Σε αυτή τη διπλωματική εργασία διερευνούνται οι προδιαγραφές που πρέπει να ικανοποιούνται ώστε να είναι εφικτή η σύνδεση εγκαταστάσεων κατανεμημένης παραγωγής στα δίκτυα διανομής και η εφαρμογή τους σε ένα φωτοβολταϊκό σύστημα που συνδέεται στο δίκτυο χαμηλής τάσης. Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μια επισκόπηση της παρούσας κατάστασης στην ηλεκτρική ενέργεια και αναλύονται οι λόγοι που οδήγησαν στην ανάπτυξη της κατανεμημένης παραγωγής οι οποίοι συνοψίζονται στους περιορισμούς στην κατασκευή νέων γραμμών μεταφοράς, στην αυξημένη ζήτηση παροχής ηλεκτρικής ενέργειας υψηλής αξιοπιστίας, στην απελευθέρωση της αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας, στους προβληματισμούς για τις κλιματικές αλλαγές και στην εξάντληση των ορυκτών καυσίμων. Έπειτα αναλύεται ο ορισμός της κατανεμημένης παραγωγής σύμφωνα με τα διάφορα διεθνή ινστιτούτα ηλεκτρικής ενέργειας και αναπτύσσονται οι τεχνολογίες που περιλαμβάνει οι οποίες διαχωρίζονται σε τεχνολογίες φυσικού καυσίμου (fossil fuel technologies) και σε ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Στις πρώτες περιλαμβάνονται οι μηχανές εσωτερικής καύσης, οι αεριοστροβιλικοί σταθμοί, οι μικροστρόβιλοι ή μικροτουρμπίνες και οι σταθμοί συνδυασμένου κύκλου ενώ στις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας περιλαμβάνονται οι ανεμογεννήτριες, τα κύτταρα καυσίμου (fuel cells), οι φωτοβολταϊκές γεννήτριες, τα μικρά υδροηλεκτρικά και οι μονάδες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από βιομάζα και φυσικό αέριο. Η λειτουργία ενός ηλεκτρικού δικτύου ελέγχεται από συσκευές προστασίας και ρύθµισης της τάσης, που έχουν σκοπό την παροχή προς τους καταναλωτές ηλεκτρικής ενέργειας αποδεκτής ποιότητας, ελαχιστοποιώντας τον αριθµό των σφαλµάτων και προσφέροντας υψηλό επίπεδο ασφάλειας. Η σύνδεση στο δίκτυο µονάδων κατανεμημένης παραγωγής πρέπει να συµβαδίζει µε αυτές τις γενικές αρχές, ώστε αφενός µεν να µην προκαλούνται ενοχλήσεις στους λοιπούς καταναλωτές και αφετέρου να υπάρχει συµβατότητα µεταξύ του δικτύου διανοµής και των εγκαταστάσεων των παραγωγών. Στο δεύτερο κεφάλαιο αναφέρονται οι προϋποθέσεις που πρέπει να ισχύουν για τη σύνδεση και παράλληλη λειτουργία των εγκαταστάσεων παραγωγής µε τα δίκτυα διανοµής, καθώς και ο απαιτούµενος εξοπλισµός ζεύξης και προστασίας, µε στόχο την αποτελεσµατική αντιµετώπιση της πλειονότητας των περιπτώσεων. Οι τεχνικές προδιαγραφές που περιγράφονται αφορούν στη σύνδεση παραγωγών στο δίκτυο µέσης τάσης (ΜΤ) ή χαµηλής τάσης (ΧΤ). Βασικά κριτήρια και προϋποθέσεις που εξετάζονται προκειµένου να επιτραπεί η σύνδεση νέων εγκαταστάσεων παραγωγής είναι η επάρκεια του δικτύου (γραμμών, μετασχηματιστών κλπ.), η συµβολή στη στάθµη βραχυκύκλωσης, οι αργές µεταβολές της τάσης (µόνιµης κατάστασης), οι ταχείες µεταβολές της τάσης, οι εκποµπές flicker, οι εκπομπές αρμονικών, η διαµόρφωση των προστασιών της διασύνδεσης εγκαταστάσεων-δικτύου και η επίπτωση στη λειτουργία συστηµάτων Τηλεχειρισµού Ακουστικής Συχνότητας (ΤΑΣ). Τα κριτήρια και οι µέθοδοι εξέτασης που περιγράφονται στηρίζονται κατά κύριο λόγο στη σειρά προτύπων 61000 της IEC (International Electrotechnical Commission) και εξασφαλίζουν την ικανοποίηση των απαιτήσεων του ευρωπαϊκού προτύπου ΕΝ 50160 (πρότυπο ΕΛΟΤ ΕΝ 50160 και Οδηγία διανοµής 120 της ΔΕΗ Α.Ε.). Στο τρίτο κεφάλαιο πραγματοποιείται μια μελέτη εφαρμογής των παραπάνω προδιαγραφών σε ένα σύστημα που εξομοιώθηκε με χρήση του προγράμματος PSCAD. Το σύστημα αποτελείται από μια φωτοβολταϊκή συστοιχία μέγιστης ισχύος 4,8 kW, έναν μετατροπέα συνεχούς/εναλλασσόμενης τάσης ή αντιστροφέα (DC to AC converter) που λειτουργεί με τη μέθοδο PWM (Pulse Width Modulation ή διαμόρφωση εύρους παλμού), ένα σύστημα παρακολούθησης του σημείου μέγιστης ισχύος που αποδίδει η συστοιχία (MPPT Maximum Power Point Tracker), ένα μετασχηματιστή 150V/380V για την ανύψωση της τάσης στην έξοδο του αντιστροφέα στα επίπεδα τάσης του δικτύου, ένα δίκτυο χαμηλής τάσης και δύο φορτία RL. Εκτενής αναφορά γίνεται στις εκπομπές αρμονικών που παρουσιάζονται στο σύστημα στην έξοδο του αντιστροφέα. Αρχικά γίνεται μελέτη χωρίς φίλτρο LC στην έξοδο του αντιστροφέα και στη συνέχεια παρατηρούμε τον τρόπο με τον οποίο το φίλτρο LC επιδρά στη μείωση των αρμονικών σε επιτρεπτά πλαίσια. Τέλος διερευνούνται οι διακυμάνσεις τάσης του δικτύου κατά τη ζεύξη του φωτοβολταϊκού συστήματος με το δίκτυο, πραγματοποιείται μια μελέτη του συστήματος σε περίπτωση βραχυκυκλωμάτων και διερευνάται η επίπτωση σε συστήματα τηλεχειρισμού ακουστικής συχνότητας. / -

Οι κατασκευές των περισσοτέρων τεχνολογικών εφαρμογών υπόκεινται σε σύνθετες θερμικές καταπονήσεις. Παράλληλα, η επεξεργασία σύγχρονων υλικών συνήθως συνδέεται με ειδικές θερμικές κατεργασίες. Η πολυπλοκότητα στη γεωμετρία των κατασκευών αυτών σε συνδυασμό με τις απότομες μεταβολές της θερμοκρασίας και γενικότερα της επιβαλλόμενης θερμικής καταπόνησης, συχνά οδηγεί στη λύση της συνέχειας των υλικών μέσω της δημιουργίας ρωγμών η οποία μειώνει τα επίπεδα αξιοπιστίας και παράλληλα αυξάνει δραματικά το κόστος συντήρησης και παραγωγής τους. Οι θερμικές φορτίσεις των ρηγματωμένων κατασκευών οι οποίες συνδέονται σχεδόν πάντα με απορρόφηση θερμότητας και επομένως ταυτόχρονη διαστολή των υλικών, οδηγούν στο λεγόμενο «κλείσιμο» της ρωγμής κατά το οποίο οι επιφάνειες της ρωγμής έρχονται τμηματικά ή και εξολοκλήρου σε επαφή δηλαδή συμβάλλουν. Εξαιτίας της πολυπλοκότητας και της μη γραμμικής φύσης του προβλήματος της επαφής, o χαρακτηρισμός της θερμικής θραύσης, υπό την παρουσία φαινομένων συμβολής των επιφανειών της, δεν έχει διερευνηθεί διεξοδικά στη βιβλιογραφία. Η επικρατούσα παραδοχή, ότι δηλαδή η ρωγμή παραμένει εντελώς ανοιχτή κατά τη θερμική φόρτιση, οδηγεί σε εσφαλμένα αποτελέσματα και επομένως δεν έχει πρακτική αξία στον κατασκευαστικό σχεδιασμό. Για το λόγο αυτό, η ανάπτυξη ενός αξιόπιστου και οικονομικού από απόψεως υπολογιστικής ισχύος αριθμητικού εργαλείου για την αντιμετώπιση τέτοιων προβλημάτων είναι αναγκαία. Η αριθμητική προσομοίωση και ο χαρακτηρισμός, μέσω της μεθόδου των συνοριακών στοιχείων, της θερμικής θραύσης η οποία επηρεάζεται από το φαινόμενο της επαφής των επιφανειών της ρωγμής είναι ο σκοπός της παρούσας διατριβής. / The structures of most technological applications are subject to complicate thermal loadings. Additionally, the processing of modern materials is usually related with special thermal treatments. The complex geometry of these structures in combination with the rabid changes of the temperature and generally with the imposed thermal load, often leads to the dissolution of continuity of the materials via the creation of cracks, fact that decreases the reliability standards and simultaneously increases dramatically the maintenance and manufacturing cost. The thermal loadings of the cracked structures which are associated with heat absorption and consequently simultaneous dilation of materials, lead to the well known crack closure phenomenon in which the surfaces of the crack come partially or even entirely into contact i.e. they interfering. Due to the complexity and non linear nature of the contact problem, the fracture characterization under crack closure phenomena has not been investigated thoroughly in the literature. The prevalent assumption, that the crack remains completely open during thermal loading, leads to inaccurate results and thus is not of practical importance in structural design. Therefore, the development of a reliable numerical tool offering low computational cost is required for the treatment of such problems. The numerical simulation and characterization, through the boundary element method, of thermal fracture that is influenced by crack closure phenomenon is the aim of the present thesis.

Οι περιοχές συγκέντρωσης τάσης ή/και παραμόρφωσης στα σύνθετα υλικά, όπως και στα συμβατικά -μεταλλικά- υλικά, αποτελούν σημαντικά στοιχεία στο σχεδιασμό τμημάτων δομών και ολόκληρων κατασκευών. Ειδικότερα η μέθοδος σχεδιασμού με ανοχή στη βλάβη, η οποία έχει επικρατήσει, καθιστά την κατανόηση και μελέτη της συμπεριφοράς των περιοχών αυτών εκ των ων ουκ άνευ. Στο παρόν, γίνεται μια προσπάθεια για την καλύτερη κατανόηση της συμπεριφοράς των σύνθετων υλικών, όταν εμπεριέχουν περιοχές συγκέντρωσης τάσης. / Stress concentration or strain magnification locations on composite materials, similar to conventional-metallic materials, are a very important case in designing structural elements or structures in general. Damage tolerance design, particularly, which has become a dominant design method, makes the study and understanding of the behaviour of these locations necessary. In the present, an effort is presented for the better understanding of the composite materials behaviour in the presence of stress concentration locations.

Η παρούσα διπλωματική εργασία έχει ως στόχο την αντιμετώπιση των ηλεκτρομηχανικών ταλαντώσεων οι οποίες εμφανίζονται σε μία σύγχρονη γεννήτρια παραγωγής Ηλεκτρικής Ενέργειας μετά από διαταραχές. Ο συμβατικός έλεγχος για τη διατήρηση της μηχανής σε συγχρονισμό μετά από ξαφνικές αλλαγές φορτίου, βραχυκυκλωμάτων, κλείσιμο διακοπτών ή οποιασδήποτε κατάστασης που μπορεί να προκαλέσει αστάθεια στο Σύστημα της Ηλεκτρικής Ενέργειας, γίνεται με χρήση ελεγκτικών διατάξεων Σταθεροποιητών Συστημάτων Ισχύος σε συνδυασμό με τον Αυτόματο Ρυθμιστή Τάσης (ΑΡΤ/ΣΣΙ). Σκοπός της εργασίας αυτής είναι να σχεδιαστούν και να ρυθμιστούν κατάλληλα οι διατάξεις αυτές, ώστε να εξασφαλίζεται η απόσβεση των ηλεκτρομηχανικών ταλαντώσεων που εμφανίζονται ανάμεσα στην γεννήτρια και το υπόλοιπο σύστημα. Στην εργασία αυτή, αρχικά γίνεται μια εισαγωγή στα είδη των ηλεκτρομηχανικών ταλαντώσεων και την ευστάθεια για δυναμικά Συστήματα Ηλεκτρικής Ενέργειας. Στη συνέχεια αναπτύσσεται το δυναμικό μοντέλο ενός απλού συστήματος μιας γεννήτριας άπειρου ζυγού βασισμένο στο απλοποιημένο μοντέλο 4ης τάξης της σύγχρονης μηχανής. Επειδή το μοντέλο αυτό είναι μη γραμμικό προχωράμε στην εξαγωγή του γραμμικοποιημένου μοντέλου που θα μας βοηθήσει για τον σχεδιασμό του κατάλληλου ελεγκτή. Αξιοποιώντας ιδιότητες του μοντέλου παρουσιάζεται μια συστηματική μέθοδος σχεδίασης του Σταθεροποιητή Συστήματος Ισχύος που είναι βασισμένη στη λογική των ολοκληρωτικών υπολοίπων. Τέλος με τη βοήθεια του λογισμικού SIMULINK του MATLAB προσομοιώνεται το σύστημα σύγχρονης γεννήτριας συνδεδεμένης σε άπειρο ζυγό, που ελέγχεται με την χρήση του Αυτόματου Ρυθμιστή Τάσης και του Σταθεροποιητή Συστήματος Ισχύος σε κατάσταση τυπικής φόρτισης. Εφαρμόζοντας διαταραχές στο σύστημα παρατηρείται η απόκριση του συστήματος και εκτιμάται η λειτουργία του ελεγκτή. / This thesis aims to address the electromechanical oscillations which appear in a synchronous generator after disturbances. The conventional control for maintaining the machine synchronized after sudden load changes, short circuits, switching or any condition which may cause instability phenomena, is achieved by the use of control circuits such as Power System Stabilizers combined with the Automatic Voltage Regulator ( PSS / AVR). The purpose of this work is to design and configure properly these control circuits to ensure the reduction of electromechanical oscillations that occur between the generator and the rest of the system. In the beginning this thesis, an introduction of the types of power system electromechanical oscillations and stability is being discussed. Afterwards, the dynamic model of a simple system of a generator infinite-bus based on simplified 4th order of synchronous machine is being developed. Due to the model nonlinearities, we export the linearized model which helps us to design a suitable controller. Taking into account the model properties, we provide a systematic method for designing a Power System Stabilizer based on the residues method. Finally, using the MATLAB-SIMULINK software, the synchronous generator infinite-bus system is simulated which is controlled by an Automatic Voltage Regulator and a Power System Stabilizer. After applying disturbances, the system response is driven and analyzed along with the controller functioning.

Είναι γνωστό ότι τα κυκλώματα των τελεστικών ενισχυτών (Op-Amps) είναι από τις βασικότερες δομικές βαθμίδες στον χώρο της σχεδίασης αναλογικών ολοκληρωμένων κυκλωμάτων. Μια εναλλακτική δομή του τελεστικού ενισχυτή αποτελεί το κύκλωμα ενός Current Feedback Operational Amplifier (CFOA). Ένας CFOA είναι ουσιαστικά ένας μεταφορέας ρεύματος (Current Conveyor-CCII) σε σειρά με έναν ακολουθητή τάσης (Voltage Follower), και είναι ιδιαιτέρως χρήσιμος κατά την σχεδίαση κυκλωμάτων χαμηλής τάσης τροφοδοσίας. Στην εργασία αυτή μελετήθηκαν τέσσερις δομές CFOA, σχεδιασμένες για λειτουργία με χαμηλή τάση τροφοδοσίας, και χρησιμοποιήθηκαν για τον σχεδιασμό φίλτρων με τις μεθόδους Leapfrog, τοπολογικής εξομοίωσης και κυματική. Στο πρώτο κεφάλαιο αναφέρονται οι γενικές αρχές που ισχύουν στην σχεδίαση κυκλωμάτων για λειτουργία με χαμηλή τάση τροφοδοσίας καθώς και τις πιο συχνά χρησιμοποιούμενες τεχνικές σχεδίασης. Στο δεύτερο κεφάλαιο μελετώνται αναλυτικά οι τέσσερις δομές CFOA συγκρίνοντας τους βασικότερους παράγοντες απόδοσής τους. Τα κυκλώματα των CFOA που μελετώνται βασίζονται σε πρόσφατα δημοσιευμένες δομές Current Conveyor (CCII). Στο τρίτο κεφάλαιο αναλύεται η μέθοδος σχεδίασης φίλτρων Leapfrog, και χρησιμοποιείται για την σχεδίαση ενός Butterworth φίλτρου 3ης τάξης. Ως δομική βαθμίδα για την σχεδίαση αυτού του φίλτρου χρησιμοποείται ο CFOA [2]. Το τρίτο κεφάλαιο ολοκληρώνεται με την παρουσίαση των βασικότερων παραγώντων απόδοσης. Στο τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζεται η τοπολογική μέθοδος σχεδίασης φίλτρων, στην οποία γίνεται τοπολογική αντικατάσταση πηνίου, σε παθητικό φίλτρο, από ισοδύναμο κύκλωμα με ενεργά στοιχεία. Και στην περίπτωση αυτή η δομική μονάδα σχεδιασμού είναι ο CFOA [2]. Στο πέμπτο κεφάλαιο παρουσιάζεται η σχεδίαση ενός Butterworth φίλτρου 3ης τάξης με την κυματική μέθοδο. Η σχεδίαση πραγματοποιήθηκε χρησιμοποιώντας ως δομική βαθμίδα τον CFOA [1]. Στο έκτο κεφάλαιο παρουσιάζεται η φυσική σχεδίαση (layout) του Butterworth φίλτρου 3ης τάξης που σχεδιάστηκε με την leapfrog μέθοδο στο τρίτο κεφάλαιο. Η φυσική σχεδίαση πραγματοποιήθηκε με την χρήση του λογισμικού Cadence και του περιβάλλοντος Virtuoso που περιλαμβάνει για την φυσική σχεδίαση αναλογικών ηλεκτρονικών κυκλωμάτων . Τέλος στο έβδομο κεφάλαιο γίνεται σύγκριση των αποτελεσμάτων εξομοίωσης των δομών CFOA’s αλλά και των αποτελεσμάτων εξομοίωσης των φίλτρων που σχεδιάστηκαν στα παραπάνω κεφάλαια . Επίσης παρουσιάζονται κάποιες προτάσεις για μελλοντική και περαιτέρω έρευνα. / Operational amplifier is one of most important analog building block. An alternative structure for operational amplifier is a Current Feedback Operational Amplifier (CFOA). A CFOA is essentially consists of a current conveyor (CCII) connecting with a Voltage Follower (VF). The usage of CFOA for the low-voltage analog IC design is quite useful. In this work four different CFOA structures, designed for low-voltage operation, were considered. Also the aforementioned CFOAs were used to build a butterworth filter with Leapfrog method, topological simulation method and wave method. In first chapter the basic design rules and the most common design techniques for low-voltage IC design is presented. In chapter 2 the four structures of CFOAs circuits were considered, under the light of comparison of most critical factors of operation. The CFOAs circuits were based in most resent published topologies of Current Conveyor (CCII). In chapter 3 the Leapfrog method for filters design was discussed. Also a 3rd order butterworth filter is designed based on this method. The CFOA of ref [2] is the main building lock to construct this filter. In chapter 4 another method for filter design is presented named topological simulation method. According to this method passive elements such as inductors and capacitors are replaced by active elements. The main building block is also CFOA of ref [2]. In Chapter 5 a 3rd order butterworth filter based on wave method is designed. In this case the main building block was the CFOA circuit of ref [1]. Chapter 6 presents the layout of the 3rd order butterworth filter which designed at chapter 3 with leapfrog method. The layout design was implemented using Virtuoso environment of Cadence design framework II platform. Chapter 7 conclude this work presenting the simulated comparison results for all four CFOAs circuits and the 3rd order butterworth filters that were designed with the three different methods. Some thoughts for further research in the this subject are also presented.

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται τη μελέτη μίας διάταξης ανεμογεννήτριας 1kW με σύγχρονη μηχανή μόνιμων μαγνητών και με ανορθωτική γέφυρα διόδων στην έξοδό της καθώς και τη διασύνδεση αυτής με το εναλλασσόμενο δίκτυο χαμηλής τάσης. Επιπρόσθετα πραγματεύεται την κατασκευή του μονοφασικού αντιστροφέα που ενσωματώνεται στην εν λόγω τοπολογία. Η εργασία αυτή εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών. Απώτερος σκοπός της εργασίας είναι η συνολική κατασκευή μίας διάταξης δύο βαθμίδων για τη διασύνδεση της ανεμογεννήτριας με το δίκτυο χαμηλής τάσης. Οι διατάξεις αυτές περιλαμβάνουν μια πρώτη βαθμίδα ανύψωσης της τάσης της ανεμογεννήτριας και μια δεύτερη βαθμίδα που μετατρέπει τη συνεχή τάση σε εναλλασσόμενη (αντιστροφέας) και παράγει ρεύμα συμφασικό με την τάση του δικτύου (μοναδιαίος συντελεστής ισχύος). Αρχικά παραθέτουμε και συγκρίνουμε τις τεχνολογίες διασύνδεσης ανεμογεννητριών στο δίκτυο χαμηλής, μέσης και υψηλής τάσης στοχεύοντας στο να δοθεί στον αναγνώστη μια σφαιρική άποψη του υπό μελέτη θέματος. Στη συνέχεια παραθέτουμε μια βήμα προς βήμα θεωρητική ανάλυση όλων των εμπλεκομένων μονάδων της τοπολογίας. Πιο συγκεκριμένα πέραν της ανάλυσης της ανεμογεννήτριας, παραθέτουμε στοιχεία για τον μετατροπέα ανύψωσης τάσης, ο οποίος κατασκευάστηκε στα πλαίσια της διπλωματικής εργασίας του συναδέλφου Κ.Περάκη, καθώς και μελετούμε τον μονοφασικό αντιστροφέα. Επιπρόσθετα, μελετούμε τη μέθοδο παλμοδότησης του μονοφασικού αντιστροφέα, που είναι γνωστή υπό τον όρο “Ημιτονοειδής Διαμόρφωση του Εύρους Παλμών” (SPWM) τόσο με μονοπολική όσο και με διπολική τάση εξόδου. Επόμενο βήμα αποτέλεσε η διαστασιολόγηση ολόκληρου του υπό μελέτη συστήματος και η μετέπειτα προσομοίωση του μονοφασικού αντιστροφέα. Τέλος αναλύουμε τα τεχνικά χαρακτηριστικά του αντιστροφέα που κατασκευάστηκε, καθώς και των κυκλωμάτων από τα οποία αποτελείται και περιγράφουμε τη διαδικασία παραγωγής του κώδικα προγραμματισμού του μικροελεγκτή καθώς και των τεχνικών που χρησιμοποιήσαμε για τη ρύθμιση των παλμών. Παράλληλα παραθέτουμε παλμογραφήματα και μετρήσεις που προέκυψαν από τα πειράματα που διενεργήσαμε μετά την ολοκλήρωση της κατασκευής σε εργαστηριακό περιβάλλον / -

Στην παρούσα διπλωματική εργασία διερευνώνται οι προδιαγραφές για την εγκατάσταση και τη διασύνδεση με το δίκτυο διανομής ενός οικιακού φωτοβολταϊκού συστήματος. Ο όρος «οικιακό» αναφέρεται σε φωτοβολταϊκά συστήματα μικρής ισχύος, έως 10 kWp, τα οποία τοποθετούνται πάνω σε κτίρια ή ενσωματώνονται σε αυτά ενώ παρέχουν ηλεκτρική ενέργεια στο δίκτυο μέσω της ίδιας παροχής του κτιρίου. Τα οικιακά φωτοβολταϊκά παρουσιάζουν πολλά πλεονεκτήματα ώστε να αποτελέσουν πόλο έλξης για τους μελλοντικούς παραγωγούς όπως θερμική μόνωση, ηχομόνωση, ηλιο-προστασία, δεν απαιτούν επιπλέον χώρο για την εγκατάσταση τους, συνεισφέρουν στην κάλυψη του φορτίου αιχμής, δε περιλαμβάνουν κινητά μέρη, προσφέρουν έναν ελκυστικό σχεδιασμό κτιρίου και αντικαθιστούν συμβατικά κατασκευαστικά υλικά. Στο πρώτο κεφάλαιο παρουσιάζεται μια θεωρητική ανασκόπηση της φύσης της ηλιακής ακτινοβολίας. Στο δεύτερο κεφάλαιο γίνεται μια περιγραφή του ηλιακού κυττάρου, των φωτοβολταϊκών πλαισίων και των αρχών λειτουργίας τους, καθώς και παρουσιάζονται τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά τους και οι παράγοντες που τα επηρεάζουν. Εν συνεχεία, στο τρίτο κεφάλαιο μπορούμε να δούμε τα κριτήρια με τα οποία επιλέγεται ο τόπος και ο τρόπος εγκατάστασης ενός φωτοβολταϊκού συστήματος, και παρουσιάζονται οι αρχές σχεδιασμού του συστήματος ξεκινώντας από την επιλογή του αντιστροφέα μέχρι τα μέσα προστασίας και την καλωδίωση. Στο τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζονται οι απαιτήσεις που πρέπει να τηρούνται ώστε να καθίσταται εφικτή η διασύνδεση με το δίκτυο ΧΤ μιας εγκατάστασης παραγωγής ενέργειας. Επιπλέον, εξετάζονται τα κριτήρια τήρησης των ανωτέρω απαιτήσεων, όπως η επάρκεια του δικτύου, η διαμόρφωση των προστασιών της διασύνδεσης, οι μεταβολές της τάσης, το φαινόμενο flicker, η έγχυση αρμονικών, η νησιδοποίηση και οι επιπτώσεις στα συστήματα Τηλεχειρισμών Ακουστικής Συχνότητας. Εν τέλει, στο πέμπτο κεφάλαιο πραγματοποιούνται προσομοιώσεις για την μελέτη των παραπάνω προδιαγραφών σε δύο διατάξεις που εξομοιώθηκαν με το πρόγραμμα PSCAD. Η μια διάταξη περιλαμβάνει μια φωτοβολταϊκή συστοιχία ισχύος 9.6 kWp, έναν μετατροπέα υποβιβασμού τάσης ο οποίος κάνει την ανίχνευση του σημείου μεγίστης ισχύος, έναν τριφασικό αντιστροφέα με παλμοδότηση SPWM, το φίλτρο LC για τη μείωση του αρμονικού περιεχομένου, έναν μετασχηματιστή απομόνωσης και ανύψωσης τάσης 150V/400V, το δίκτυο ΧΤ και το οικιακό φορτίο. Η δεύτερη διάταξη διαφοροποιείται από την πρώτη στο ότι δεν περιλαμβάνει μετατροπέα υποβιβασμού τάσης, έτσι ο αντιστροφέας αναλαμβάνει την ανίχνευση του σημείου μεγίστης ισχύος. Αρχικά παρουσιάζεται η απόκριση των συστημάτων σε κανονικές συνθήκες λειτουργίας και μέση φόρτιση, ενώ εξετάζεται και η επίδραση των τιμών των ελεγκτών στην απόκριση τους. Στη συνέχεια, γίνεται η μελέτη αρμονικών και η διερεύνηση της επίδρασης της ακτινοβολίας στους συντελεστές ολικής αρμονικής παραμόρφωσης ρεύματος και τάσης, και στο συντελεστή ισχύος. Έπειτα εξετάζεται η απόκριση των συστημάτων σε απότομες μεταβολές της ακτινοβολίας και του φορτίου. Τέλος διερευνώνται οι διακυμάνσεις της τάσης που εμφανίζονται σε οριακές καταστάσεις λειτουργίας του φωτοβολταϊκού και φόρτισης του δικτύου ενώ εξετάζονται και οι επιπτώσεις στα συστήματα Τηλεχειρισμών Ακουστικής Συχνότητας. / The aim of the present thesis is the study of the installation and grid-interconnection requirements and specifications of a domestic photovoltaic system. The term “domestic” refers to low power photovoltaic systems (up to 10 kWp), installed or integrated into buildings while providing electric power to the grid through the buildings main power connection. Domestic photovoltaic systems have a number of advantages, such as thermal / sound insulation, solar protection, they do not require extra space in order to be installed, they can contribute in the case of high power demand, they do not require any moving parts, they can prove attractive in terms of building design and even eventually substitute conventional building materials. These advantages are bound to put them in the center of electric power producers’ attention in the immediate future. In the first chapter a theoretic overview of the nature of solar radiation is presented. In the second chapter, photovoltaic cells and panels as well as their function and electrical properties are briefly analyzed. In the third chapter, the criteria of the photovoltaic system’s installation location and method – from the selection of a proper inverter to the system’s electrical protection equipment and wiring. In the fourth chapter the requirements that must be met in order to establish a connection with the power distribution grid are being presented. The relevant criteria such as: a) power grid adequacy, b) proper design and configuration of the grid connection protection equipment, c) voltage variations, d) flickering, e) voltage/current harmonics, f) islanding, and g) effects on 175Hz remote-operation systems are being studied. Finally, in the fifth chapter, PSCAD-realized simulations with two configurations are presented. The first configuration consists of a 9.6kWp photovoltaic array, a dc-to-dc buck converter which implements a maximum-power-point-tracking algorithm, a SPWM-pulsed three-phase inverter, a LC harmonic filter, an isolating 150V/400Vvoltage transformer, the low-voltage grid and a domestic electric load. The second configuration does not include a buck converter and thus, the maximum-power-point-tracking algorithm is implemented on the inverter. The systems’ response in normal operating conditions and with a medium load as well as the effect of different controller gains in the aforementioned response are initially presented. Afterwards, the system’s voltage/current harmonics and the effect of solar radiation in the Total Harmonic Distortion and Power factors are being studied. In continuation the system’s response in rapid change of solar irradiance / electrical load is presented. Finally, voltage variations which appear in boundary operating conditions of the grid and photovoltaic system, as well as the impact on 175Hz remote-operation systems are studied.

Η διδακτορική μου διατριβή εστιάζει στη λειτουργική ανάλυση του μοριακού μηχανισμού λειτουργίας της ιντεγκρινο-συνδεόμενης κινάσης (ILK) κατά την ανάπτυξη στη Drosophila. Έγινε διερεύνηση: α) της λειτουργικής συντήρησης της ILK κατά την εξέλιξη, β) του πιθανού ρόλου συγκεκριμένων αμινοξικών μοτίβων στον κυτταρικό εντοπισμό και τη λειτουργία της πρωτεΐνης και γ) των λειτουργικών ιδιοτήτων της ILK όταν είναι ομοιοπολικά συζευγμένη στην πλασματική μεμβράνη. Παράλληλα, αναζητήσαμε νέους λειτουργικούς ρόλους της ILK κατά την ανάπτυξη: α) σε άλλους ιστούς εκτός από το μυϊκό σύστημα και β) στην ωογένεση. Η ILK στο επίπεδο της αμινοξικής αλληλουχίας παρουσιάζει 60% ταυτότητα και 75% ομολογία με την αντίστοιχη πρωτεΐνη των θηλαστικών. Με βάση αυτή την ομολογία, ελέγξαμε την πιθανή φυλογενετική συντήρηση της λειτουργίας της ILK. Για το σκοπό αυτό κατασκευάστηκαν διαγονιδιακά στελέχη που περιείχαν την κωδική περιοχή της ILK του ανθρώπου (hILK) και του ποντικού (mILK) αντίστοιχα. Η ILK του ποντικού και του ανθρώπου ακολουθεί παραπλήσιο πρότυπο υποκυτταρικής κατανομής με την ενδογενή πρωτεΐνη στα μυϊκά κύτταρα Drosophila. Οι δυο ετερόλογες πρωτεΐνες υποκαθιστούν τη λειτουργία της ILK στη Drosophila. Ωστόσο, η ILK του ανθρώπου παρουσιάζει μειωμένη δυνατότητα πρόσδεσης με την parvin της Drosophila. Προκειμένου να διερευνήσουμε το μοριακό μηχανισμό ρύθμισης και δράσης της ILK κατά την ανάπτυξη, ελέγξαμε εάν η φωσφορυλίωση των αμινοξέων S176 και T180 υπεισέρχεται στη ρύθμιση της λειτουργίας της ILK. Σε πειράματα κυτταρικών σειρών έχει δειχθεί ότι στις θέσεις αυτές η φωσφορυλίωση ελέγχει την υποκυτταρική κατανομή της πρωτεΐνης στον πυρήνα. Ωστόσο, αποδείξαμε ότι η πιθανή φωσφορυλίωση στις ισχυρά συντηρημένες θέσεις S176 και T180 δεν είναι απαραίτητη για τον εντοπισμό της ILK στις μυοτενοντικές συνδέσεις και τη λειτουργία της ILK. Ένα άλλο αμινοξικό κατάλοιπο που είναι απαραίτητο για τον εντοπισμό της ILK στις εστιακές θέσεις προσκόλλησης είναι το F436, το οποίο εδράζεται στην τελευταία α έλικα του καρβοξυτελικού λοβού της περιοχής κινάσης. Ο υποκυτταρικός εντοπισμός της ILK και η λειτουργία της δεν επηρεάζονται από τη σημειακή μεταλλαγή F436Α σε αντίθεση με πειράματα σε κυτταρικά μοντέλα. Η σημειακή μεταλλαγή F436A αποδυναμώνει την ικανότητα αλληλεπίδρασης της ILK με την parvin. Εξετάσαμε αν η μεμβρανοδεσμευόμενη ILK μέσω παλμυτυλίωσης ή φαρνεσυλίωσης μπορεί να υποκαταστήσει την απουσία της ενδογενούς, καθώς και εάν μπορεί να προσελκύσει πρωτεΐνες του συνδεοσώματος ανεξάρτητα των ιντεγκρινών. Κατασκευάστηκαν δυο εναλλακτικές μορφές μεμβρανοδεσμευμένης ILK, οι GAP-ILK-GFP και ILK-GFP-HRAS εντοπίζονται με επιτυχία σταθερά στην πλασματική μεμβράνη των εμβρυϊκών μυϊκών κυττάρων. Επίσης, οι GAP-ILK-GFP και ILK-GFP-HRAS υποκαθιστούν πλήρως την ενδογενή ILK σε όλα τα αναπτυξιακά στάδια της ζωής της μύγας. Τέλος, η GAP-ILK-GFP συγκεντρώνει στις ΜΤΣ τα άλλα δυο μέλη του IPP συμπλόκου αλλά και την talin στις ΜΤΣ εμβρύων τελικού σταδίου τόσο αγρίου τύπου όσο και ομοζυγώτων για aPS2. Παράλληλα, μελετήσαμε , τόσο σε γενετικό όσο και σε μοριακό επίπεδο, το ρόλο της ILK στη μορφογένεση του ωοθυλακίου, την οργάνωση και ομοιόσταση του θυλακώδους επιθηλίου κατά τη διάρκεια της ωογένεσης στη Drosophila. Αποσιωπήσαμε την ilk κατασκευάζοντας γενετικά μωσαϊκά αλλά και ιστοειδικά διασωσμένα άτομα. Παρατηρήσαμε ότι η ILK είναι απαραίτητη για τη διαδικασία της ωογένεσης στη μύγα. Η απουσία της ILK προκαλεί διαταραχές στο σχηματισμό των διαθυλιακών μίσχων και ανωμαλία στο διαχωρισμό των νεοσχηματιζόμενων διαδοχικών ωοθυλακίων (σιαμαία ωοθυλάκια). Επίσης, τα πειράματά μας αποκάλυψαν ότι η ILK είναι απαραίτητη για την οργάνωση των ινιδίων ακτίνης κατά τα τελευταία στάδια της ωογένεσης και για την ομοιόσταση του κυτταροσκελετού ακτίνης κατά τον ακραιο-βασικό άξονα του κυττάρου. Ακόμη, η ILK είναι απαραίτητη για την οργάνωση και διατήρηση των βασο-πλευρικών κυτταρικών συνδέσεων στα θυλακιοκύτταρα, αλλά όχι των συνδέσεων ζώνης. Η απουσία της ILK διαταράσσει τον εντοπισμό των ιντεγκρινών στα άκρα των ινιδίων τάσης της ακτίνης στα θυλακιοκύτταρα των τελευταίων σταδίων. Επιπλέον, η ILK συμμετέχει στη ρύθμιση της δυναμικής της F-ακτίνης μειορρυθμίζοντας το Dia και αυξορρυθμίζοντας την profilin. H ILK εμπλέκεται στον έλεγχο της συσταλτότητας των ινιδίων ακτο-μυοσίνης στα θυλακιοκύτταρα των τελευταίων σταδίων, πιθανότατα μέσω της διαταραχής στον υποκυτταρικό εντοπισμό του RhoI, καθώς και μέσω της εκτοπικής συσσώρευσης της μυοσίνης (zipper). Τέλος, η ilk αλληλεπιδρά γενετικά με τη dpak στο επιθήλιο του ωοθυλακίου. Η ΙLK επηρεάζει τον εντοπισμό της dPAK στα θυλακιοκύτταρα τελευταίων σταδίων. Επίσης, η dPAK είναι απαραίτητη για τον εντοπισμό των ιντεγκρινών και της ILK στα άκρα των ινιδίων τάσης της ακτίνης. Ενώ, η απουσία της dpak, όπως και της ilk, διαταράσσoυν την οργάνωση και των ινιδίων τάσης της ακτίνης σε θυλακιοκύτταρα τελευταίων σταδίων. / My thesis is focused on the functional analysis of the molecular mechanism of the integrin-linked kinase (ILK) during development in Drosophila. We studied: a) the functional conservation of ILK in evolution, b) the possible role of specific amino acid motifs in the subcellular localization and function of ILK and c) the functional properties of ILK, when covalently bound to the plasma membrane. Furthermore, we sought new functional roles for ILK during development: a) in other tissues besides muscle system and b) in oogenesis. ILK protein sequence shares 60% identity and 75% similarity with the mammalian ILK. Based on these data, we tested the possible phylogenetic conservation of ILK function. For this purpose, we generated transgenic lines carrying the coding sequence of either human ILK (hILK) or mouse ILK (mILK). The mammalian ILK has localizes similarly to the endogenous protein, in the muscle cells of Drosophila. Both mammalian proteins can substitute for the ILK function in Drosophila. However, human ILK binds to Dparvin with reduced affinity compared to the fly ILK. In order to investigate the molecular mechanism through which ILK regulates and acts during development, we tested whether the phosphorylation on the amino acids S176 and T180 contributes to the regulation of ILK function. It has been shown, in cell culture models, that the phosphorylation on these sites controls the subcellular localization of the protein in the nucleus. However, we proved that the possible pgoshorylation of these highly conserved residues is dispensable for the ILK localization at the muscle attachment sites (MAS) as well as for the function of ILK. Another residue which is necessary to localise ILK at the focal adhesion sites is F436. It is located on the last a helix of the carboxyl-terminal lobe of the kinase-like domain. The subcellular localization and the ILK function are unaffected by the point mutation F436A, in contrast to the experimental data on cell culture models. The point mutation F436A affects the ability of ILK to bind to parvin. We examined, whether membrane-bound ILK, through palmytoylation or farnesylation, is able to substitute the absence of the endogenous ILK, if ii can recruit proteins of the adhesome, independently of integrins. We generated two alternative forms of membrane-bound ILK, GAP-ILK-GFP and ILK-GFP-HRAS, which both localize successfully at the plasma membrane of the embryonic muscle cells. Also, GAP-ILK-GFP and ILK-GFP-HRAS can substitute for the endogenous ILK throughout development. Moreover, GAP-ILK-GFP is able to recruit both PINCH and Parvin, as well as talin at the MAS, in both wild type and aPS2 mutant embryonic muscle cells. Furthermore, we studied, in genetic molecular level, the role of ILK in the morphogenesis of the egg chambers, the organization and the homeostasis during oogenesis in Drosophila. We used two experimental approaches in order to silence ilk: a) we generated genetic mosaics for ilk and b) we used conditionally rescued ilk-/- flies. We observed that ILK is indispensable for the process of oogenesis in the fly. Loss of ILK disrupts the stalk cell formation and the separation of the successive newly formed egg chambers (twin egg chambers). Also, our experiments revealed that ILK is essential for the organization of the actin stress fibers at the late developmental stages of oogenesis and for the homeostasis of the actin cytoskeleton along apico-basal axis of the cell. ILK is indispensable for the organization and the maintenance of the baso-lateral cell junctions in the follicle cells, but not for the adherens junctions. Loss of ILK disrupts the localization of integrins at the tips of the actin stress fibers of the follicle cells at late developmental stages. Moreover, ILK participates in the regulation of the F-actin dynamics by down-regulating Dia and up-regulating profilin. ILK is involved in the control of the contractility of the acto-myosin fibers in the follicle cells at late developmental stages, probably by affecting the subcellular localization of Rho1, and causing ectopic accumulation of myosin (zipper). Finally, ilk interacts genetically with dpak in the follicular epithelium. ILK affects dPAK localization in the follicle cells at late developmental stages. Furthermore, dPAK is essential for the localization of both integrins and ILK at the tips of actin stress fibers. Loss of dpak, similarly to ilk, disrupts the organization of actin stress fibers in follicle cells at late developmental stages.

Ο σκοπός αυτής της διπλωματικής εργασίας ήταν η μελέτη και η καταγραφή των σφαλμάτων που έχουν προκληθεί από ποικίλες αιτίες στο Δίκτυο Διανομής (Μέση Τάση) της Ηλεκτρικής Ενέργειας της νήσου Κρήτης και πιο συγκεκριμένα στο εναέριο δίκτυο αυτού. Για την κατανόηση όμως του λόγου που οι εν λόγω αιτίες οδήγησαν σε σφάλματα, αλλά και για να έχουμε μια πιο πλήρη εικόνα επί του αντικειμένου, έπρεπε αρχικά να γίνει μια συνοπτική παρουσίαση ενός τυπικού συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας, αφού πρώτα αναλυθεί στα επιμέρους τμήματά του. Εν συνεχεία αναλύουμε λεπτομερώς την διαμόρφωση των δικτύων διανομής και τον βασικό εξοπλισμό από τον οποίο αποτελείται. Ακολούθως μελετούμε τα εναέρια δίκτυα διανομής μέσης τάσης παρουσιάζοντας πλήρως όλα τα στοιχεία που συμβάλλουν στην ομαλή διανομή της ηλεκτρικής ενέργειας στον καταναλωτή. Στο επόμενο βήμα παρουσιάζουμε την IEEE οδηγία για τη συμπεριφορά έναντι κεραυνών των εναέριων γραμμών διανομής ηλεκτρικής ενέργειας, μιας και οι επικρατούντες κλιματολογικές - περιβαλλοντολογικές συνθήκες είναι από τις βασικές αιτίες πρόκλησης σφαλμάτων στα εναέρια δίκτυα. Τέλος, παρουσιάζουμε τα σφάλματα που έχουν καταγραφεί στα ημερήσια δελτία σημαντικών μη προγραμματισμένων διακοπών της νήσου Κρήτης για τα έτη από το 2005 έως το 2009. / The aim of this diploma thesis was the examination and comprehension of the aerial distribution networks of electrical power. In the beginning we briefly analyzed the electric power systems (power stations, transmission networks, distribution networks). After that we thoroughly examined the configuration of the distribution networks with the observation of the ways the networks are planned and their equipment, which is used for their protection and for the connection between them. Afterwards we examined the aerial distribution networks of medium voltage, by fully presenting all the elements which contribute in the normal distribution of the electric flow to the customers. Finally we present the faults that have happened to the middle voltage distribution circuit of the island Crete and we compare them with the theoretical number of faults, according the IEEE guide in order to come to some useful conclusions.

Οι εφαρμογές της σύγχρονης τεχνολογίας επιτάσσουν τη χρήση συσκευών με όσο το δυνατόν μικρότερες διαστάσεις, χαμηλή τάση τροφοδοσίας, χαμηλή κατανάλωση ισχύος και ταυτόχρονα υψηλές επιδόσεις. Το αντικείμενο της εργασίας αυτής, αφορά στη σχεδίαση αναλογικών ολοκληρωμένων φίλτρων, χαμηλής τάσης τροφοδοσίας, για υλοποίηση μεγάλων σταθερών χρόνου, στο πεδίο του λογαρίθμου. Προς αυτή την κατεύθυνση, μελετώντας και σχεδιάζοντας δομές αναλογικών φίλτρων στο πεδίο του λογαρίθμου, επιτεύχθηκε η σχεδίαση φίλτρων δεύτερης τάξης με μεγάλες σταθερές χρόνου, διατηρώντας τις φυσικές διαστάσεις των κυκλωμάτων σε εξαιρετικά χαμηλά επίπεδα. Αρχικά, παρουσιάζονται κάποια εισαγωγικά στοιχεία για την σχεδίαση ολοκληρωμένων κυκλωμάτων σε περιβάλλον χαμηλής τάσης τροφοδοσίας. Γίνεται εισαγωγή στην ιδέα των λογαριθμικών φίλτρων και αναλύονται οι βασικές αρχές σχεδίασης. Παρουσιάζονται βασικά χαρακτηριστικά των κυκλωμάτων στο πεδίο του λογαρίθμου, καθώς και ανάλυση των τελεστών και των διαγωγών που αποτελούν τη βάση της σχεδίασης στο λογαριθμικό πεδίο. Επιπλέον, παρουσιάζονται οι υλοποιήσεις των ολοκληρωτών των φίλτρων στο πεδίο του λογαρίθμου. Στη συνέχεια, γίνεται τοπολογική εξομοίωση 2ης τάξης βαθυπερατών φίλτρων στο πεδίο του λογαρίθμου. Σχεδιάζονται φίλτρα με την κλασική μέθοδο υλοποίησης, κάνοντας χρήση ισοδύναμων των παθητικών στοιχείων στο λογαριθμικό πεδίο, αλλά και φίλτρα υλοποιημένα με διάγραμμα ροής (SFG). Παρουσιάζονται τα πρώτα αποτελέσματα των εξομοιώσεων που πραγματοποιήθηκαν με το λογισμικό Cadence και το γραφικό περιβάλλον που διαθέτει για την σχεδίαση αναλογικών ηλεκτρονικών κυκλωμάτων (Virtuoso Analog Environment). Προτείνονται, δύο κυκλώματα τα οποία πραγματοποιούν πολλαπλασιασμό της χωρητικότητας των πυκνωτών, επιτυγχάνοντας έτσι μεγάλες σταθερές χρόνου, και η υλοποίηση νέων ολοκληρωτών που κάνουν χρήση των πολλαπλασιαστών. Δημιουργούνται έτσι οι βάσεις για την υλοποίηση φίλτρων με εξαιρετικά μικρές διαστάσεις, των οποίων η σχεδίαση, η εξομοίωση και η φυσική σχεδίαση (layout design) παρουσιάζονται, αναλύονται και συγκρίνονται. / The technological evolution and market requirements have led to an increasing demand of low - power portable devices, featuring the reduced size of the devises and high efficiency. This M.Sc project deals with the design of analog integrated, Log - Domain filters, for low - voltage implementation, with large time - constants. In this direction, the design of a second order, low - pass filter, with the above features, and with the occupied silicon area maintained at very low levels, was achieved. In Chapters 1 and 2, an introduction to the design of integrated circuits in low voltage environment is presented. There is an introduction to the idea and the basic principles of Log - Domain filters. The key characteristics of circuits in a large signal operation point of view, and an analysis of the operators and the exponential transconductor cells are, also presented. Furthermore, the basic Log - Domain integrators has been analyzed. A topologic analysis of second order Log - Domain filters is given in Chapter 3. Filters has been initially designed firstly with the classic implementation, using Log - Domain equivalent of passive elements. In a second step, the filter has been realizes by employing the signal flow diagram (SFG) representation. These filters were simulated with the Analog Design environment of the Cadence software. the obtained simulation results confirmed the correct operation of the circuit. Two implementations for realizing the Log - Domain equivalent of a capacitor multiplier are introduced. In addition, implementations of new Log - Domain integrators, that use the capacitor multipliers, are given in Chapter 4. Using these implementations, Log - Domain filters, with reduced total area and large time - constants, are designed, simulated and characterized in Chapter 5. Finally, the layout design of a second - order has been performed in Chapter 6 and the provided post - layout simulation results show that the performance of the filter was close to that of the filter realized in schematic level.