- / -

Η παρούσα διπλωματική πραγματεύεται τη διόρθωση του συντελεστή ισχύος με διάταξη αντιστάθμισης που περιλαμβάνει πυκνωτές οι οποίοι τροφοδοτούνται από ζεύγος αντιπαράλληλων θυρίστορ. Η διάταξη αυτή τοποθετείται παράλληλα με το φορτίο και στόχος είναι να επιτευχθεί πλήρης αντιστάθμιση της άεργου ισχύος παλμοδοτώντας κατάλληλα τα ελεγχόμενα ημιαγωγικά στοιχεία. Τα ημιαγωγικά στοιχεία που χρησιμοποιήθηκαν, δηλαδή τα θυρίστορ, έχουν υπολογιστεί και επιλεγεί με βάση τις προδιαγραφές της διάταξης που έπρεπε να κατασκευαστεί. 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 μελέτη της λειτουργικής συμπεριφοράς διατάξεων που χρησιμοποιούνται για τη μείωση της άεργου ισχύος που παράγεται από τη λειτουργία εξοπλισμού μεσαίων και μεγάλων καταναλωτών. Η άεργος ισχύς προκύπτει είτε από τη διαφορά φάσεως της βασικής αρμονικής του ρεύματος με την τάση του δικτύου, που οφείλεται στη φύση του φορτίου, είτε από την ύπαρξη ανώτερων αρμονικών όταν έχουμε μη ημιτονοειδείς κυματομορφές τάσης και ρεύματος, δηλαδή στην περίπτωση που έχουμε διακοπτικά στοιχεία. Αποτέλεσμα της δημιουργίας άεργου ισχύος είναι η επιβάρυνση του δικτύου, λόγω επιπρόσθετων απωλειών και κατ’ επέκταση η οικονομική επιβάρυνση του καταναλωτή. Αρχικά έγινε διερεύνηση της λειτουργικής συμπεριφοράς του κυκλώματος και αποφασίσθηκε να προσομοιωθεί χρησιμοποιώντας το λογισμικό προσομοίωσης του Matlab, το Simulink. Η προσομοίωση γενικά παρέχει τη δυνατότητα εξοικονόμησης χρόνου, εφόσον είναι συνήθως ευκολότερη η μελέτη της επίδρασης μιας παραμέτρου στη συμπεριφορά του συστήματος σε σύγκριση με την πραγματοποίηση της ίδιας μελέτης στο εργαστήριο. Ως πρώτο βήμα της διαδικασίας προσομοίωσης μελετήθηκε η αξιοπιστία των μετρητικών διατάξεων που περιλαμβάνονται στη βιβλιοθήκη του λογισμικού. Διαπιστώθηκε ότι ενώ για ημιτονοειδή μεγέθη τα αποτελέσματα είναι ακριβή, για μη ημιτονοειδή μεγέθη είναι ανακριβή. Για το λόγο αυτό αναπτύχθηκαν μετρητικές διατάξεις ενεργού, άεργου και φαινόμενης ισχύος στο περιβάλλον του Matlab, Simulink. Στη συνέχεια έγινε προσομοίωση της διάταξης αντιστάθμισης της άεργου ισχύος με πυκνωτές όπου αναδεικνύεται η ανάγκη χρήσης πυκνωτών διαφορετικής τιμής, καθώς το φορτίο μεταβάλλεται. Κατόπιν έγινε διερεύνηση της λειτουργίας με πυκνωτές ελεγχόμενους από διακόπτες, στη συγκεκριμένη περίπτωση θυρίστορ, μέσω του προγράμματος προσομοίωσης ηλεκτρικών κυκλωμάτων Simulink του Matlab. Ερευνήθηκε η λειτουργία της διάταξης με ωμικό και ωμικό επαγωγικό φορτίο, και με διαφορετικές γωνίες έναυσης. Τα τέλος έγινε προσομοίωση της υπό μελέτη διάταξης και ο καθορισμός και η δοκιμή της φιλοσοφίας ελέγχου . Για την επιβεβαίωση των αποτελεσμάτων της προσομοίωσης κρίθηκε απαραίτητη η κατασκευή πειραματικής διάταξης. Για το λόγο αυτό σχεδιάστηκαν και υλοποιήθηκαν: α) το κύκλωμα ισχύος και όλα τα απαραίτητα περιφερειακά για τη λειτουργία του 10 β) το κύκλωμα παλμοδότησης γ) η πλακέτα του μικροεπεξεργαστή Ιδιαίτερη έμφαση δόθηκε στο κύκλωμα ανίχνευσης του μηδενός, καθώς η τάση πάνω στα θυρίστορ είναι μη ημιτονοειδές μέγεθος. Το επόμενο βήμα ήταν η κατασκευή των προγραμμάτων παλμοδότησης για το μικροεπεξεργαστή. Ο μικροεπεξεργαστής που χρησιμοποιήθηκε είναι ο dsPIc30F4011 της Microchip. Αρχικά κατασκευάστηκε ένα απλό πρόγραμμα παλμοδότησης για τον έλεγχο της σωστής λειτουργίας της διάταξης και κατόπιν το πρόγραμμα που χρησιμοποιήσαμε για τη βέλτιστη δυνατή αντιστάθμιση. Τέλος έγιναν οι μετρήσεις στο εργαστήριο έχοντας προς αντιστάθμιση ένα RL φορτίο στο οποίο μεταβάλλαμε την αντίσταση και ως εκ τούτου τις τιμές της παρεχόμενης ισχύος. / -

Κατά την μελέτη ηλεκτρικών μεγεθών υπό μη-ημιτονοειδείς συνθήκες ιδιαίτερο αντικείμενο αποτελούν τα φαινόμενα που σχετίζονται με την ισχύ. Οι γνωστές προσεγγίσεις για την ισχύ σε ημιτονοειδή κατάσταση δεν επαρκούν και είναι εσφαλμένες. Η παρουσία ανώτερων αρμονικών καθώς και η ασυμμετρία τάσεων και ρευμάτων μας αναγκάζει σε μια διαφορετική προσέγγιση της ηλεκτρικής ισχύος. Έτσι γίνεται εύκολα κατανοητό γιατί έχει ενταθεί η ανάγκη να ορισθούν ορθώς οι συνιστώσες ισχύος ώστε  να περιγράψουμε τα φυσικά φαινόμενα ισχύος και τις ιδιότητες των κυκλωμάτων παρουσία αρμονικών  να αντισταθμίσουμε κάποιες συνιστώσες ώστε να επιτύχουμε διόρθωση του συντελεστή ισχύος  να μετρηθούν κάποιες ποσότητες για την διαμόρφωση κατάλληλου τιμολογίου ηλεκτρικής ενέργειας  να χρησιμοποιηθούν για τον καθορισμό της ονομαστικής ισχύος των συνιστούντων στοιχείων του εξοπλισμού (π.χ. καλώδια , μετασχηματιστές, γεννήτριες κ.τ.λ.)  να καθορισθούν δείκτες για την επίπτωση των αρμονικών στον εξοπλισμό. Η παρούσα διπλωματική εργασία ασχολείται με κάποια από τα παραπάνω ζητήματα και περιλαμβάνει τα κάτωθι κεφάλαια: Το Κεφάλαιο 1 αποτελεί μια γενική εισαγωγή του θέματος της παρούσας διπλωματικής εργασίας. Στο Κεφάλαιο 2 ορίζονται τα αρμονικά προβλήματα. Στο Κεφάλαιο 3 παρουσιάζονται οι κυριότερες θεωρίες ισχύος για μονοφασικά κυκλώματα παρουσία αρμονικών. Το Κεφάλαιο 4 αναφέρεται στην ισχύ σε τριφασικά συστήματα με τάσεις και εντάσεις ημιτονοειδείς. Το Κεφάλαιο 5 αναφέρεται στην στιγμιαία ισχύ σε μη-συμμετρικά ή/και μη-ημιτονοειδή τριφασικά συστήματα. Το Κεφάλαιο 6 αναφέρεται στην φαινόμενη ισχύ σε μη-συμμετρικά ή/και μη-ημιτονοειδή τριφασικά συστήματα. Το Κεφάλαιο 7 αναφέρεται στην ενεργό ισχύ σε μη-συμμετρικά ή/και μη-ημιτονοειδή τριφασικά συστήματα. Το Κεφάλαιο 8 αναφέρεται στην μη-ενεργό ισχύ σε μη-συμμετρικά ή/και μη-ημιτονοειδή τριφασικά συστήματα. Στο Κεφάλαιο 9 παρουσιάζονται τα συμπεράσματα που προκύπτουν από την παρούσα διπλωματική εργασία. / -

Σε κάθε Σύστημα Ηλεκτρικής Ενέργειας η ηλεκτρική ισχύς έχει δύο συνιστώσες: Την ενεργό, η οποία σχετίζεται με το παραγόμενο έργο και την άεργο, η οποία δε σχετίζεται με την παραγωγή έργου, αλλά συνεισφέρει σε απώλειες και πτώση τάσεως. Για να αποφύγουμε αυτά τα αρνητικά, στοχεύουμε στη μείωση της αέργου ισχύος, επιτυγχάνοντας έτσι βελτίωση του συντελεστή ισχύος. Με την πάροδο του χρόνου, τα επίπεδα αρμονικών τάσεων και ρευμάτων αυξάνονται συνεχώς, δημιουργώντας έντονα προβλήματα στα Συστήματα Ηλεκτρικής Ενέργειας. Λαμβάνοντας υπ’ όψιν στην ανάλυση ροής ισχύος ενός κυκλώματος την επίδραση των ανώτερων αρμονικών τάσης και ρεύματος, η βελτίωση του συντελεστή ισχύος γίνεται πολύπλοκη διαδικασία, ειδικά στην περίπτωση μη ιδανικής πηγής (μη μηδενική εσωτερική σύνθετη αντίσταση). Σκοπός της διπλωματικής εργασίας είναι η αναζήτηση τεχνικών περιορισμού της αέργου ισχύος, αφού πρώτα συσχετισθεί με τις ανώτερες αρμονικές τάσεως και ρεύματος. Γενικά, το πρόβλημα περιγράφεται και αναλύεται με διάφορες θεωρίες ισχύος και λύνεται με την τοποθέτηση κυκλωμάτων που επιτυγχάνουν αντιστάθμιση της αέργου ισχύος. Αρχικά αναφέρεται η περίπτωση βελτίωσης του συντελεστή ισχύος θεωρώντας ιδανική πηγή (μηδενική εσωτερική σύνθετη αντίσταση) με ημιτονοειδή τάση εξόδου και γραμμικό φορτίο. Σε αυτή την απλή περίπτωση, ένας πυκνωτής είναι ικανός να αντισταθμίσει πλήρως την καταναλούμενη από το φορτίο άεργο ισχύ. Στη συνέχεια εξετάζονται τα περιθώρια βελτίωσης του συντελεστή ισχύος σε συστήματα με: • Ιδανική, μη ημιτονοειδή πηγή τροφοδοσίας και γραμμικό φορτίο • Μη ιδανική, μη ημιτονοειδή πηγή τροφοδοσίας και γραμμικό φορτίο Στην πρώτη περίπτωση, η τοποθέτηση απλά ενός πυκνωτή παράλληλα προς το φορτίο μπορεί να βελτιώσει το συντελεστή ισχύος του φορτίου μέχρι ενός σημείου, ο οποίος λαμβάνει εν γένει τιμές μικρότερες της μονάδας. Υπάρχει δυνατότητα βελτίωσης του συντελεστή ισχύος μέχρι και τη μονάδα, χρησιμοποιώντας έναν πιο πολύπλοκο αντισταθμιστή. Στην πρώτη αυτή περίπτωση, η τιμή του αντισταθμιστή μπορεί να βρεθεί και αναλυτικά, ενώ στη δεύτερη περίπτωση η τιμή του πυκνωτή αντιστάθμισης υπολογίζεται μόνο με τη βοήθεια ενός επαναληπτικού αλγορίθμου. / In any power system electrical power has two components: active, which is related to the work done and reactive, which is not associated with the production of work, but contribute to losses and voltage drop. To avoid these negative, we aim to reduce reactive power, thus improving the power factor. Over time, the levels of harmonic voltages and currents are growing, creating severe problems in power systems. Considering the power flow analysis of a circuit the influence of higher harmonic voltage and current, improving the power factor is a complex process, especially in the case of non-ideal source (non-zero internal impedance). The purpose of this thesis is to find mitigation techniques reactive power, after having been associated with higher voltage and current harmonics. Generally, the problem is described and analyzed with various theories of power and is solved by placing circuits achieve reactive power compensation. Initially, the case for improving the power factor assuming ideal source (zero internal impedance) with sinusoidal output voltage and linear load. In this simple case, a capacitor is able to compensate fully consumed by the load reactive power. Then examine the scope for improving the power factor systems: • Ideal, non-sinusoidal power and linear load • Not ideal, non-sinusoidal power and linear load In the first case, the simple placement of a capacitor in parallel to the load can improve the power factor of the load up to a point, which generally takes values ​​smaller unit. Is it possible to improve the power factor up to the unit, using a more complex equalizer. In the first case, the value of the compensator can be found analytically, while in the second case the value of the compensation capacitor is calculated only using an iterative algorithm.

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται την ανάλυση και τον σχεδιασμό έλεγχο ενεργού και αέργου ισχύος επαγωγικής γεννήτριας διπλής τροφοδοσίας (Doubly-Fed Induction Generator, DFIG), που χρησιμοποιείται σήμερα κατά κόρον σε συστήματα ανεμογεννητριών. Ο έλεγχος επιτυγχάνεται μέσω του διανυσματικού ελέγχου με προσανατολισμό στην τάση του δικτύου (Voltage-Oriented Control, VOC χρησιμοποιώντας αναλογικο-ολοκληρωτικούς (Proportional-Integral, PI) ελεγκτές, επιβάλλοντας με αυτόν τον τρόπο την επιθυμητή μεταβατική συμπεριφορά. / The following diploma thesis addresses the analysis and design of an active and reactive power control system for a Doubly-Fed Induction Generator (DFIG), vastly used in wind power systems. Control is being achieved under voltage orientation (Voltage-Oriented Control, VOC) and through the use of proportional-integral (PI) controllers, who impose the desirable transient behavior.

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται την ανάλυση και κατασκευή ενός αυτόνομου φωτοβολταϊκού συστήματος, το οποίο περιλαμβάνει αντλία. Ταυτόχρονα διενεργείται μελέτη ώστε το σύστημα να λειτουργεί στο σημείο μέγιστης αποδιδόμενης ισχύος. 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 οδήγηση αντλίας χαμηλής ισχύος από φωτοβολταϊκό σύστημα, αξιοποιώντας όσο το δυνατόν πιο αποτελεσματικά την διαθέσιμη ηλιακή ακτινοβολία. Για να συμβεί αυτό παρεμβάλλεται μεταξύ των δύο στοιχείων μετατροπέας συνεχούς τάσης. Παράλληλα υλοποιείται κύκλωμα ελέγχου, ικανό να οδηγήσει το σύστημα στο μέγιστο σημείο ισχύος μέσω μεταβολής του λόγου κατάτμησης του μετατροπέα. Αρχικά αναλύεται το φωτοβολταϊκό φαινόμενο. Σαν αποτέλεσμα αυτής της ανάλυσης προκύπτει το ηλεκτρικό ισοδύναμο ενός φωτοβολταϊκού πίνακα, ο οποίος αποτελεί την πηγή ισχύος του συστήματος. Αναπτύσσεται το αντίστοιχο μοντέλο σε προγραμματιστικό περιβάλλον, το οποίο προσαρμόζεται ώστε τα χαρακτηριστικά του να αναπαριστούν πραγματικό πίνακα. Στη συνέχεια διερευνάται ο τρόπος που αλληλεπιδρά η πηγή ισχύος όταν συνδέεται σε φορτίο. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα επιλέγεται το είδος του μετατροπέα που θα χρησιμοποιηθεί. Ακολουθεί η διαστασιολόγηση του μετατροπέα και η μοντελοποίηση του. Το επόμενο βήμα αποτελείται από την ανάλυση του κυκλώματος ελέγχου του συστήματος καθώς και τη μοντελοποίηση μηχανής συνεχούς ρεύματος συνδεδεμένη ως αντλία. Κατόπιν συνδέονται όλα τα μοντέλα και εξετάζεται η συνολική συμπεριφορά του συστήματος σε περιβάλλον SIMULINK. Τέλος κατασκευάζονται ο μετατροπέας και το κύκλωμα ελέγχου και αξιολογείται η συμπεριφορά τους βάσει πειράματος σε εργαστηριακές συνθήκες. / --

Στα σύγχρονα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας, η άεργος ισχύς που παράγουν τα αιολικά πάρκα είναι ένα πολύ σοβαρό ζήτημα που πρέπει να μελετηθεί τόσο στη μόνιμη κατάσταση όσο και στη δυναμική και μεταβατική μετά από σφάλματα και μεγάλες διαταραχές. Στην παρούσα διπλωματική εργασία εκπονείται μελέτη που αφορά την κατανεμημένη παραγωγή και ιδιαίτερο βάρος δίνεται στην ανεμογεννήτρια μεταβλητών στροφών με επαγωγική μηχανή διπλής τροφοδοσίας (DFIG) και τα όρια που παρουσιάζει η λειτουργία της από περιοριστικούς παράγοντες όπως: 1) ρεύμα του στάτη, 2) τάση του δρομέα, 3) ρεύμα του δρομέα. Αρχικά μελετάται η γενική δομή ενός συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας καθώς και τα βασικά χαρακτηριστικά του δικτύου. Περιγράφεται επίσης σύντομα η κανονική λειτουργία και η ευστάθεια των συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας καθώς και πως μπορεί να γίνει ρύθμιση της τάσης και της αέργου ισχύος δύο μεγεθών με ισχυρή συσχέτιση. Στην συνέχεια προχωράμε στην περιγραφή της διεσπαρμένης παραγωγής και την διείσδυσή της στο δίκτυο. Παρουσιάζονται τα πλεονεκτήματα καθώς και τα μειονεκτήματά της όπου αυτά υπάρχουν και περιγράφονται κάποια πολύ βασικά είδη της δίνοντας έμφαση στα είδη των ανεμογεννητριών. Στο κύριο μέρος της εργασίας περιγράφεται αρχικά το μοντέλο της ανεμογεννήτριας μεταβλητών στροφών με επαγωγική μηχανή διπλής τροφοδοσίας (DFIG) και παρουσιάζεται η θεωρητική επίδραση των παραπάνω περιοριστικών παραγόντων στην λειτουργία της. Στόχος της μελέτης είναι η προσομοίωση των παράπάνω σε μια πραγματική μηχανή κάτι που γίνεται στο Simulink του Matlab. Α) παρουσίαζονται τα όρια από τους τρείς περιοριστικούς παράγοντες. Β) περιγράφεται η επίδραση του μετασχηματισμού από αστέρα σε τρίγωνο στα τυλίγματα του στάτη. Γ) Σχεδιάζονται όλα τα όρια μαζί και παρατηρούμε ότι το όριο που κυριαρχεί σχετικά με την παραγωγή αέργου ισχύος είναι το ρεύμα του δρομέα ενώ το όριο που κυριαρχεί σχετικά με την απορρόφηση αέργου ισχύος είναι το ρεύμα του στάτη. Δ) Τέλος παρατηρούμε ότι η τάση του δρομέα επιδρά σαν όριο μόνο σε μεγάλες τιμές της ολίσθησης (είτε αρνητικής είτε θετικής ), αλλά κοντά στα όριά της είναι πολύ ευαίσθητη στις αλλαγές της τιμής της ολίσθησης. / In the modern regulations of transport of energy, reactive power by wind farms is a major concern that should be studied during both steady-state and dynamic-fault condition. This diploma thesis forms the distribution systems and particular weight is given in the wind turbine of variable speed with doubly fed induction generator (DFIG) and the operation limits from these factors: 1) stator current, 2) rotor voltage, 3) rotor current . Initially is studied the general structure of system of electric energy and the basic characteristics of the grid. Also are shortly described the regular operation and the stability of systems of electric and the regulation of voltage and reactive power- two sizes with powerful cross-correlation . Then we are going on with the description of distribution systems and the impact that wind turbines have in the grid where were connected. The advantages are presented as well as the disadvantages where these exist and we describe some of the very basic types of distributed generation giving accent in the types of wind generators. In the main part of work is described initially the model of wind turbine of variable speed with doubly fed induction generator (DFIG) and is presented the effect of the restrictive factors in the operation. Objective of study is the simulation in a real machine something that becomes in the Simulink of Matlab. A) The limitations in reactive power production, caused by the rotor current, the rotor voltage and the stator current are derived. B) The influence of switching from D to Y coupling of the stator is investigated. C) It is concluded that the limiting factor regarding reactive power production will typically be the rotor current limit, and that the limit for reactive power absorption will be the stator current limit. D) Further, it is concluded that the rotor voltage will only have a limiting effect at high positive and negative slips, but near the limitation, the reactive power capability is very sensitive to small changes in the slip.

Σήμερα στα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας μεγάλο ποσοστό της ισχύος παράγεται από αιολικά πάρκα αλλά και από θερμικούς σταθμούς. Η διείσδυση κατανεμημένης παραγωγής στα συστήματα χρειάζεται ιδιαίτερη μελέτη. Σε αυτή την εργασία ερευνήθηκε η λειτουργία ολόκληρων συστημάτων διανομής που περιείχαν διάφορα αιολικά πάρκα και θερμικούς σταθμούς. Αρχικά εξετάστηκε το θέμα του εντοπισμού των απωλειών ισχύος σε συστήματα διανομής με κατανεμημένη παραγωγή. Παρουσιάστηκαν μια νέα σχετικά προσέγγιση στον εντοπισμό των απωλειών με βάση τις τροφοδοσίες ρευμάτων καθώς και μία μήτρα εμπεδήσεων. Τα παραπάνω μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη στατιστική ανάλυση των απωλειών βάσει της γραμμικής παλινδρόμησης ή την εκτίμηση της συνδιακύμανσης μεταξύ φορτίου και παραγωγής. Στη συνέχεια περιγράφεται το πρόβλημα της βραχυπρόθεσμης ευστάθειας τάσης σε δίκτυα με υψηλή διείσδυση κατανεμημένης παραγωγής. Εστιάζουμε στην αναπαράσταση του δικτύου κατά τη διάρκεια και μετά από την εμφάνιση σφάλματος ως ισοδύναμο κύκλωμα Thevenin τάσης και εμπέδησης. Επίσης διερευνάται η επίδραση γειτονικών σύγχρονων γεννητριών, ανεμογεννητριών τύπου Δανίας, SVC, και STATCOM στις παραμέτρους Thevenin. Τελικά εξετάζεται το πρόβλημα του ελέγχου τάσης και άεργου ισχύος. Ιδιαίτερη προσοχή δίνεται στους περιορισμούς τροφοδοσίας πραγματικής και άεργου ισχύος οι οποίες επιβάλλονται από τα όρια του πλάτους της τάσης. / Nowadays in power systems a large amount of power produced from wind farms and Heat Power Plants (HPP). High penetration of distributed generation in power systems is a subject to study. Τhe focus of this project is on the operation of an entire distribution system with several wind farms and HPP. Firstly, the subject of allocation of power system losses in a distribution system with distributed generation is treated. A new approach to loss allocation based on current injections and an impedance matrix is presented. The formulation can be used for statistical analysis of the losses based on linear regression or estimates of covariances between production and load. Secondly, the problem of short term voltage stability in networks with high penetration of DG is assessed. The focus is on the representation of the network during and after a fault as a Thevenin equivalent voltage and impedance. The influence of adjacent synchronous generators, Danish concept wind turbines, SVCs and STATCOMs on the Thevenin parameters have been investigated. Finally, the problem of voltage and reactive power control is investigated. Special focus is on the constraints for active and reactive power injection which are imposed by the voltage magnitude limits.

Κατά τη μελέτη ηλεκτρικών μεγεθών υπό μη ημιτονοειδείς συνθήκες ιδιαίτερο αντικείμενο μελέτης αποτελούν τα φαινόμενα που σχετίζονται με την ισχύ. Οι γνωστές προσεγγίσεις για την ισχύ σε ημιτονοειδείς καταστάσεις δεν επαρκούν και είναι εσφαλμένες. Η παρουσία ανώτερων αρμονικών, καθώς και επίσης η ασυμμετρία τάσεων και ρευμάτων μας οδηγούν σε μία διαφορετική προσέγγιση της ηλεκτρικής ισχύος. Είναι φανερό λοιπόν γιατί έχει προκύψει η ανάγκη να ορισθούν ορθά οι συνιστώσες ισχύος ώστε να: 1) Περιγράψουμε τα φυσικά φαινόμενα ισχύος και τις ιδιότητες των κυκλωμάτων παρουσία αρμονικών 2) Αντισταθμίσουμε κάποιες συνιστώσες ώστε να επιτύχουμε διόρθωση του συντελεστή ισχύος 3) Μετρηθούν κάποιες ποσότητες για τη διαμόρφωση κατάλληλου τιμολογίου ηλεκτρικής ενέργειας 4) Καθορισθούν δείκτες για την επίπτωση αρμονικών στον εξοπλισμό Η παρούσα διπλωματική εργασία ασχολείται με τα άνωθεν και περιλαμβάνει τα ακόλουθα κεφάλαια: Το κεφάλαιο 1 αποτελεί μια γενική εισαγωγή του θέματος που πραγματεύεται η παρούσα διπλωματική εργασία Το κεφάλαιο 2 ασχολείται με τη παρουσία αρμονικών στα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας Το κεφάλαιο 3 και 4 ασχολείται με την ισχύ σε ημιτονοειδή και μη ημιτονοειδή μονοφασικά κυκλώματα αντιστοίχως Τα κεφάλαια 5 έως 10 παρουσιάζουν τις κυριότερες θεωρίες ισχύος σε μονοφασικά συστήματα παρουσία αρμονικών Συγκεκριμένα, το κεφάλαιο 5 ασχολείται με τη μέθοδο BUDEANU, το κεφάλαιο 6 με τη μέθοδο FRYZE, το κεφάλαιο 7 με τη μέθοδο SHEPHERD-ZAKIKHANI, το κεφάλαιο 8 με τη μέθοδο CZARNECKI, το κεφάλαιο 9 με τη μέθοδο IEEE και τέλος το κεφάλαιο 10 με τη μέθοδο της ΓΕΩΜΕΤΡΙΚΗΣ ΑΛΓΕΒΡΑΣ Τέλος, το κεφάλαιο 11 παρουσιάζει τα συμπεράσματα που προκύπτουν από τη παρούσα διπλωματική εργασία / When studying electrical quantities under nonsinusoidal conditions are particularly studied the phenomena related to the force. Major approaches to power in sinusoidal conditions are inadequate and incorrect. The presence of higher harmonics and also the asymmetry of voltages and currents lead us to a different approach of power. It is obvious, then, why the need has arisen to define correctly the power components to: 1) Describe physical phenomena and power properties of circuits in the presence of harmonics 2) Offsetting components to achieve power factor correction 3) Measure some quantities to formulate appropriate energy tariff 4) Determine the impact indicators for harmonic equipment This thesis addresses the above and includes the following chapters: Chapter 1 provides a general introduction to the topic discussed in this thesis Chapter 2 deals with the presence of harmonics in power systems Chapter 3 and 4 deal with the power in sinusoidal and non-sinusoidal single-phase circuits respectively Chapters 5 to 10 are the main theories of power in single-phase systems in the presence of harmonics Specifically, Chapter 5 deals with the method BUDEANU, Chapter 6 deals with the method FRYZE, chapter 7 deals with SHEPHERD-ZAKIKHANI, Chapter 8 deals with method CZARNECKI, Chapter 9 deals with method IEEE and finally Chapter 10 deals with method of GEOMETRIC ALGEVRA Finally, Chapter 11 presents the conclusions from this thesis

Το ενεργειακό πρόβλημα, καθώς και οι συνέπειες του φαινομένου του θερμοκηπίου που βρίσκεται σε έξαρση στις μέρες μας είναι από τα σπουδαιότερα προβλήματα του πλανήτη και κάνουν αναγκαία και επιβεβλημένη τη μείωση της χρήσης ορυκτών καυσίμων και την προσπάθεια για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας με όσο το δυνατόν πιο οικονομικό, αλλά και φιλικό προς το περιβάλλον τρόπο. Συνεπώς, οι Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας και κυρίως η αιολική και η ηλιακή ενέργεια αποκτούν σπουδαίο ρόλο στο στόχο αυτό. Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετάμε το μετατροπέα που συνδέεται στην πλευρά του δικτύου και παρουσιάζουμε αναλυτικά τις βασικές τοπολογίες που εφαρμόζονται σε αιολικά και σε φωτοβολταϊκά συστήματα. Η διάταξη που εξετάζουμε αποτελείται από έναν μετατροπέα ac/dc, ένα σύστημα αποθήκευσης ενέργειας μέσω πυκνωτή (dc-link) και ένα R-L φίλτρο στην πλευρά του δικτύου. Σκοπός, λοιπόν, αυτής της εργασίας είναι να μελετήσουμε τη διάταξη αυτή στο d-q στρεφόμενο σύστημα κάθετων αξόνων μέσω του μετασχηματισμού Park και να εφαρμόσουμε την κατάλληλη μεθοδολογία ελέγχου, εξετάζοντας δυο διαφορετικές περιπτώσεις: στην πρώτη περίπτωση διατηρούμε σταθερή σε μηδενική τιμή την αναφορά αέργου ισχύος ενώ στη δεύτερη διατηρούμε σταθερή την ενεργό ισχύ. Τέλος, προσομοιώνουμε το σύστημα αυτό στο περιβάλλον Simulink του Matlab και για τις δύο παραπάνω περιπτώσεις και στη συνέχεια παρουσιάζουμε τις αποκρίσεις των προσομοιώσεων και εξάγουμε συμπεράσματα, προκειμένου να αναδειχθεί η σωστή λειτουργία της διάταξης αυτής. / The energy problem and the consequences of the greenhouse effect that is on the rise nowadays are two of the most important global problems and make necessary and imperative the reduce of the use of fossil fuels and the effort to produce electricity in a more economical and environmentally friendly way. Therefore, the Renewable Energy Sources and especially wind and solar power have a great role in this objective. In this thesis we consider the converter connected to the grid side and present in detail the basic topologies applied in wind and photovoltaic systems. The system under consideration consists of an ac/dc converter, an energy storage system via capacitor (dc-link) and an R-L filter on the grid side. Aim of this thesis is to study this system in the d-q rotating vertical axes system through the Park transformation and apply the appropriate control methodology, considering two different cases: in the first case we keep the reactive power reference steady and equal to zero while in the second case we keep the active power steady. Finally, we simulate this system with the Matlab Simulink for both cases and then we present simulations of the responses and draw conclusions in order to demonstrate the correct operation of this system.