Η παρούσα διπλωματική εργασία ασχολείται με τη μελέτη και την κατασκευή μιας νέας τοπολογίας για τη διασύνδεση ενός φωτοβολταϊκού πλαισίου με το δίκτυο χαμηλής τάσης. Η διάταξη που επιλέχτηκε αποτελεί το πρώτο στάδιο ενός μετατροπέα δύο βαθμίδων που χρησιμοποιείται για την αντιστροφή της τάσης του φωτοβολταϊκού πλαισίου και τη σύνδεση αυτού με το δίκτυο. Η βασική λειτουργία της διάταξης είναι η ανύψωση και σταθεροποίηση της τάσης εισόδου στα επίπεδα των 400 V. Η επιλογή της τοπολογίας στηρίχτηκε στον απλό σχεδιασμό, το υψηλό κέρδος τάσης και την ύπαρξη ενός μόνο διακοπτικού στοιχείου. Το κύκλωμα που μελετήθηκε είναι ένας μετατροπέας Boost σε συνδυασμό με ένα μετατροπέα Flyback με δυο δευτερεύοντα τυλίγματα. Πιο συγκεκριμένα, το πηνίο του μετατροπέα Boost αντικαθίσταται από το πρωτεύον τύλιγμα του Μ/Σ Flyback, ενώ τα δύο δευτερεύοντα μεταφέρουν τη μαγνητική ενέργεια στην έξοδο με σκοπό την επιπλέον ενίσχυση της τάσης εξόδου που προσφέρει ο Boost. Η κατασκευή του μετατροπέα και του κυκλώματος ελέγχου πραγματοποιήθηκε στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας. Τα πειραματικά αποτελέσματα επιβεβαίωσαν τη θεωρητική ανάλυση που έγινε και την ορθή λειτουργία του κυκλώματός μας. Ο μετατροπέας επιτυγχάνει υψηλά κέρδη τάσης (μέχρι και 20 φορές), ενώ ο βαθμός απόδοσης κρίνεται αρκετά ικανοποιητικός για επίπεδα ισχύος μέχρι 150 W, αφού μετρήθηκε πάνω από 85%. Ως προέκταση της κατασκευής, θα μπορούσε να υλοποιηθεί βρόχος ανάδρασης με σκοπό τη σταθεροποίηση της τάσης εξόδου στα 400 V καθώς και M.P.P.T. έλεγχος για τη βέλτιστης λειτουργίας της Φ/Β γεννήτριας εισόδου. / --

Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετάται η ικανότητα συμπεριφοράς γραμμών μεταφοράς υψηλής τάσης έναντι κεραυνών. Αρχικά γίνεται μια ιστορική αναδρομή για τον κεραυνό. Στη συνέχεια, εξετάζονται οι κεραυνοί και παρατίθενται μια ενδελεχής παρουσίαση των ειδών των κεραυνικών αλλά και των ατμοσφαιρικών εκκενώσεων, προχωρώντας μετά στην αναφορά των κύριων χαρακτηριστικών των κεραυνών, των αποτελεσμάτων τα οποία προκαλούν, αλλά και των παραμέτρων από τις οποίες εξαρτώνται και χαρακτηρίζονται. Έπειτα, γίνεται μια αναλυτική περιγραφή των γραμμών μεταφοράς, παρουσιάζοντας τις κατηγοριοποιήσεις στις οποίες υπόκεινται, με κύρια κριτήρια αυτών να είναι η ονομαστική τάση υπό την οποία είναι φορτισμένες, το μήκος αλλά και την ικανότητα τους στην μεταφορά ηλεκτρικής ενέργειας. Επίσης, γίνεται αναφορά στις καταπονήσεις τις οποίες δέχονται οι γραμμές αλλά και στην μόνωση, όπως και στα χαρακτηριστικά τους. Παρακάτω, βλέπουμε ποια είναι τα κύρια είδη σφαλμάτων στις εναέριες γραμμές μεταφοράς και από ποιες αιτίες αυτά προκαλούνται. Το επόμενο κεφάλαιο πραγματεύεται τη μόνωση των γραμμών αλλά και τα κεραυνικά πλήγματα, ενώ εξετάζονται οι μηχανισμοί που προκαλούν την παραγωγή υπερτάσεων στις γραμμές. Έπειτα, για το καθορισμό της θέσης του αγωγού προστασίας της γραμμής παρουσιάζονται οι μέθοδοι της μέγιστης γωνίας και η ηλεκτρογεωμετρική μέθοδος. Στο προτελευταίο κεφάλαιο , υπάρχει μια εκτενής αναφορά στο πρόγραμμα ATP-EMTP και τα στοιχεία του. Τέλος, παρουσιάζεται μια εξομοίωση μιας γραμμής μεταφοράς υψηλής τάσης με τη χρήση του συγκεκριμένου προγράμματος και κυρίως του γραφικού προεπεξεργαστή του , που είναι το πρόγραμμα ATPDraw. Η εξομοίωση αυτή έγινε για διαφορετικών εντάσεων κεραυνικά ρεύματα τα οποία πλήττουν τον αγωγό προστασίας της γραμμής, και μελετά τις παραγόμενες υπερτάσεις σε τέσσερα διαφορετικά σημεία αυτής και το βαθμό επικινδυνότητάς τους. / In this diploma thesis is studied the ability to conduct high voltage transmission lines against lightning. Initially, there is a little historical background to the lightning. Afterwards there is a study about lightning and it is provided a thorough presentation of the types of lightning and atmospheric discharges, moving afterwards to the reference of the main lightning features, the results that they rise, as well as the parameters that they depend on and described from. Next, a more detailed description of the transmission lines, showing the classifications in which they are subject to, with main criteria, the nominal voltage in which they are charged, the length, but also their ability of electricity transmission. Moreover, there is a reference to the stresses, in which the lines are subjected to, as well as their insulation level and their characteristics. Below, we can see what the main types of outages in air transmission lines are and which are the causes that generate them. The next chapter deals with the isolation of lines, as well as with lightning strokes and described the mechanisms which cause the overvoltages on transmission lines. Then, in order to determine the position of the line protection conductor , the maximum angle method as well as the electrogeometrical method are presented. The fifth chapter contains an extended reference to the ATP-EMTP program and its components. Finally, a simulation of a high voltage transmission line is represented, with the use of this program and mainly its graphic preprocessor, which is the program ATPDraw. This simulation has been done for different intensities of lightning currents, which strike at the protection conductor of the line,and it is also studying overvoltages at four different points and the risk rate.

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.

Σε αυτή την διπλωματική εργασία θα γίνει μελέτη της συμπεριφοράς γραμμών διανομής σε καταπονήσεις από κεραυνούς. Η πτώση ενός κεραυνού είτε απευθείας πάνω στο δίκτυο είτε κοντά σε αυτό προκαλεί βίαιες μετακινήσεις φορτίων μέσα στο δίκτυο υπό την μορφή ρεύματος Ι, πολλών (kA). Τα φορτία οδεύουν κατά μήκος των γραμμών και κατά τις δυο διευθύνσεις με τη μορφή οδεύοντων κυμάτων τάσεως και αντίστοιχου ρεύματος, μέχρις ότου εξαφανισθούν λόγω απόσβεσης ή διαρροής ή διάσπασης της μονωτικής ικανότητας των γραμμών. Η τάση που επάγεται (V=I*Z) συνήθως υπερβαίνει την κρουστική τάση αντοχής των μονώσεων του δικτύου και, αν δεν υπάρχει κατάλληλη προστασία της γραμμής προκαλεί διάσπαση της μόνωσης. Έτσι η στάθμη αντοχής της μόνωσης π.χ. των μετασχηματιστών, των διακοπτών κτλ. του δικτύου, πρέπει να είναι σημαντικά ανώτερη από την στάθμη της τάσεως, που μπορεί να εγγυηθεί η προστασία, που παρέχουν τα μέσα προστασίας. Η ηλεκτρική μόνωση στα περισσότερα συστήματα διανομής δεν είναι ομογενής. Η στάθμη μόνωσης (BIL) σε ένα δοσμένο τμήμα γραμμής μεταβάλλεται ευρέως. Επιπλέον οι γραμμές διανομής είναι σύνθετα ηλεκτρικά κυκλώματα τα οποία δεν είναι εύκολο να προσαρμοστούν σε κάποιο συγκεκριμένο μαθηματικό μοντέλο και να αναλυθούν για να προσδιορίσουμε τη στάθμη μόνωσης. Όμως οι μέθοδοι που προτείνονται σε αυτή τη διπλωματική εργασία είναι μαθηματικά απλές και αποδεικνύουν μόνο κατάλληλες προσεγγίσεις για τον σχεδιασμό των πιο συνήθων γραμμών διανομής. Ο σχεδιασμός της προστασίας από κεραυνούς σε γραμμές διανομής γίνεται λαμβάνοντας υπόψη τα εξής αποτελέσματα. 1. Τον αριθμό των βραχυκυκλωμάτων που θα συμβούν σε μια γραμμή διανομής όταν αυτή πλήττεται άμεσα από κεραυνούς. 2. Τον αριθμό των βραχυκυκλωμάτων που θα συμβούν εξαιτίας των πληγμάτων κεραυνών σε γειτονικό έδαφος. Στο πρώτο μέρος της εργασίας αναφέρεται η ΙΕΕΕ οδηγία για τη συμπεριφορά έναντι κεραυνών των εναέριων γραμμών διανομής ηλεκτρικής ενέργειας. Σκοπός της είναι να παρουσιάσει εναλλακτικές λύσεις για τη μείωση των βραχυκυκλωμάτων που προκαλούνται από κεραυνό στις εναέριες γραμμές. Συγκεκριμένα θα προσδιοριστεί η συμπεριφορά των εναέριων γραμμών διανομής σε περίπτωση πτώσης κεραυνού (πλήγματα κεραυνών και βραχυκυκλώματα από επαγόμενη τάση), το επίπεδο μόνωσης των γραμμών διανομής, η προστασία των γραμμών διανομής με προστατευτικό αγωγό καθώς επίσης και η προστασία των γραμμών με αλεξικέραυνα. Στο δεύτερο μέρος της εργασίας, θα αναπτυχθεί η καταγραφή σφαλμάτων και βλαβών λόγω πτώσεως κεραυνών στο δίκτυο της Μ.Τ. σε μετασχηματιστές καθώς και στις γραμμές διανομής Μ.Τ. κατά το έτος 2009-2010 στην περιοχή της Θήβας και γίνεται η συσχέτισή τους με τα θεωρητικά αποτελέσματα. / In the present "Diploma thesis", the behavior of the electric distribution lines under lightning strikes will be studied. A lightning strike,directly on an electric distribution line or indirectly nearby the line, will cause a violent charge movement.Which is actually current (many kA) propagating on the distribution line.The charges are traveling along the distribution line on both directions as traveling waves of voltage and current, until they disappear because of dumping,leakage or breakdown of the insulation ability of the line. The induced voltage (V=I*Z) exceeds the maximum impulse voltage that an insulation can afford, and if a protection is not present an insulation breakdown could be caused. Thus, B.I.L of transformers, switchers e.t.c of a distribution system has to be greater than the voltage level, which the protection can warrantee,and the protection utilities can provide. In most electrical distribution systems the electrical insulation is not homogeneous. B.I.L differentiates for a specific electrical transmission line. Furthermore,distribution lines are complex electrical circuits for which is difficult to be described and analyzed by a mathematical model in order to determine the insulation level. But in this diploma thesis, the mathematical models which are used are simple and proofing only the proper approximations for the design of the most common transmission lines. The design of lightning protection for transmission lines take care the following results. 1. The number of short-circuits that will occur in a transmission line if stroked direct by lightning. 2. The number of short-circuits that will occur in a transmission line if stroked indirect (in the nearby ground) by lightning. In the first part of this thesis is dedicated to the IEEE standard for the behavior of the overheaded electrical transmission lines. The purpose is to present alternative solutions in order to reduce short-circuits caused by lightning strokes. Specifically,the behavior of the overheaded electrical distribution lines when a lighting stroke (lightning stroke and induced voltage),the insulation level of the lines, the protection of the distribution lines with an over-running earth wire and the protection of the lines with surge diverters will be specified. In the second part of this thesis ,the faults and breakdowns caused by lightning strikes on the middle voltage (M.V) transformers and distribution lines,in 2009-10,at Thiva area will be presented and associated with theoretical results.

Σε αυτή την διπλωματική εργασία γίνεται μελέτη της συμπεριφοράς εναέριων γραμμών διανομής μέσης τάσης από καταπονήσεις κεραυνών. Οι κεραυνοί είναι ένα φυσικό φαινόμενο που δημιουργούν μεγάλα προβλήματα στις ηλεκτρικές συσκευές, στα ηλεκτρικά συστήματα καθώς και στην ασφάλεια του ανθρώπου. Ένα κεραυνικό πλήγμα μπορεί να είναι άμεσο ή έμμεσο αλλά προκαλεί βραχυκυκλώματα και στις δυο περιπτώσεις ειδικότερα εάν η γραμμή διανομής είναι απροστάτευτη. Επειδή είναι ένα φυσικό φαινόμενο, δεν είναι εφικτό να προβλέψουμε απόλυτα την έκβαση του. Διάφορες παράμετροι όπως η πυκνότητα κεραυνών ή ο αριθμός των άμεσων κεραυνικών πληγμάτων απέχουν από τα πραγματικά στοιχεία. Η διπλωματική εργασία αναλύει και παρέχει με ακρίβεια προβλέψεις για σφάλματα από κεραυνικά πλήγματα στις γραμμές διανομής ηλεκτρικής ενέργειας μέσης τάσης.Στο δεύτερο κεφάλαιο της διπλωματικής εργασίας αναφέρεται η οδηγία της ΙΕΕΕ για τη συμπεριφορά έναντι κεραυνών των εναέριων γραμμών διανομής ηλεκτρικής ενέργειας. Σκοπός της είναι να παρουσιάσει λύσεις για τη μείωση των βραχυκυκλωμάτων που προκαλούνται από κεραυνό στις εναέριες γραμμές διανομής.Το τρίτο κεφάλαιο της διπλωματικής εργασίας εστιάζεται αναλυτικά στα καταγεγραμμένα σφάλματα που προκλήθηκαν από πτώσεις κεραυνών στο δίκτυο μέσης τάσης σε μετασχηματιστές καθώς και στις γραμμές διανομής μέσης τάσης για μια δεκαετία στην περιοχή της Αχαΐας. Η μελέτη γίνεται σε τέσσερις γραμμές διανομής μέσης τάσης με αφετηρία την περιοχή του Αιγίου, γραμμή R21 Αιγίου–Βλασιάς, γραμμή R23 Αιγίου–Διακοπτού, γραμμή R 22 Αιγίου–Ακράτας και γραμμή R29 N. Ερινεού. Το πραγματικό μήκος των συγκεκριμένων γραμμών υπολογίστηκε από τα μονογραμμικά σχέδια που μας παρείχε η ΔΕΔΔΗΕ. Επομένως χρησιμοποιώντας την μεθοδολογία της ΙΕΕΕ οδηγίας, υπολογίζεται η θεωρητική τιμή των κεραυνικών σφαλμάτων. Έπειτα τα καταγεγραμμένα σφάλματα από κεραυνικά πλήγματα συλλέχτηκαν και κατηγοριοποιήθηκαν από την βάση δεδομένων της ΔΕΔΔΗΕ Αιγίου για την χρονική περίοδο 2003-2012 παρέχοντας την πραγματική τιμή των κεραυνικών σφαλμάτων. Στο τελευταίο κεφάλαιο αναφέρονται τα συμπεράσματα καθώς και μια λεπτομερής σύγκριση θεωρητικών και πραγματικών δεδομένων με διαγράμματα, κατηγοριοποιώντας τα σφάλματα ανά χρόνο και ανά μήνα για τα έτη 2003- 2012. / This diploma thesis focuses on the lightning performance of electric power overhead distribution lines. Lightning is a physical phenomenon which often causes several problems to the distribution systems, building structures, electrical appliances and more importantly to the safety of human beings. When lightning strikes directly to the distribution line or to the nearby area is responsible for temporary or permanent faults on the overhead distribution line. The nature of lightning is impossible to predict with precision. Parameters such as lightning intensity measured by ground flash density (GFD), or estimating the number of direct strikes to a distribution line may have significant errors. This diploma thesis intends to provide most precise estimates of lightning-caused faults. The second chapter of the thesis describes the “IEEE Guide for Improving the Lightning Performance of Electric Power Overhead Distribution Lines”. The main purpose is to present alternative solutions to reduce the number of flashovers caused by the lightning strike on overhead distribution lines. Specifically we deal with the lightning performance of the overhead distribution lines during lightning (either direct strike or induced flashover), the insulation level of distribution lines, the protection of the distribution lines with a shield wire or arresters. The third chapter analyzes the recorded lightning faults to the distribution network of the region of Achaia, Greece for the last ten years. It focuses on four distribution lines all starting from the region of Aegio. Moreover using the methodology from the IEEE guide, a theoretical value of lightning faults has been calculated. The recorded data that has been collected along with the theoretical value of lightning faults are being detailed compared in the last chapter in order to provide us with a better understanding of the results.

Ο στόχος της διπλωματικής αυτής είναι η περιγραφή της αναδυόμενης τεχνολογίας PLC (PowerLine Communication). Η τεχνολογία αυτή με τη χρήση του πανταχού παρόντος ηλεκτρικού δικτύου προσφέρει ακόμα και σε απομακρυσμένους χρήστες πληθώρα ευρυζωνικών υπηρεσιών και πρόσβαση στο διαδίκτυο, αποτελώντας μια ανταγωνιστική επιλογή τρόπου επικοινωνίας. Για την κατανόηση της PLC τεχνολογίας αρχικά κρίνουμε απαραίτητη την λεπτομερή περιγραφή της δομής του ηλεκτρικού δικτύου, του εξοπλισμού που απαιτείται για την εφαρμογή της και των αρχιτεκτονικών της. Στη συνέχεια γίνεται αναφορά στα προβλήματα που παρουσιάζονται και χρήζουν αντιμετώπισης. Επιπρόσθετα, γίνεται σύντομη παρουσίαση των εναλλακτικών υπηρεσιών και σύγκριση των PLC με αυτές. Η μετάδοση μέσω ηλεκτροφόρων καλωδίων προσφέρει ένα μεγάλο εύρος ζώνης, παρέχοντας μία γκάμα πολυάριθμων υπηρεσιών, όπως το έξυπνο σπίτι ή το AMR (Automatic Meter Reading) για τη διευκόλυνση τόσο των οικιακών χρηστών όσο και των επιχειρησιακών. Η χρήση των γραμμών ηλεκτρικής ενέργειας ως τηλεπικοινωνιακό κανάλι απαιτεί την εφαρμογή των κατάλληλων τεχνικών πρόσβασης. Οι πιο διαδεδομένες τεχνικές είναι οι FDMA (Frequency Division Multiple Access), TDMA (Time Division Multiple Access) και CDMA (Code Division Multiple Access) . Η παρούσα διπλωματική επικεντρώθηκε στην TDMA και την FDMA με διαμόρφωση σήματος OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) η οποία ονομάζεται OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access). Πραγματοποιήθηκαν εξομοιώσεις σε Matlab διάφορων αλγορίθμων αναλογικής δικαιοσύνης με τεχνική OFDMA και ταυτόχρονη εξομοίωση της TDMA. Στόχος είναι να συγκρίνουμε τους αλγόριθμους αυτούς ως προς το συνολικό ρυθμό μετάδοσης και τη δικαιοσύνη κατανομής των πόρων στους χρήστες. Από τη σύγκριση αυτή προκύπτει ότι η τεχνική TDMA αποδίδει λιγότερο, ενώ από τους υπόλοιπους αλγόριθμους τα καλύτερα αποτελέσματα επιφέρει ο αλγόριθμος των Bill et al., με ισορροπία του συνολικού ρυθμού μετάδοσης και της επιθυμητής δικαιοσύνης. / Main goal of this diploma thesis is the description of the up and coming PLC (PowerLine Communication) technology. This technology offers access to the web and to several broadband services to even distant and isolated users, by exploiting the power line grid, widely spread to nearly all surface land sites, consisting this way a competitive communication alternative. For a better comprehension of the PLC technology, this work starts with a detailed description of the power line grid, the several PLC technology architectures and the necessary equipment for their application. Following this work, there is a reference to any possible problems that need to be overcome and a short comparative presentation of the PLC technology versus other alternatives to it. The data transmission over electricity lines offers a wide bandwidth and thus it may support a variety of applications, as the smart home and AMR (Automatic Meter Reading) for the proper service of either domestic or industrial users. The use of electricity power lines as a communication channel necessitates the application of multiple access Strategies as FDMA (Frequency Division Multiple Access), TDMA (Time Division Multiple Access) and CDMA (Code Division Multiple Access), which are currently the most popular. This thesis is focused on TDMA and FDMA with OFDM signal modulation. This technique is called OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access). Several proportional rate constraints algorithms were simulated in Matlab applying both OFDMA and TDMA strategies in order to compare these algorithms in terms of the maximized total throughput and the fair allocation of resources to the end users (fairness). From this comparison it comes up that TDMA technique is less efficient, whereas from the other algorithms the most efficient is the one of Bill et al., that offers a good balance between total throughput and fairness.

Τα τελευταία χρόνια η ανάγκη για αναλογικά ολοκληρωμένα κυκλώματα με χαμηλή τάση τροφοδοσίας και χαμηλή ισχύ γίνεται κάτι περισσότερο από επιτακτική. Ο βασικότερος λόγος για την ανάγκη αυτή είναι η ραγδαία ανάπτυξη από φορητές ηλεκτρονικές συσκευές για εφαρμογές πολυμέσων (laptops, netbooks, mobiles) έως ολοκληρωμένων συστημάτων βιοιατρικών εφαρμογών. Μάλιστα σε πολλές περιπτώσεις απαιτείται αυτές οι ηλεκτρονικές συσκευές να έχουν δυνατότητα διασύνδεσης σε ασύρματα δίκτυα (WLANs) και επομένως επιβάλλεται η ενσωμάτωση συστημάτων πομποδεκτών. Έτσι, οι απαιτήσεις για όσο το δυνατόν μικρότερη κατανάλωση και επομένως χαμηλότερη τροφοδοσία είναι επιβεβλημένες. Ένα από τα βασικότερα «δομικά» κυκλώματα σχεδίασης αναλογικών κυκλωμάτων είναι οι διαφορικοί ενισχυτές τάσης. Στην παρούσα διατριβή παρουσιάζονται πλήρεις λύσεις διαφορικών ενισχυτών χαμηλής τάσης τροφοδοσίας σε τυπική CMOS τεχνολογία των 0.35μm και 0.18μm. Οι προτεινόμενοι ενισχυτές σχεδιάστηκαν με την τεχνική οδήγησης τρανζίστορ από το υπόστρωμα (Bulk-driven technique). Αρχικά σχεδιάστηκαν διαφορικοί ενισχυτές τάσεις με τοπολογία αρνητικής αντίστασης στην βαθμίδα εισόδου. Με τον τρόπο αυτό έγινε αύξηση της μικρής διαγωγιμότητας εισόδου που παρουσιάζει η τεχνική οδήγησης τρανζίστορ από το υπόστρωμα. Έτσι, προέκυψαν πρωτότυπες δομές ενισχυτών με χαμηλή τροφοδοσία μέχρι και 0.8V. Οι επιδόσεις των ενισχυτών χαρακτηρίστηκαν από κατάλληλες προσομοιώσεις αλλά και από πειραματικές μετρήσεις καθώς κατασκευάστηκε ολοκληρωμένο κύκλωμα ενισχυτή. Η σύγκλιση των αποτελεσμάτων των προσομοιώσεων με των πειραματικών απέδειξε πως τόσο τα προτεινόμενα κυκλώματα όσο και η ίδια η τεχνική σχεδίασης αποτελούν σημαντική λύση όπου απαιτούνται διαφορικοί ενισχυτές τάσης χαμηλής τροφοδοσίας. Στη συνέχεια σχεδιάστηκε βαθμίδα διαφορικού ακόλουθου τάσης με την τεχνική οδήγησης τρανζίστορ από το υπόστρωμα και τροφοδοσία 1V. Η βαθμίδα αυτή χρησιμοποιήθηκε ως διαφορική βαθμίδα εισόδου διαφορικού ενισχυτή τάσης με τροφοδοσία 1V. Ο ενισχυτής αυτός λειτουργεί για μεταβολή του κοινού σήματος εισόδου μεταξύ των άκρων της τροφοδοσίας. Ο ακόλουθος τάσης τροποποιήθηκε κατάλληλα ώστε να λειτουργεί με τροφοδοσία 0.5V και χρησιμοποιήθηκε ως διαφορική βαθμίδα εισόδου σε διαφορικό ενισχυτή τάσης ίδιας τροφοδοσίας. Και οι δυο προτεινόμενες τοπολογίες ενισχυτών αποτελούν πλήρεις λύσεις για εφαρμογές ενισχυτών τάσης με χαμηλή και πολύ χαμηλή τροφοδοσία αντίστοιχα. Τέλος με την τεχνική οδήγησης τρανζίστορ από το υπόστρωμα σχεδιάστηκε ενισχυτής μεταβλητού κέρδους. Για το σκοπό αυτό αναπτύχθηκε τεχνική γραμμικής μεταβολής διαγωγιμότητας διαγωγών. Ο ενισχυτής μεταβλητού κέρδους που σχεδιάστηκε λειτουργεί με τροφοδοσία 0.8V ενώ το κέρδος έχει εύρος μεταβολής 17dB και μπορεί να ενσωματωθεί σε βρόχο αυτομάτου ελέγχου κέρδους χαμηλής τροφοδοσίας. Για το σκοπό αυτό σχεδιάστηκαν με την τεχνική οδήγησης τρανζίστορ από το υπόστρωμα και δυο κυκλώματα τετραγωνικής συνάρτησης με τροφοδοσία 0.8V και 0.5V αντίστοιχα. / In recent years the need for analog integrated circuits with low-voltage and low-power is more than urgent. The main reason for this need is the rapid growth of portable electronic devices for multimedia applications (laptops, netbooks, mobiles, etc.) and even more for biomedical devices applications. In many cases, these electronic devices provide connectivity to wireless networks (WLANs) and therefore they incorporate transceiver systems. Thus, requirements such as low-voltage and low-power are a necessity. One of the basic analog “building blocks” for circuit design is differential voltage amplifiers. This thesis presents complete solutions for low-voltage differential amplifiers in standard CMOS technology of 0.35μm and 0.18μm. The proposed amplifiers were designed with bulk-driven technique. In the first place are designed differential voltage amplifiers that include input stage with negative resistance circuitry. This way the proposed amplifiers improve the small input transconductance due to bulk-driven transistors. Thus, novel amplifier structures are obtained with a voltage supply equal even to 0.8V. The amplifiers performance is characterized both through simulation and experimental results. The convergence of simulation and experimental results demonstrate that the proposed amplifiers circuits designed with bulk-driven technique are significant solution in the design of low-voltage amplifiers. In the next step a differential bulk-driven voltage follower is designed with 1V voltage supply. The proposed follower is used as a differential input stage for a differential voltage amplifier with the same voltage supply. The proposed amplifier is capable to operate rail-to-rail for common mode input signals. Also, the proposed voltage follower is modified in order to operate in extreme voltage supply of 0.5V. The modified voltage follower is used, again, as a differential input stage for a differential voltage amplifier while the whole amplifier used a voltage supply equal to 0.5V. Both proposed amplifiers topologies that use bulk-driven differential voltage followers as input stages are complete solutions for low-voltage and ultra low-voltage amplifiers applications. Finally, a new technique for linear transconductance variation, applicable in any kind of transconductor, is introduced. The proposed technique is used to build a bulk-driven variable gain amplifier (VGA). The proposed VGA operate with 0.8V voltage supply while produce a gain range variation equal to 17dB. The amplifier could incorporate in an automatic gain control loop (AGC) for low-voltage applications. For this purpose, two bulk-driven voltage squarers circuits with voltage supply 0.8V and 0.5V was also proposed.

Ο θερμομηχανικός χαρακτηρισμός του κράματος NiTi και η ενσωμάτωση του σε πολυμερική μήτρα με στόχο τη γέννηση εσωτερικών μηχανικών τάσεων όταν υπάρξει θερμική διέγερση, είναι επιγραμματικά ο σκοπός της παρούσας εργασίας. Το ‘ευφυές’ σύστημα που μελετάται στην εργασία αυτή αποτελείται από εποξειδική ρητίνη, ενισχυμένη με ίνες Kevlar 29 και ενσωματωμένα σύρματα Νικελίου-Τιτανίου. Στο πρώτο πειραματικό μέρος, περιλαμβάνεται η μελέτη και ο θερμομηχανικός χαρακτηρισμός του υλικού. Χρησιμοποιήθηκαν σύρματα NiTi διαμέτρου 0.3mm, αλλά και ράβδοι για τη διεξαγωγή κάποιων συγκεκριμένων πειραμάτων. Οι πειραματικές τεχνικές περιλαμβάνουν μηχανικά πειράματα εφελκυσμού σε σερβοϋδραυλικό πλαίσιο δοκιμών, ηλεκτρονιακή μικροσκοπία σάρωσης (SEM), οπτική μικροσκοπία, χρήση θερμοκάμερας υπερύθρου ακτινοβολίας, διαφορική θερμιδομετρία σάρωσης (DSC), δυναμική μηχανική ανάλυση (DMA), μέτρηση ηλεκτρικών ιδιοτήτων καθώς και ένα πρωτοποριακό σύστημα χαρακτηρισμού υλικών (σύστημα THERMIS), που αναπτύχθηκε στο εργαστήριο. Το δεύτερο τμήμα, περιλαμβάνει τη μελέτη του υβριδικού σύνθετου υλικού. Η παρασκευή του πραγματοποιείται σε αυτόκλειστο φούρνο (autoclave) και για την ενεργοποίηση του και την καταγραφή των παραμέτρων κατά τη λειτουργία του, χρησιμοποιείται το σύστημα THERMIS. Για να επιτευχθεί η σύγκριση μεταξύ της συμπεριφοράς του κράματος όταν αυτό ενεργοποιείται με και χωρίς την πολυμερική μήτρα να το περιβάλει, έχουν επιλεγεί δύο τύποι πειραμάτων: συνεχής ενεργοποίηση για μεγάλο χρονικό διάστημα (χαλάρωση τάσης ενεργοποίησης - activation stress relaxation) και κυκλική ενεργοποίηση-απενεργοποίηση για μεγάλο αριθμό επαναλήψεων (λειτουργική κόπωση – transformation fatigue). Τα πειράματα της λειτουργικής κόπωσης στα σύρματα, έδειξαν ότι η αρχική αναπτυσσόμενη τάση, μειώνεται εκθετικά, συναρτήσει των κύκλων ενεργοποίησης. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα, η κοπωτική συμπεριφορά του σύρματος, δεν εξαρτάται από τη διάρκεια του χρόνου θέρμανσης ανά κύκλο, αλλά από τον αριθμό των κρυσταλλογραφικών μετασχηματισμών μεταξύ οστενιτικής - μαρτενσιτικής φάσης και αντίστροφα. Ο ρυθμός υποβάθμισης της ικανότητας του κράματος να ασκεί μηχανική τάση, είναι πολύ έντονος κατά τη διάρκεια των πρώτων εκατοντάδων κύκλων και μειώνεται όσο το φαινόμενο εξελίσσεται. Στα σύνθετα υλικά, όπως και στην περίπτωση των συρμάτων SMA, η υποβάθμιση της λειτουργικής ικανότητας των υβριδικών συνθέτων, φαίνεται ότι δεν εξαρτάται από το χρόνο της θέρμανσης ανά κύκλο, αλλά μόνο από το πλήθος των κρυσταλλογραφικών εναλλαγών. Στα πειράματα χαλάρωσης τάσης, η αρχική τάση των συρμάτων ήταν γύρω στα 500MPa και σύμφωνα με τα πειραματικά αποτελέσματα, με την πάροδο του χρόνου και υπό την επίδραση της θερμοκρασίας, λαμβάνει χώρα εκθετική μείωση του μεγέθους της. Το επίπεδο της θερμοκρασίας λειτουργίας, επηρεάζει δραματικά την υποβάθμιση της μηχανικής αναπτυσσόμενης τάσης, της οποίας ο ρυθμός είναι ιδιαίτερα αυξημένος κατά τις πρώτες ώρες λειτουργιάς του υλικού. Ποιοτικά, το ίδιο φαινόμενο συμβαίνει και στην περίπτωση της χαλάρωσης τάσης ενεργοποίησης των υβριδικών συνθέτων, με τη διαφορά ότι η υποβάθμιση είναι σαφώς πιο έντονη. Προτείνεται τέλος, η μελέτη της υποβάθμισης της ικανότητας των ενεργοποιητών, με βάση στατιστικά εργαλεία και μεθόδους, κατά αναλογία με άλλα κοπωτικά φαινόμενα στη φύση (κυρίως στη μηχανική), εφόσον ουσιαστικά πρόκειται για ακολουθία δράσεων που τελικά οδηγούν στην απώλεια της ικανότητας των υλικών μας να ασκούν τάση. Συνηγορεί εξάλλου σε αυτό και η μορφή των πειραματικών καμπυλών, που παρουσιάζουν μεγάλη ομοιότητα με τις αντίστοιχες καμπύλες S/N, στη μηχανική κόπωση των υλικών. / The present work, aims to the thermo-mechanical characterization of the NiTi Shape Memory Alloy and the characterization of ‘smart’ hybrid composites with embedded SMAs, under thermal activation. The composite structure that is being investigated consists of an epoxy resin matrix, Kevlar 29 fibers and NiTi SMA wires. The first experimental section deals with the thermo mechanical characterization of the Shape Memory Alloy. 0.3 mm in diameter wires were used. The experimental techniques, include mechanical tests using a servo-hydraulic testing apparatus, scanning electron microscopy (SEM), optical microscopy, thermal IR camera imaging, differential scanning calorimetry (DSC), dynamic mechanical analysis (DMA), electrical measurements and a novel thermo mechanical characterization system (Thermis), which was tailor made according to the needs of this project. The second experimental section deals with the characterization of the composite material, which was developed using a special purpose furnace (autoclave) and was tested on the Thermis system. In order to compare the functionality of the SMA either in free condition or embedded in a polymer matrix, two experiments were chosen: continuous activation for a long time (activation stress relaxation) and recurrent thermal activation (transformation fatigue). The transformation fatigue experiments showed that the initially developed mechanical stress, reduces exponentially, according to the number of the crystalline transformations. The functional fatigue life of the alloy, does not depend on the heating time per cycle, but is strongly correlated to the number of the recurrent transformation between martensite and austenite. The stress reduction rate is increased during the first cycles and reduces as the phenomenon develops. As it concerns the composite materials, like the SMA wire case, the reduction of the stress generation capability, is not affected by the heating time per cycle, and is only related to the number of the crystalline transformations. During the stress relaxation experiments, the initial developed stress of the wires was about 500 MPa and according to the experimental results, as time passes and under the influence of the thermal field, the stress reduces exponentially. The temperature level strongly affects the reduction phenomenon and the reduction rate is very high during the first hours of the experiment. The same behavior is observed not only at the SMA wires but also at the composites, as well, noting that reduction in the later case is much more intense. At the end, the study of the fatigue and relaxation phenomena, using a statistical approach, is suggested, like many other fatigue cases in nature (especially in mechanics). The fatigue curves presented here resemble to the S/N curves that can derived from the case of mechanical fatigue of other structural materials, like steel or CFR composites.

Η σύγχρονη αρχιτεκτονική στρέφεται σε λύσεις που έχουν ως στόχο την εξοικονόμηση ενέργειας, χωρίς όμως να επιβαρύνεται σε μεγάλο βαθμό η απόδοση του επεξεργαστή. Ιδιαίτερα οι υπερβαθμωτοί (superscalar) επεξεργαστές που επιτρέπουν εκτέλεση εκτός σειράς (out-of-order execution) διακρίνονται από υψηλή κατανάλωση ενέργειας, εξαιτίας των πολύπλοκων δομών που χρησιμοποιούν για την αύξηση της απόδοσης. Η δυναμική ρύθμιση τάσης – συχνότητας (DVFS) αποτελεί μία ευρέως χρησιμοποιούμενη τεχνική για την επίτευξη εξοικονόμησης ενέργειας. Μειώνοντας τη συχνότητα λειτουργίας ενός κυκλώματος, είναι δυνατόν να μειωθεί και η τάση τροφοδοσίας του κυκλώματος. Με τον τρόπο αυτό ελαττώνεται και η ενέργεια που καταναλώνει το κύκλωμα. Σκοπός της εργασίας είναι η ανάπτυξη ενός μηχανισμού πραγματικού χρόνου που θα ρυθμίζει τη συχνότητα και την τάση λειτουργίας ενός superscalar, out-of-order επεξεργαστή ώστε να επιτυγχάνεται εξοικονόμηση ενέργειας χωρίς μεγάλη μείωση της απόδοσης του επεξεργαστή. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί ελαττώνοντας τη συχνότητα και την τάση κατά τις περιόδους που ο επεξεργαστής εκτελεί πολλές λειτουργίες μνήμης. Η εξομοίωση του μηχανισμού μας για μία σειρά από μετροπρογράμματα δείχνει ότι μπορούμε να επιτύχουμε μεγάλη εξοικονόμηση ενέργειας χωρίς σημαντική αύξηση του χρόνου εκτέλεσης των προγραμμάτων. / Modern research in computer architecture focuses on techniques whose purpose is to save energy, without much loss in processor's performance. Especially superscalar processors that allow out of order execution are characterized by high energy consumption, because of the complex structures the use in order to increase performance. Dynamic Voltage - Frequency Scaling (DVFS) is a widely used technique for energy saving. Reducing the frequency of the processor's clock, it is possible to reduce the supply voltage. In this way the consumed energy is also reduced. The purpose of this diploma thesis is to create a real time mechanism that will scale the frequency and the voltage of a superscalar, out of order processor so that the processor saves energy without much loss in processor's performance. This can be made by reducing the frequency and the voltage during the periods that the processor executes many memory functions. The simulation of our mechanism for a variety of benchmarks proved that we can save much energy without much increase in the benchmark's execution time.

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη των κυψελών καυσίμου οι οποίες αποτελούν εναλλακτική πηγή τάσεως και συγκεκριμένα μια ειδικής κατηγορίας αυτών, τις λεγόμενες κυψέλες καυσίμου τύπου μεμβράνης ανταλλαγής πρωτονίων. Παρουσιάζονται οι μηχανισμοί που προκαλούν πτώση τάσεως και περιγράφονται οι θερμοδυναμικοί νόμοι που διέπουν τη λειτουργία της κυψέλης έτσι ώστε να προκύψουν οι εξίσωσεις εκέινες οι οποίες αναπαριστούν την λειτουργία της κυψέλης. Επίσης, παρουσιάζονται τα επιμέρους συστήματα που χρειάζονται για την τροφοδότηση του φορτίου και αναφέρονται διάφορα στοιχεία περί της τεχνολογίας υδρογόνου όσον αφορά τρόπους παραγωγής και αποθήκευσης καθώς και πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα αυτού ως καύσιμο έναντι των συμβατικών καυσίμων εξαιτίας του γεγονότος ότι το υδρογόνο αποτελεί το κύριο καύσιμο για τις προαναφερθείσες συστοιχίες. Τα συστήματα κυψελών καυσίμου αναμένεται να διαδραματίσουν σπουδαίο ρόλο στην παραγωγή ισχύος στο μέλλον λόγω της αποδοτικότητας, της καθαρότητας και της αξιοπιστίας τους και λόγω φυσικά της εξάντλησης των αποθεμάτων σε συμβατικά καύσιμα.Οι κυψέλες καυσίμου μεμβράνης ανταλλαγής πρωτονίων παρουσιάζουν χαμηλή θερμοκρασία λειτουργίας και χαμηλούς χρόνους εκκίνησης και για αυτό προτιμούνται έναντι των άλλων τύπων κυψελών καυσίμων. Πραγματοποιείται πειραματική δοκιμή δυναμικών μεταβολών σε μία συστοιχία κυψέλων καυσίμου τύπου μεμβράνης ανταλλαγής πρωτονίων ισχύος 1,2kW της εταιρίας Nexa και συγκρίνονται-αξιολογούνται οι καμπύλες λειτουργίας που προκύπτουν από την πειραματική διαδικασία με αυτές που παρουσίάζονται από τον κατασκευαστή. Επίσης η προαναφερθείσα συστοιχία μοντελοποιείται στο Matlab με βάση τις εξισώσεις που διέπουν την λειτουργία της και λαμβάνοντας υπόψιν τα επιμέρους χαρακτηριστικά της συστοιχίας. Η προσαρμογή των παραμέτρων πραγματοποιήθηκε αξιοποιώντας την άμεση συσχέτιση των ηλεκτροχημικών φαινομένων που λαμβάνουν χώρα στο εσωτερικό της κυψέλης με την θερμική ανάλυση των ηλεκτρικών στοιχείων. Προκύπτουν έτσι διάφορα χρήσιμα διαγράμματα που αφορούν τόσο την χημική πλευρά του θέματος αλλά και την ηλεκτρική συμπεριφορά που ενδιαφέρει άμεσα τον Ηλεκτρολόγο Μηχανικό. Τέλος, αναπτύσσεται ένα μοντέλο στο Simulink, όπου στην έξοδο του fuel cell συνδέεται ένας μετατροπέας τύπου boost για τροφοδότηση του φορτίου και μελετάται η συμβολή του μετατροπέα αυτού στην απόκριση του συστήματος. Η βασική αρχή που διέπει την λειτουργία ενός μετατροπέα τύπου boost είναι η ιδιότητα της επαγωγής να αντιστέκεται στην μεταβολή του ρεύματος που την διαρρέει. Όταν φορτίζεται το πηνίο δρα σαν φορτίο που απορροφά ενέργεια, ενώ όταν εκφορτίζεται λειτουργεί σαν μια πηγή ενέργειας (σαν μια μπαταρία). Οι dc – dc boost μετατροπείς ρυθμίζουν την τάση εξόδου ώστε αυτή να είναι μεγαλύτερη της τάσης εισόδου. Χρησιμοποιείται ανατροφοδότηση ώστε να μεταβάλλεται κατάλληλα η παλμοδότηση των ημιαγωγικών μας στοιχείων και επομένως να αλλάζει συνεχώς ο λόγος κατάτμησης έτσι ώστε να έχουμε πάντα στην έξοδο του boost 80V. Η ύπαρξη ανατροφοδότησης είναι αναγκαία γιατί όπως μπορούμε να δούμε παρακάτω από τις κυματομορφές της εξόδου του fuel cell , η τάση δεν έχει κάποια σταθερή τιμή, αλλά αντιθέτως μεταβάλλεται συναρτήσει της φύσης και της τιμής του φορτίου. Έτσι, αν δεν γινόταν έλεγχος του λόγου κατάτμησης, η έξοδος του boost θα ακολουθούσε την έξοδο του fuel cell με τις ίδιες διακυμάνσεις και απλώς θα ήταν ενισχυμένη σε πλάτος κατά ένα ποσοστό. Η προσαρμογή των παραμέτρων του προτεινόμενου μοντέλου βασίστηκε στην ελαχιστοποίηση του σφάλματος μεταξύ πειραματικών δεδομένων και αποτελεσμάτων προσομοίωσης. Επιβεβαιώθηκε ότι το fuel cell του μοντέλου παρουσιάζει παρόμοια λειτουργία με αυτό της πειραματικής διάταξης και γίνονται φανερά τα πλεονεκτήματα από την τοποθέτηση ενός τέτοιου είδους μετατροπέα στην έξοδο της συστοιχίας. Όπως φαίνεται από τις καμπύλες που αναπαριστούν τον χρόνο της δυναμικής απόκρισης της κυψέλης καυσίμου τύπου PEM, αυτή κυμαίνεται μεταξύ μερικών εκατοντάδων millisecond (περίπου 0.5sec). Η καθυστέρηση αυτή που παρουσιάζεται στην δυναμική απόκριση της κυψέλης οφείλεται στο γεγονός ότι η αντλία του αέρα αδυνατεί να προσφέρει αρκετή ποσότητα αέρα ώστε να αντιδράσει με το απαιτούμενο υδρογόνο με άμεση συνέπεια στο εσωτερικό της κυψέλης (φαινόμενο διπλής ηλεκτροστιβάδας) και παρουσιάζεται στο ισοδύναμο ηλεκτρικό κύκλωμα με πυκνωτές μεγάλων τιμών (μερικών Farad). Η αδυναμία της κυψέλης να ανταπεξέλθει ακαριαία στις αλλαγές φορτίου, οφείλεται και στις απώλειες διάχυσης. Σε γενικές γραμμές όμως η συστοιχία των κυψελών καυσίμου μεμβράνης ανταλλαγής πρωτονίων που μελετήθηκε παρουσίασε καλή δυναμική συμπεριφορά πράγμα που δείχνει ότι τέτοιου είδους συστήματα αδιαμφισβήτητα αποτελούν μία υποσχόμενη τεχνολογία παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας και ενισχύει το επιχείρημα της χρησιμοποίησης κυψελών καυσίμου σε εφαρμογές ηλεκτροκίνησης Η μελλοντική ανάπτυξη τέτοιων συστημάτων που χρησιμοποιούν ως καύσιμο το υδρογόνο αναμένεται ραγδαία δεδομένου των ενεργειακών προβλημάτων που αντιμετωπίζει η παγκόσμια κοινότητα σήμερα. Πρόκειται για συστήματα τα οποία μπορούν να δώσουν ανεξαρτησία και φιλική προς το περιβάλλον ενέργεια. / The purpose of this essay is the study of fuel cells (an alternative source of energy) and especially PEM fuel cells. The mechanisms that cause voltage drop in addition to the thermodynamic laws are presented in order to describe the stack operation. Moreover, the individual systems that be needed for the supply of load and some important imformatiοns about the technology of hydrogen (production, storage, advantages, disadvantages of this against conventional fuels) due to the fact that this is the main fuel for these types of fuel cells. Fuel cells are expected to play an important role in the power generation field due to the virtue of the ones inherent clean, efficient and reliable function. The proton exchange membrane fuel cells is the one which draws more attention-compared to current technologies-due to its low operating temperature, ease of start-up and shot-down, and its robustness and solidity. These advantages make it a promising technology for alternative power supply on future vehicles. The current thesis focuses on the experimental data analysis of dynamic responses on a proton exchange membrane fuel cell (1.2kW). This analysis is followed by depicting and comparing the curves that are made out from the experimental procesure with those given by the data sheet. This system is also simulated with Matlab Tools. The several diagrams show many useful aspects about the chemical side of subject in addition to the electric behavior of the stack that concerns mostly the Electric Engineer. A valid model for Fuel Cell and a DC/DC converter that be connected in series is being simulated with simulink tools based on the NEXA 1.2kW operational data. The design of the PEM Fuel Cell is based on the parameters that have been used during the experimental procedure in order to compare the equivalent results. The key principle that drives the boost converter is the tendency of an inductor to resist changes in current. When being charged it acts as a load and absorbs energy (somewhat like a resistor), when being discharged, it acts as an energy source (somewhat like a battery). The main advantages of the boost converter are higher efficiency & reduced component count and it converts the unregulated voltage into desired regulated voltage by varying the duty cycle at high switching frequency lowering the size and cost of energy storage components. The selection of components like boost inductor value and capacitor value is very important to reduce the ripple generation for a given switching frequency. In general, the dynamic behaviour of PEM fuel cell that were presented is quite satisfactory and thats why such systems uncontradictable constitute a promising technology for electric energy production. The future development of hydrogen fuel cell systems for autonomous and interconnected electric power production is expected very high. These systems can produce clean and environmentally friendly energy. Renewable power sources are the most important solution to the global warming problem.