, using the VOC in the wind power system studied, the required PI controllers for the two power converters are designed. Finally, in chapter 5 the simulation results are presented and conclusions are drawn.

Οι συνεχώς αυξανόμενες απαιτήσεις σε ηλεκτρική ενέργεια από τη μια, και η ραγδαία κλιματική αλλαγή από την άλλη οδηγούν στην ανάγκη για παραγωγή ενέργειας χαμηλού κόστους, περιβαλλοντικά φιλική και υψηλής ποιότητας, η οποία μπορεί να επιτευχτεί με κατανεμημένα συστήματα παραγωγής. Έτσι οι Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας αποκτούν μεγάλο ενδιαφέρον για τον στόχο αυτό, αλλάζοντας τόσο ευρωπαϊκό όσο και τον παγκόσμιο ενεργειακό χάρτη. Η ραγδαία εξέλιξη της τεχνολογίας μας δίνει πολλές επιλογές για μας επιτρέπει την αντικατάσταση των κλασικών επαγωγικών μηχανών, σύγχρονων και ασύγχρονων, με μηχανές νέας τεχνολογίας. Μια τέτοια μηχανή είναι η σύγχρονη μηχανή μόνιμου μαγνήτη. Τα πλεονεκτήματα που παρουσιάζουν, όπως υψηλή πυκνότητα ισχύος, υψηλή ροπή, ευκολία στον έλεγχο, με σχετικά χαμηλό κόστος, μικρότερο μέγεθος και αρκετά άλλα, τις έκαναν να χρησιμοποιούνται σε πολλές εφαρμογές προσελκύοντας πολύ το ενδιαφέρον των ερευνητών και της βιομηχανίας. Έτσι στη συγκεκριμένη εργασία ασχολούμαστε με τη μη γραμμική ανάλυση και τη δυναμική συμπεριφορά σύγχρονης μηχανής μόνιμου μαγνήτη. Ξεκινώντας από λεπτομερή, μη γραμμικά μοντέλα για την ΣΜΜΜ, και με τη χρήση του μετασχηματισμού Παρκ, την αναλύσαμε στο στρεφόμενο σύστημα κάθετων αξόνων d-q. Στη συνέχεια, εφαρμόζοντας την κατάλληλη μέθοδο ελέγχου, ελέγξαμε ρεύματα, ροπή, ταχύτητα. Τέλος, από τις προσομοιώσεις του μοντέλου που σχεδιάσαμε στο Simulink του Matlab, εξάγαμε συμπεράσματα. / The ongoing increase in electric power demand from one, and the rapid climate change on the other, lead to the need for low-cost energy production, environmentally friendly and high quality, which can attain with distributed generation systems. So, Renewable Energy Sources acquire great interest for this objective, changing both the European and the global energy map. The rapid evolution of technology gives us many options allows us to replace the classical induction machines, synchronous and asynchronous, with new technology engines. Such a machine is the permanent magnet synchronous machine. The advantages that afford, such as high power density, high torque, easy control, with relatively low cost, smaller size and several others, made them used in many applications attracting much interest among researchers and industry. So, at this thesis we deal with the non-linear analysis and dynamics permanent magnet synchronous machine. Starting from detailed, non-linear models for PMSM, and using the Park transformation, we analyse it at a rotating system with vertical axes dq. Then, applying the appropriate control method, we tested currents, torque, speed. Finally, from the simulations of the model that was built at Simulink of Matlab, we draw conclusions.