Στην παρούσα διπλωματική εργασία εξετάζεται η δυνατότητα δύο υβριδικών συστημάτων να καλύψουν το ηλεκτρικό φορτίο ενός συγκροτήματος πέντε βιομηχανικών κτηρίων συνδεδεμένων στο εθνικό δίκτυο. / Aim of this project is to examine the possibility of two hybrid energy systems to cover the electric load of a a block of five industrial buildings which are grid connected

Στην εργασία αυτή παρουσιάζονται κάποια στοιχεία για τα ΑΠΕ και τα χαρακτηριστικά τους αλλά δίνεται περισσότερη έμφαση στο ελληνικό σύστημα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας (στους σταθμούς παραγωγής είτε ιδιωτικούς είτε της ΔΕΗ) τόσο από συμβατικές όσο και από ΑΠΕ. Στη συνέχεια, αναφέρονται εκτενέστερα οι πηγές ενέργειας που θα χρησιμοποιηθούν στις εξομοιώσεις, δηλαδή η ηλιακή ενέργεια, η αιολική ενέργεια και η τεχνολογία του υδρογόνου (που περιλαμβάνει κελιά καυσίμου, ηλεκτρόλυση του νερού για την παραγωγή υδρογόνου και την αποθήκευση του τελευταίου). Η μπαταρία ως αποθηκευτική μονάδα αναπτύσσεται συνοπτικά και κατόπιν αναφέρονται τα οικονομικά στοιχεία ενός συστήματος παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Το τελευταίο θεωρητικό κομμάτι είναι αφιερωμένο στο πρόγραμμα εξομοίωσης που χρησιμοποιήθηκε, το Homer, και αναλύονται λεπτομερώς τα δεδομένα που χρησιμοποιήθηκαν καθώς και οι τεχνικές λειτουργίας του. Στο τελευταίο κομμάτι της διπλωματικής εργασίας πραγματοποιούνται οι εξομοιώσεις στο Homer για ένα υβριδικό αυτόνομο σύστημα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας και παρατίθονται τα αποτελέσματα αυτών με τη βοήθεια των διαγραμμάτων που παρέχει το συγκεκριμένο πρόγραμμα. Αρχικά, παρατίθονται τα δεδομένα που χρησιμοποιήθηκαν, δηλαδή η περιοχή για την οποία έγιναν οι εξομοιώσεις με τα αιολικά και τα ηλιακά δεδομένα, τα στοιχεία που χρησιμοποιήθηκαν στις εξομοιώσεις, τα είδη των ανεμογεννητριών,των φωτοβολταϊκών πλαισίων, των κελιών καυσίμου, των ηλεκτρολυτών, των μονάδων αποθήκευσης υδρογόνου, των μπαταριών, των αντιστροφέων και των γεννητριών, καθώς και τα οικονομικά στοιχεία που θέσαμε ως δεδομένα για την πραγματοποίηση των εξομοιώσεων. Οι εξομοιώσεις που πραγματοποιήθηκαν ήταν ο συνδυασμός ανά δύο όλων των παραπάνω πηγών ενέργειας και μια με όλες μαζί (δηλαδή 6 εξομοιώσεις), με σκοπό την ανεύρεση του πιο οικονομικού συνδυασμού ενός υβριδικού αυτόνομου συστήματος παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας για μια περιοχή κοντά στο Ηράκλειο Κρήτης που εξετάζουμε. Οι εξομοιώσεις πραγματοποιήθηκαν τόσο με την χρήση μπαταριών όσο και χωρίς την χρήση αυτών για να διαπιστωθεί κατά πόσο οι μπαταρίες επηρεάζουν ένα αυτόνομο σύστημα. Από τα αποτελέσματα των εξομοιώσεων δεν συμπεραίνεται με ακρίβεια ποια είναι η πιο συμφέρουσα καθώς αυτό εξαρτάται από τα κριτήρια που θέτει ο κάθε επενδυτής. Αυτά είναι: • Με βάση τη χρήση ή μη των μπαταριών • Με βάση τη συνολική παραγόμενη ενέργεια • Με βάση τo συνολικό κόστος της επένδυσης • Με βάση το πλεόνασμα παραγόμενης ενέργειας • Με βάση ποια συστήματα παραγωγής ενέργειας είναι υπεύθυνα για την μόλυνση του περιβάλλοντος • Με βάση την κλίση των φ/β πλαισίων, σύμφωνα με τα αποτελέσματα της ανάλυσης ευαισθησίας Οι κυριότεροι παράγοντες για την επιλογή ενός συστήματος παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας είναι ο οικονομικός και η εκπομπή ρύπων. Απ' τις εξομοιώσεις συμπεραίνεται ότι η πιο οικονομική επιλογή υβριδικού συστήματος παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας είναι ο συνδυασμός των πηγών γεννήτριας πετρελαίου – φωτοβολταικής συστοιχίας και ο συνδυασμός των πηγών φωτοβολταικής συστοιχίας-ανεμογεννήτριας είναι η πιο φιλική επιλογή προς το περιβάλλον μιας και δεν παράγει καθόλου ρύπους. Ανάμεσα στις δύο παραπάνω επιλογές, η πιο συμφέρουσα είναι η δεύτερη μιας και ως προς οικονομικής άποψης δεν είναι ακριβή (είναι η τρίτη πιο φθηνή), ενώ ο συνδυασμός γεννήτριας πετρελαίου – φωτοβολταικής συστοιχίας παράγει αρκετά υψηλό ποσοστό ρυπών (είναι η δεύτερη). Στο τέλος, πραγματοποιήθηκαν άλλες 3 εξομοιώσεις με το συνδυασμό της τεχνολογίας του υδρογόνου με τις υπόλοιπες ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, μια κάθε φορά και όλες μαζί στο τέλος, με τις πιθανές μελλοντικές τιμές των στοιχείων της πρώτης (προβλέψεις για το 2020). Σύμφωνα λοιπόν με τα αποτελέσματα των εξομοιώσεων χρησιμοποιώντας τις μελλοντικές τιμές για την τεχνολογία του υδρογόνου, το μέλλον ανήκει σ αυτή την τεχνολογία και ο συνδυασμός της τόσο με την αιολική όσο και με την ηλιακή είναι μια οικονομική και συνάμα αποδοτική λύση χωρίς να μολύνουμε καθόλου το περιβάλλον. / In this project is presented things about renewable energy sources and their characteristics but is given more importance in the GPS, GREEK POWER SYSTEM, (either private power stations or NATIONAL ELECTRICAL COMPANY) by conventional sources and by Renewable Energy Sources. Afterwards, it is reported, extensively, to the energy sources that is used in simulations, in other words the solar energy, the wind energy and the hydrogen technology (that includes fuel cells, electrolyze of water for hydrogen production and the storage of the last one). It is developed the battery as stocking unit and then is reported to the economic elements of a power system. The last theoretical part is dedicated to the simulation program, HOMER and is analyzed its components and its techniques. In the last part of project, is simulated autonomous power systems and is commented their results, being helped by the diagrams that HOMER exports. Initially, it is mentioned the data that were used, that is to say the area with its solar and wind data, the elements that were used in the simulations, the types of wind generators, of photovoltaic frames, of fuel cells, of electrolytes, of hydrogen storages, of batteries, of inverter and of diesel generators, as well as the economic elements of simulations. The simulations contained the combination of the above sources of energy ( 6 simulations) aiming the recovery of the most lucrative combination of hybrid autonomous power system for an area close to Heraklion of Crete that was examined. The simulations were realized with the use of batteries and without them in order to understand their influences in autonomous power systems. The results of the simulations cannot lead, precisely, to a lucrative choice about a power system, something that depends on investor’s criteria. These are: • Based on the use or not of batteries • Based on the total production of energy • Based on the excess electricity • Based on the power system responsible for the pollution of the environment • Based on the photovoltaic tilt , according to the sensitivity results The main factors το choose an electric power system are the economic and the emission of pollutants. According to simulation results, the most economic choice of hybrid system is the combination of diesel generator - photovoltaic frames and the combination of photovoltaic frames-wind generator are the friendliest choice to the environment. Between the above choices, the second one is the most aproppriate due to its low cost, while the first one produces high percentage of pollutants. Finally, we realized 3 more simulations combined the technology of hydrogen, using possible future prices of its elements (forecasts for 2020), with the renewable energy sources. According to these results, the future belongs to hydrogen technology and its combination with the solar or the wind energy can create a cheap, efficient and without pollutants choice.

Αυτή η διπλωματική εργασία παραθέτει όλα τα στοιχεία που χρειάζονται για την εξέλιξη ενός συμβατικού κινητήρα εσωτερικής καύσης σε υβριδικό κινητήρα καύσης υδρογόνου. Στο δεύτερο κεφάλαιο περιγράφεται η λειτουργία ενός συμβατικού βενζινοκινητήρα. Στο τρίτο κεφάλαιο περιγράφονται οι ιδιότητες του υδρογόνου και η λειτουργία ενός ηλεκτρικού υβριδικού οχήματος και η τοπολογία που θα χρησιμοποιηθεί στην μοντελοποίηση. Στο τέταρτο κεφάλαιο αναλύονται τα επιμέρους στοιχεία που πρέπει να μεταβληθούν σε έναν βενζινοκινητήρα για να γίνει καύσης υδρογόνου. Τέλος στο πέμπτο κεφάλαιο παρατίθεται το μοντέλο του υβριδικού κινητήρα σε Simulink και εξηγείται η λειτουργία του. / This diploma thesis indicates all the structural elements that are needed for the development of a conventional internal combustion engine into a hybrid electric vehicle with a hydrogen combustion engine.The second chapter is about description and main functions of a conventional gasoline engine.In the third chapter are discribed the properties of hydrogen for use in a combustion engine, the main function of a hybrid electric vehicle and the structure that will be used into the modelling.In the forth chapter are analysed the further structural elements that have to be changed in an internal combustion engine in order to be fueled with hydrogen.Finally in the fifth chapter a model of a hybrid electric vehicle with a hydrogen combustion engine in Simulink is described and the main functions of it are described along with certain results.

Στην παρούσα εργασία παρουσιάζεται η σύνθεση και η μελέτη υβριδικών υλικών, τα οποία αποτελούνται από νανοσωματίδια εγκλωβισμένα σε οργανικές και ανόργανες μήτρες. Τα υλικά που συντέθηκαν μπορούν να χωριστούν σε δύο κατηγορίες. Η πρώτη περιλαμβάνει μεταλλικά νανοσωματίδια Au και Ag εγκλωβισμένα σε πολυμερικές μήτρες, ενώ η δεύτερη κατηγορία περιλαμβάνει νανοσωματίδια Au, Ag και NiCl2 σε ανόργανες μήτρες. Η εργασία επικεντρώθηκε στην σύνθεση και την φασματοσκοπική μελέτη των υλικών χρησιμοποιώντας όλες τις διαθέσιμες τεχνικές δομικού χαρακτηρισμού των υλικών. Παράλληλα, πραγματοποιήθηκε μελέτη των οπτικών ιδιοτήτων και της χημειο-οπτικής ενεργότητας των υλικών. Επίσης, μελετήθηκε η βιοσυμβατότητα των υλικών στις περιπτώσεις που αυτό ήταν δυνατό. Αναλυτικότερα, στο μεγαλύτερο κομμάτι της εργασίας αυτής περιγράφεται η in situ σύνθεση μεταλλικών νανοσωματιδίων Au και Ag στον πυρήνα και στην κορώνα δισυσταδικών συμπολυμερών καθώς και τυχαίων συμπολυμερών. Το πρωτόκολλο που ακολουθήθηκε περιλαμβάνει τα παρακάτω βήματα: αρχικά για την διαλυτοποίηση του αμφίφιλου συμπολυμερούς επιλέγεται εκλεκτικός διαλύτης ως προς την μία συστάδα του, ώστε να σχηματιστούν μικκήλια αποτελούμενα από ένα συμπαγή πυρήνα και μια διαλυτή κορώνα. Στην συνέχεια, προστίθεται το άλας του μετάλλου στο διάλυμα του συμπολυμερούς με αποτέλεσμα είτε την εισροή του στον πυρήνα, είτε την συναρμογή του μεταλλικού ιόντος με την κορώνα ανάλογα με την χημική συνάφεια που φέρει η κάθε συστάδα ως προς το μέταλλο. Τέλος, ακολουθεί η αναγωγή του μεταλλικών ιόντων σε μεταλλικά νανοσωματίδια είτε προσθέτοντας κάποιο αναγωγικό μέσο, είτε από το ίδιο το συμπολυμερές που περιβάλλει τα μεταλλικά ιόντα. Η δεύτερη κατηγορία υλικών αφορά στην σύνθεση νανοσωματιδίων Au, Ag και NiCl2 σε ανόργανες μήτρες. Σε αυτή την περίπτωση επιλέχθηκαν πρόδρομες ενώσεις SiO2 και TiO2, οι οποίες αναμίχθηκαν με το άλας των μετάλλων ακολουθώντας την μέθοδο sol-gel ώστε να σχηματιστούν νανοσωματίδια. Μελετήθηκε η επίδραση των πειραματικών παραμέτρων, όπως η θέρμανση και η γήρανση, στο μέγεθος και τον βαθμό συσσωμάτωσης των μεταλλικών νανοσωματιδίων καθώς επίσης και στο πορώδες του τελικού υλικού. Από τα διαλύματα που προέκυψαν, σχηματίστηκαν λεπτά υμένια με την μέθοδο του spin-coating, τα οποία στην συνέχεια θερμάνθηκαν σε υψηλές θερμοκρασίες ώστε να απομακρυνθούν οι οργανικές ομάδες και να σταθεροποιηθεί το τελικό υλικό. Μέρος των υβριδικών υλικών που συντέθηκαν μελετήθηκαν ως προς την μη-γραμμική τους απόκριση χρησιμοποιώντας τις τεχνικές OKE και Z-scan. Όπως προέκυψε από τις μετρήσεις τα υλικά αυτά παρουσιάζουν μη-γραμμικότητα, η οποία εξαρτάται άμεσα τόσο από την αναλογία μετάλλου ως προς το συμπολυμερές αλλά και από την σύσταση του ίδιου του συμπολυμερούς. Τα νανοσύνθετα υλικά που συντέθηκαν αξιολογήθηκαν επίσης ως ενεργά υλικά σε πιθανούς φωτονικούς αισθητήρες. Παρατηρήθηκε ότι παρουσία ατμών μεθανόλης και αμμωνίας, συνέβαιναν μορφολογικές αλλαγές στην επιφάνεια των υλικών. Οι αλλαγές αυτές, ο οποίες καταγράφονται ως μεταβολές της διαδιδόμενης δέσμης σε σχέση με την δέσμη αναφοράς, είναι αντιστρεπτές. Τέλος, στις περιπτώσεις που τα υβριδικά υλικά που συντέθηκαν παρουσίαζαν βιοσυμβατότητα, ελέγχθηκε η ικανότητα συναρμογή τους με μόρια πρωτεϊνών και DNA και διερευνήθηκε η πιθανή εφαρμογή τους σε συστήματα βιολογικών παραγόντων. / In the present study the synthesis of hybrid materials consisting of metal nanoparticles incorporated into organic and inorganic matrices is presented. The synthesized materials can be divided into two categories; the first one consists of Au and Ag nanoparticles incorporated into polymeric matrices, while the second one consists of Au, Ag and NiCl2 nanoparticles incorporated into inorganic matrices. The thesis was focused on the synthesis and the spectroscopic study of these materials. Meanwhile, the optical and photonic properties of these materials were exploited. Moreover, the biological applications of the synthesized hybrid materials were investigated. In more detail, the larger part of this work focuses on the in situ synthesis of Au and Ag nanoparticles either inside the core or on the corona of di- and triblock copolymers and random copolymers. More specifically, the synthesis protocol requires three steps. First, the proper solvent must be chosen, which should be selective for one of the blocks of the amphiphilic copolymer, in order for micelles to be formed, consisting of a dense core and a solubilized corona. Then the metal precursor is added, which is preferentially dissolved into the core or is coordinated on the periphery of the corona block, depending on the chemical affinity that each block displays toward the metal compound. Finally, the metal ions are reduced in metal nanoparticles either by the addition of a reducing agent or by the coordinating block of the copolymer. The second category of the materials involves the synthesis of Au, Ag and NiCl2 nanoparticles inside inorganic matrices such as SiO2 and TiO2. Solutions containing SiO2 and TiO2 precursors were mixed with metal salts and the standard sol-gel methods were followed for the in situ synthesis of the hybrid materials. Thermal treatment and ageing were the two main parameters that influenced the size and the degree of aggregation of the metal nanoparticles, as well as the porosity of the final material. The non-linear optical properties of the synthesized hybrid materials were studied using the OKE and Z-scan techniques. All the materials studied displayed nonlinear refraction which was proportional to the ratio between the metal nanoparticles and the polymer. The composition of the block copolymer itself played also an important role. The hybrid nano materials were also evaluated as active components in potential photonic sensors. In the presence of methanol and ammonia, morphological changes on the surface of the materials were noticed. These changes were recorded as a signal modulation in respect to the reference signal. Finally, some of the synthesized hybrid materials displayed biocompatibility and their ability to coordinate with proteins and DNA molecules was examined, toward their utilization in bioanalytical devices.

Στη συγκεκριμένη Διατριβή μελετήσαμε την ανάλυση ευστάθειας υβριδικών δυναμικών συστημάτων τα οποία έχουν μοντελοποιηθεί με Διαφορικά Δίκτυα Petri. Τα αποτελέσματα που προτείναμε για την ανάλυση ευστάθειας χρησιμοποιούν Γραμμικές Ανισότητες Πινάκων γεγονός που τις καθιστά υπολογιστικά επιλύσιμες. Προτείναμε επίσης μια μεθοδολογία σχεδίασης ευσταθών υβριδικών συστημάτων. Χρησιμοποιήσαμε το μοντέλο Διαφορικά Δίκτυα Petri για την μοντελοποίηση δικτυακών υβριδικών συστημάτων. Προτείναμε επίσης συνθήκες ευστάθειας για διακοπτικά χρονικά καθυστερούμενα συστήματα. / In this thesis we study stability for hybrid dynamical systems modelled by Differential Petri Nets.Our stability results are formulated as Linear Matrix Inequalities in order to be computational solvable. A methodology for stabilization of hybrid dynamical systems is also introduced. The notion of Networked Hybrid System is also introduced and the model of Differential Petri Net is proposed for modelling. Stability results for switched time-dealy systems are also proposed.

Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας ήταν η μελέτη και η υλοποίηση στρατηγικής διαχείρισης ενέργειας για τη βελτιωμένη οικονομική λειτουργία υβριδικού οχήματος με χρήση ψηφιακού μικροελεγκτή. Η προτεινόμενη στρατηγική, η οποία βασίζει τη λειτουργία της στην αρχή της ασαφούς λογικής αναπτύχθηκε και αρχικά δοκιμάστηκε, χρησιμοποιώντας το πρόγραμμα Matlab/Simulink. Για την επιβεβαίωση της ορθής λειτουργίας του συνολικού συστήματος αποτελούμενου από το ηλεκτρικό κινητήριο σύστημα, τη μηχανή εσωτερικής καύσης και το σύστημα διαχείρισης της ενέργειας, δημιουργήθηκε ένα μαθηματικό μοντέλο ενός υβριδικού οχήματος παράλληλης διάταξης, επίσης στο περιβάλλον Simulink,στο οποίο η διαχείριση της ενέργειας γίνεται μέσω του ανεπτυχθέντος ασαφούς ελεγκτή. Στόχος ήταν να ελεγχθεί η συμπεριφορά του ελεγκτή αυτού. Τέλος, κατασκευάστηκε το κύκλωμα υλοποίησης του ασαφούς ελεγκτή, χρησιμοποιώντας τον ψηφιακό μικροελεγκτή dsPIC30f4011 της εταιρίας Microchip. Για την υλοποίηση της λειτουργίας του ελεγκτή, αναπτύχθηκε ο αντίστοιχος κώδικας σε γλώσσα C, η λειτουργία του οποίου επιβεβαιώθηκε πειραματικά. / The objective of this master thesis was the study and the implementation of an energy management strategy, aiming for improved economic operation of hybrid vehicle using a digital microcontroller. The proposed strategy, based on the principles of fuzzy logic, was developed and initially tested using the environment Matlab/Simulink. To ascertain the correct operation of the system constituted by the electric motive system, the internal combustion machine and the energy management system, a mathematic model of hybrid vehicle of parallel provision was also created in Simulink. The energy management is implemented by the fuzzy controller. The main objective was to test the behavior of this controller. Finally, the electronic circuit of the fuzzy controller was manufactured. The digital microcontroller dsPIC30f4011 (Microchip company) was used. For the implementation of the operation of the controller, the corresponding code was developed in C language, the operation of which was experimentally confirmed.

Στην παρούσα εργασία μελετάται η λειτουργία και η προστασία υβριδικών συστημάτων αποτελούμενων από φωτοβολταϊκά στοιχεία και κυψέλες υδρογόνου. Τέτοιου είδους υβριδικά συστήματα περιλαμβάνουν δύο πηγές ενέργειας με σκοπό να επιτυγχάνεται σταθερή παραγωγή ισχύος και κατά τη διάρκεια της νύχτας, όταν η ηλιακή ενέργεια δεν είναι διαθέσιμη. Η ισορροπία αυτή διατηρείται μέσω της χρήσης κυψελών καυσίμου. Στο πρώτο κεφάλαιο δίνονται γενικές πληροφορίες για τα φ/β συστήματα. Ξεκινώντας από την ηλιακή ακτινοβολία και την ελάχιστη μονάδα κάθε φ/β συστήματος, το φ/β στοιχείο ή κύτταρο επεξηγούνται τα χαρακτηριστικά κι οι κατηγορίες των φ/β συστημάτων. Εν συνεχεία, περιγράφεται ο μηχανισμός δημιουργίας του φ/β φαινομένου και τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά των φ/β συστημάτων. Ακολουθεί μια συνοπτική παρουσίαση των διάφορων τεχνολογιών φ/β πλαισίων, καθώς και της απόδοσης αυτών και των παραγόντων που την επηρεάζουν. Το κεφάλαιο ολοκληρώνεται με αναφορά στα υπόλοιπα μέρη ενός φ/β συστήματος, όπως ο αντιστροφέας, οι μπαταρίες και λοιπά βοηθητικά συστήματα. Το δεύτερο κεφάλαιο αναφέρεται στο υδρογόνο και την μετατροπή αυτού σε ηλεκτρισμό ή θερμότητα μέσω κυψελών καυσίμου. Στην αρχή, δίνονται γενικά στοιχεία για το υδρογόνο, τις ιδιότητές του, τις μεθόδους παρασκευής και αποθήκευσης αυτού κι ακόμη στοιχεία για το υδρογόνο ως καύσιμο. Κατόπιν, παρουσιάζονται οι βασικές αρχές λειτουργίας και οι κύριοι τύποι κελιών καυσίμου, ενώ γίνεται προσπάθεια θεωρητικής και πρακτικής προσέγγισης της απόδοσης και της μέγιστης τάσης αυτών. Τέλος, το κεφάλαιο συμπληρώνουν σκέψεις για το υδρογόνο ως μελλοντικό φορέα ενέργειας και την οικονομία του υδρογόνου. Στο τρίτο κεφάλαιο εξηγείται η έννοια του υβριδικού συστήματος, καθώς και πλεονεκτήματα των υβριδικών συστημάτων φ/β με κυψέλες υδρογόνου. Ακολούθως, αναλύεται ο καταμερισμός φορτίου σε υβριδικό σύστημα φ/β με κυψέλες υδρογόνου, όπως κι η περιγραφή κι η λειτουργία ενός τέτοιου συστήματος. Στην τελευταία ενότητα αναζητείται η βέλτιστη διασύνδεση φ/β συστοιχιών και PEM ηλεκτρολυτών σε υβριδικά συστήματα κατάλληλα για την τροφοδότηση απομακρυσμένων περιοχών για την επίτευξη μέγιστης μεταφοράς ισχύος, αλλά και χαμηλότερου ανά μονάδα κόστους. Στο τέταρτο και τελευταίο κεφάλαιο, ακολουθoύνται οι κανόνες της διεθνούς εμπειρίας και οι ισχύοντες κανονισμοί για την προστασία υβριδικού συστήματος φ/β στοιχείων με κυψέλες υδρογόνου. Μελετάται η περίπτωση βραχυκυκλώματος και προτείνονται μέτρα που πρέπει να ληφθούν μέσω της καλωδίωσης, διακοπτών προστασίας αγωγών, διόδων κι ασφαλειών. Γίνεται σύγκριση των I – V χαρακτηριστικών καμπυλών σε κανονικές συνθήκες και σε συνθήκες σκίασης και σφάλματος. Έπεται η αντικεραυνική προστασία διαμέσου εξωτερικού ΣΑΠ, ισοδυναμικών συνδέσεων κι απαγωγών κρουστικών υπερτάσεων. Η εργασία ολοκληρώνεται με αναφορά στην επικινδυνότητα εγκαταστάσεων υδρογόνου, τους κινδύνους και τα σενάρια ατυχημάτων. Το κεφάλαιο καταλήγει με τρόπους περιορισμού αυτών των επικίνδυνων καταστάσεων και τους κανόνες ασφαλείας που έχουν θεσπιστεί για το υδρογόνο. / This essay examines hybrid systems’ operation and protection consisted of photovoltaic and fuel cells. Such hybrid systems include two energy sources in order to maintain a consistent level in power production even during the night, when solar radiation is not available. The use of fuel cells ensures this equilibrium. In the first chapter a piece of general information about pv systems is given. Firstly, explaining meanings like solar radiation and pv cell, pv systems are classified. Subsequently, the mechanism of pv phenomenon and the pv systems’ electrical characteristics are described. A concise presentation of pv modules’ technology and efficiency follows. The chapter concludes with regard to rest parts of pv systems, such as inverter, batteries and auxiliary systems. The second chapter refers to hydrogen and its conversion into electricity or heat via fuel cells. Firstly, a piece of general data about hydrogen and its properties, conoction and storage methods is given. Furthermore, the fuel cell’s fundamental principles and basic types are presented, whilst a theoretical and a practical approach of fuel cell’s efficiency and maximum voltage follows. Some thoughts about the future hydrogen economy end this chapter. In the third chapter the meaning of hybrid system, as well the advantages of pv-hydrogen systems are explained. Subsequently, load sharing in a hybrid pv-fc system as well as the description and the operation of such a system are analysed. In the last unit the optimal coupling of pv arrays to PEM electrolysers in solar-hydrogen systems for remote area power supply is searching out. In the last chapter, according to international codes, protection of solar-hydrogen system is analysed. The case of a short-circuit is examined and measures must be taken via wiring, circuit breakers, diodes and fuses. Then,I –V characteristics at normal conditions are compared with characteristics recorded under partial shadowing or failure. In addition, lightning protection via LSP and SPDs is described. The essay concludes with regard to hydrogen installations’ dangers and possible accidents. Some implemented measures and safety rules end this unit.

Στις αρχές του 20ου αιώνα, με καταλυτική εξέλιξη την ανακάλυψη των μεγάλων κοιτασμάτων πετρελαίου ο κόσμος στράφηκε αποφασιστικά στη χρήση μη ανανεώσιμων πηγών, κυρίως άνθρακα και υδρογονανθράκων (πετρέλαιο, φυσικό αέριο, κάρβουνο). Αυτή η λύση εξασφάλιζε για μεγάλο χρονικό διάστημα μια προσιτή ανάκτηση και μετατροπή αυτών των πηγών σε ηλεκτρική και θερμική ενέργεια. Οι ορυκτές καύσιμες ύλες χρειάζονται εκατοντάδες χρόνια να δημιουργηθούν, καταναλώνονται όμως πιο γρήγορα από ότι δημιουργούνται. Γι’ αυτό το λόγο θεωρούνται μη ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, δηλαδή δεν αντικαθίστανται τόσο γρήγορα όσο τις χρησιμοποιούμε.Ετσι μπορούν να εξαντληθούν κάποια στιγμή στο μέλλον. Οι Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας είναι πηγές τα αποθέματα των οποίων ανανεώνονται φυσικά, και οι οποίες θεωρούνται πρακτικά ανεξάντλητες.Η αδυναμία επίσης ύπαρξης δικτύου σε απομονωμένες και μικρου πληθυσμού περιοχές, σε συνδυασμό με την οικονομικά ασύμφορη λύση της κατασκευής ηλεκτρικού δικτύου μεταφοράς, δίνει το έρεισμα στην σχεδίαση και υλοποίηση ηλεκτρικά αυτόνομων κατοικιών ή και ολόκληρων οικισμών (δηλαδή μη συνδεδεμένων με το δίκτυο) μέσω της εκμετάλλευσης διαφόρων μορφων ΑΠΕ Λογω της στοχαστικής τους φύσης οι ΑΠΕ αδυνατούν να καλύψουν από μόνες τους τους περισσότερους τύπους του ηλεκτρικού φορτίου. Ζητήματα όπως η μετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας και η αποθηκευσή της, ανακύπτουν λόγω της έλλειψης διαθεσιμότητας των ΑΠΕ σε εικοσιτετράωρη βάση. Αυτοί οι παράγοντες έχουν οδηγήσει στην ανάπτυξη των υβριδικών συστημάτων παραγωγής ενέργειας.Τα υβριδικά συστήματα που συνδιάζουν δύο ή περισσότερες μορφές ενέργειας έχουν αποδειχθεί σαν αποτελεσματικό μέσο για τημ τροφοδότηση ηλεκτρικά αυτόνομων κατοικιών. Στην παρούσα διπλωματική εργασία εξετάζεται η δυνατότητα διαφόρων υβριδικών συστημάτων να καλύψουν το ηλεκτρικό φορτίο μιας μη διασυνδεδεμένης στο εθνικό δίκτυο κοινότητας αποτελούμενης από δέκα κατοικιες. Ως περιοχή της μελέτης έχει επιλεχθεί η απομακρυσμένη περιοχή Γαιδουρόμαντρα στο νησί της Κύθνου. Οι εγκαταστάσεις είναι κατοικημένες μόνο κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού ώστε να μην υπάρχει καμία απαίτηση για παραγωγή θερμότητας.Τα υβριδικά συστήματα που εξετάζονται έχουν όλα την συνέργεια αποθηκευτικού συστήματος μπαταριών και είναι τα παρακάτω: • Φωτοβολταϊκά- Ντηζελογεννήτρια • Φωτοβολταϊκά- Κυψέλες Καυσίμου(ΚΚ) • Ανεμογεννήτρια (Α/Γ)- Ντηζελογεννήτρια • Φωτοβολταϊκά- Ανεμογεννήτρια (Α/Γ) Στο Κεφάλαιο 1 γίνεται εισαγωγή στις ΑΠΕ και αναφέρονται κάποια γενικά στοιχεία σχετικά με την κατάσταση στην χώρα μας καθώς και τη συνεισφορά κάθε πηγής σε παγκόσμιο επίπεδο. Στα Κεφάλαια 2, 3, 4 γίνεται μια παρουσίαση των ΑΠΕ που χρησιμοποιούνται στα υβριδικά συστήματα. Αρχικά γίνεται μια ιστορική αναδρομή σε κάθε μορφή ενέργειας και έπειτα γίνεται μια εκτεταμένη ανάλυση σε κάθε τεχνολογία παραγωγής ενέργειας, κυρίως στα χαρακτηριστικά και τη λειτουργία της. Τέλος αναλύεται η παρούσα κατάσταση αυτής της τεχνολογίας σε παγκόσμια κλίμακα καθώς και σε ελληνικό επίπεδο. Στο Κεφάλαιο 5 γίνεται η εισαγωγή στα υβριδικά συστήματα παραγωγής ενέργειας. Αναλύονται οι λόγοι χρήσης του υβριδικού συστήματος γενικά καθώς και η υπάρχουσα κατάσταση στην Ελλάδα. Στην συνέχεια στο Κεφάλαιο 6 γίνεται εκτεταμένη περιγραφή του προγραμματος HOMER το οποίο εκτελεί τις προσομοιώσεις των υβριδικών συστημάτων παρουσιάζοντας τον βέλτιστο συνδυασμό τους τεχνοοικονομικά. Αναφέρονται λεπτομερώς οι τρεις λειτουργίες που πραγματοποεί (εξομοίωση, βελτιστοποίηση, ανάλυση ευαισθησίας) όπως επίσης και τα οικονομικά και τα ηλεκτρικά μεγέθη που αποτυπώνονται στα αποτελέσματα του προγράμματος με απώτερο σκοπό την βαθύτερη κατανόηση τους. Στο τελικό στάδιο της Διπλωματικής εργασίας και συγκεκριμένα στο Κεφάλαιο 7 αφού γίνεται μια αρχική αναφόρα στον τόπο όπου πραγματοποιείται η μελέτη καθώς και στην ενεργειακή κατανάλωση των κατοίκων της περιοχής, έπειτα καταγράφονται τα τεχνολογικά στοχεία των εξαρτημάτων που χρησιμοποιήθηκαν καθώς και οι μεταβλητές που εισάχθηκαν στο HOMER. Ακολουθεί η εκτεταμένη περιγραφή του κάθε υβριδικού συστήματος με σχηματικές απεικονίσεις και ερμηνεία των καμπυλών που προκύπτουν από την προσομοίωση. Τέλος στο Κεφάλαιο 8 πραγματοποιείται σύγκριση των αποτελεσμάτων που προέκυψαν με στόχο την ανεύρεση του βέλτιστου συνδυασμού με βασικά κριτήρια το συνολικό κόστος της επένδυσης, το πλεόνασμα ηλεκτρικής ενέργειας, την ετήσια παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας σε KWh και τις ποσότητες ρυπογόνων ουσιών που εκπέμπονται στο περιβάλλον. Το συμπέρασμα που προκύπτει είναι το μέλλον θα ανήκει στην τεχνολογία του υδρογόνου, αφού ξεπεραστούν βέβαια κάποια εμπόδια, οικονομικής κυρίως φύσεως. / Aim of this project is to examine the capability of various hybrid systems covering the electric load of a community, which is non-connected to the national grid and consists of ten residences. The area of the study is the remote region Gaidoyromantra which is located in the island of Kythnos. The houses are inhabited only during summertime, so that any requirement for heat is prerequisite. All the hybrid systems that are examined have the synergy of stocking system of batteries and are the following: • PV-Diesel Generator • PV-Fuel Cells • Wind Turbines-Diesel Generator • PV- Wind Turbines In Chapter 1, the RES are introduced and reported some general elements with regard to the situation in our country as well as the contribution of each source in world level. In Chapters 2, 3, 4 are presented the RES that are used in the hybrid systems. Firstly, historical reference to each source of energy and then extensive analysis of each technology are given. Finally, the present situation of each technology is analyzed in world scale as well as in Greek level. In Chapter 5 the energy production hybrid systems are introduced. In general, the reasons of hybrid systems use are analyzed as well as the present situation in Greece. Then, in Chapter 6, the Micro power Optimization Model HOMER is described extensively. This computer model presents the optimum configuration by taking for granted the Total Net Present Cost (NPC) of each system. Homer also materializes three basic operations (simulation, optimization and sensitivity analysis) which are obvious in this project. In the final stage of this project and more specifically in Chapter 7 is given the location of the study as well as the load which is going to be covered by the hybrid system. Afterwards, a description of technological elements takes place and the variables that are used by HOMER are reported too. Extensive description of each hybrid system with schematic depictions and interpretation of curves that results from the simulation follows. Finally in Chapter 8 all the results are compared together, aiming to find the optimum configuration with basic criteria the total cost of investment, the surplus of electric energy, the annual production of electric energy in KWh and the quantities of pollutant substances that are emitted in the environment. The conclusion that derives is that the future belongs to the technology of Hydrogen.

Το ενεργειακό ζήτημα είναι ίσως ένα από τα σημαντικότερα προβλήματα του 21ου αιώνα. Η έως τώρα παραγωγή ενέργειας γινόταν αποκλειστικά από την εκμετάλλευση των ορυκτών πόρων της φύσης (γαιάνθαρακες, πετρέλαιο). Είχαμε στραφεί σε αυτό το μοντέλο παραγωγής ενέργειας λόγω του χαμηλού κόστους παραγωγής. Οι ορυκτές καύσιμες ύλες χρειάζονται εκατοντάδες χρόνια να δημιουργηθούν, καθιστώντας της ουσιαστικά μη ανανεώσιμες αφού ο ρυθμός κατανάλωσης τους είναι πολύ μεγάλος. Με την πάροδο του χρόνου όμως παρατηρείται η συνεχής αύξηση της ζήτησης ενέργειας, γεγονός που σε συνάρτηση με την μείωση των αποθεμάτων ορυκτών πόρων μας στρέγει στην παραγωγή ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Έτσι τα τελευταία χρόνια έχουμε την ανάπτυξη νέων τεχνολογιών για την εκμετάλλευση των Α.Π.Ε. και την εξέλιξη πολλών παλιών με στόχο την μείωση του κόστους παραγωγής και την αύξηση της αποδοτικότητας τους. Οι Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας είναι πηγές τα αποθέματα των οποίων ανανεώνονται φυσικά , και οι οποίες θεωρούνται πρακτικά ανεξάντλητες αδυναμία επίσης ύπαρξης δικτύου σε απομονωμένες και μικρού πληθυσμού περιοχές , σε συνδυασμό με την οικονομικά ασύμφορη λύση της κατασκευής ηλεκτρικού δικτύου μεταφοράς ,δίνει το έρεισμα στην σχεδίαση και υλοποίηση ηλεκτρικά αυτόνομων κατοικιών ή και ολόκληρων οικισμών ( δηλαδή μη συνδεδεμένων με το δίκτυο) μέσω της εκμετάλλευσης διαφόρων μορφών ΑΠΕ. Λόγω της στοχαστικής τους φύσης οι ΑΠΕ αδυνατούν να καλύψουν από μόνες τους περισσότερους τύπους του ηλεκτρικού φορτίου. Ζητήματα όπως η μετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας και η αποθήκευση της , ανακύπτουν λόγω της έλλειψης διαθεσιμότητας των ΑΠΕ σε εικοσιτετράωρη βάση. Αυτοί οι παράγοντες έχουν οδηγήσει στην ανάπτυξη των υβριδικών συστημάτων παραγωγής ενέργειας. Τα υβριδικά συστήματα που συνδυάζουν δύο ή περισσότερες μορφές ενέργειας έχουν αποδειχθεί σαν αποτελεσματικό μέσο για τη τροφοδότηση ηλεκτρικά αυτόνομων κατοικιών Στην παρούσα διπλωματική εργασία θα μελετηθεί η ανάπτυξη αυτόνομών υβριδικών συστημάτων παραγωγής ενέργειας για την τροφοδότηση μιας απομακρυσμένης νησιωτικής περιοχής , με σκοπό την ανεύρεση του πιο συμφέροντος συνδυασμού πηγών ενέργειας με κριτήρια το κόστος την παραγωγή ενέργειας και την μόλυνση του περιβάλλοντος. Η μελέτη έγινε για τέσσερις διαφορετικούς συνδυασμούς υβριδικών συστημάτων που στηρίζονται στη χρήση Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (ηλιακή, αιολική και υδρογόνου) σε συνδυασμό με κινητήρα πετρελαίου. Οι συνδυασμοί είναι οι εξής: Photovoltaic - Diesel system Wind Turbine - Diesel system Wind Turbine - Photovoltaic system Photovoltaic - Fuel Cell system Στο Κεφάλαιο 1 γίνεται μια εισαγωγή στις Α.Π.Ε και αναφέρονται κάποια γενικά στοιχεία που περιγράφουν τη κατάσταση στη χώρα μας. Ακόμη γίνεται μια εισαγωγή στα υβριδικά συστήματα παραγωγής ενέργειας. Αναλύονται οι λόγοι χρήσης του υβριδικού συστήματος γενικά καθώς και η υπάρχουσα κατάσταση στην Ελλάδα. Στα Κεφάλαια 2,3,4,5 περιγράφονται οι τεχνολογίες που εκμεταλλεύονται Α.Π.Ε. Οι τεχνολογίες αυτές είναι τα φωτοβολταικά, ανεμογεννήτριες, Fuel Cell και συσσωρευτές αποθήκευσης. Περιγράφεται ο τρόπος λειτουργίας τους και παραθέτονται χαρακτηριστικά τους στοιχεία. Στην συνέχεια στο Κεφάλαιο 6 γίνεται εκτεταμένη περιγραφή του προγράμματος HOMER το οποίο εκτελεί τις προσομοιώσεις των υβριδικών συστημάτων παρουσιάζοντας τον βέλτιστο συνδυασμό τους τεχνοοικονομικά. Αναφέρονται λεπτομερώς οι τρεις λειτουργίες που πραγματοποιεί (εξομοίωση, βελτιστοποίηση, ανάλυση ευαισθησίας) όπως επίσης και τα οικονομικά και τα ηλεκτρικά μεγέθη που αποτυπώνονται στα αποτελέσματα του προγράμματος με απώτερο σκοπό την βαθύτερη κατανόηση τους . Στο τελικό στάδιο της Διπλωματικής εργασίας και συγκεκριμένα στο Κεφάλαιο 7 αφού γίνεται μια αρχική αναφορά στον τόπο όπου πραγματοποιείται η μελέτη καθώς και στην ενεργειακή κατανάλωση των κατοίκων της περιοχής , έπειτα καταγράφονται τα τεχνολογικά στοιχεία των εξαρτημάτων που χρησιμοποιήθηκαν καθώς και οι μεταβλητές που εισάχθηκαν στο HOMER. Ακολουθεί η εκτεταμένη περιγραφή του κάθε υβριδικού συστήματος με σχηματικές απεικονίσεις και ερμηνεία των καμπυλών που προκύπτουν από τη προσομοίωση. Τέλος στο Κεφάλαιο 8 πραγματοποιείται σύγκριση των αποτελεσμάτων που προέκυψαν με στόχο την ανεύρεση του βέλτιστου συνδιασμού με βασικά κριτήρια το συνολικό κόστος της επένδυσης, το πλεόνασμα ηλεκτρικής ενέργειας, την ετήσια παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας σε KWh και τις ποσότητες ρυπογόνων ουσιών που εκπέμπονται στο περιβάλλον. Το συμπέρασμα που προκύπτει είναι το μέλλον θα ανήκει στην τεχνολογία του Υδρογόνου, αφου ξεπεραστούν βέβαια κάποια εμπόδια οικονομικής κυρίως φύσεως. / The aim of the project is to examine how a hybrid system with renewable energy sources can meet the electric load demands of an island community. The system is not connected to grid. The area of study is Menites which is located in Andros island. The community is inhabited continuously all the year but in the summer we have excessive load demands because of the touristic activity. The hybrid systems we simulate, have all the synergy of stocking battaries, are the following: Photovoltaic - Diesel system Wind Turbine - Diesel system Wind Turbine - Photovoltaic system Photovoltaic - Fuel Cell system In Chapter 1 the renewable energy systems are introduced and reported some general elements with regard to the situation in our country. the energy production hybrid systems are also introduced here. In general, the reasons of hybrid systems use are analyzed as well as the present situation in Greece. In Chapter 2 the renewable energy systems that use the solar power are introduced. The phenomenon which enables them to produce electric energy from the sun is explained. We also quote the important components of them, their technology and their features. In Chapter 3 we examine the renewable energy systems that use the wind power. The wind turbines are introduced, their technology and their features. In Chapter 4 we examine the Fuel Cell technology. The way the fuel cell technology works, its components, electrolyzers, and the technology of producing and storaging hydrogen is introduced. In Chapter 5 we introduce the batteries we use to renewable energy systems and their technology. Then, in Chapter 6, the Micro power Optimization Model HOMER is described extensively. This computer model presents the optimum configuration by taking for granted the Total Net Present Cost (NPC) of each system. Homer also materializes three basic operations (simulation, optimization and sensitivity analysis) which are obvious in this project. In the final stage of this project and more specifically in Chapter 7 is given the location of the study as well as the load which is going to be covered by the hybrid system. Afterwards, a description of technological elements takes place and the variables that are used by HOMER are reported too. Extensive description of each hybrid system with schematic depictions and interpretation of curves that results from the simulation follows. Finally in Chapter 8 all the results are compared together, aiming to find the optimum configuration with basic criteria the total cost of investment, the surplus of electric energy, the annual production of electric energy in KWh and the quantities of pollutant substances that are emitted in the environment. The conclusion that derives is that the future belongs to the technology of Hydrogen.

Ένα από τα πιο σύγχρονα προβλήματα στα συστήματα Ηλεκτρικής Ενέργειας είναι οι αρμονικές ρεύματος. Γενικά, η αρμονική μιας κύμανσης είναι μια συνιστώσα συχνότητας του σήματος, η οποία είναι ακέραιο πολλαπλάσιο της θεμελιώδους συχνότητας, π.χ. εάν η θεμελιώδης συχνότητα είναι f, οι αρμονικές έχουν συχνότητες 2f,3f,4f και ούτω κάθε εξής. Για το ηλεκτρικό σήμα, η θεμελιώδης συχνότητα είναι τα 50 Hz. Άρα, οι αρμονικές του ηλεκτρικού ρεύματος έχουν συχνότητες ακέραια πολλαπλάσια της θεμελιώδους συχνότητας. Παραδείγματος χάρη, 100 Hz είναι η αρμονική δεύτερης τάξης, 150 Hz είναι η αρμονική τρίτης τάξης, 200 Hz είναι η αρμονική τέταρτης τάξης και ούτω κάθε εξής. Αιτία ύπαρξης αρμονικών ρεύματος είναι η ύπαρξη μη γραμμικών φορτίων, φορτίων δηλαδή, που παίρνουν ρεύμα διαφορετικής κυματομορφής από την τάση, άγουν δηλαδή ρεύμα μόνο σε ορισμένες περιοχές της τάσης. Τα προβλήματα που δημιουργούν οι αρμονικές είναι: α) μείωση του συντελεστή ισχύος με αποτέλεσμα αυξημένες απώλειες στα καλώδια, β) φαινόμενα συντονισμού με συνέπεια την καταστροφή πυκνωτών και μετασχηματιστών, γ) αρμονική παραμόρφωση τάσης η οποία οδηγεί σε αύξηση απωλειών σε κινητήρες, δ) παρεμβολές σε κυκλώματα ελέγχου και τηλεπικοινωνιών, ε) λανθασμένη λειτουργία συσκευών προστασίας, ζ) καταπόνηση ηλεκτρικών συσκευών. Όλα τα παραπάνω δημιουργούν υποβάθμιση της ποιότητας ισχύος. Και αν λάβουμε υπόψη την αυξανόμενη χρήση μη γραμμικών φορτίων τότε η βελτίωση της ποιότητας ισχύος είναι επιτακτική στην σημερινή εποχή. Για την αντιμετώπιση των αρμονικών ρεύματος, χρησιμοποιούμε αρμονικά φίλτρα. Τα αρμονικά φίλτρα χωρίζονται σε τρείς κατηγορίες. Υπάρχουν τα παθητικά φίλτρα, τα ενεργά φίλτρα και τα υβριδικά φίλτρα. Τα παθητικά αρμονικά φίλτρα που αποτελούνται από πυκνωτές, επαγωγές και αντιστάσεις μπορούν να χωριστούν σε φίλτρα συντονισμού και σε υψιπερατά φίλτρα. Αυτά συνδέονται παράλληλα με τα μη γραμμικά φορτία. Τα ενεργά φίλτρα μπορούν να χωριστούν σε παράλληλα ενεργά φίλτρα και σε εν σειρά ενεργά φίλτρα ανάλογα με την κυκλωματική τους διαμόρφωση. Προς το παρόν, τα παράλληλα ενεργά φίλτρα είναι πιο ελκυστικά από τα εν σειρά ενεργά φίλτρα, όσον αφορά την μορφή και την λειτουργία τους. Το παράλληλο ενεργό φίλτρο μπορεί να ελεγχθεί με βάση τον παρακάτω τρόπο ελέγχου. Ο ελεγκτής παρατηρεί το στιγμιαίο ρεύμα του φορτίου. Αποσπά το αρμονικό ρεύμα από το υπό παρατήρηση ρεύμα του φορτίου δια μέσου της ψηφιακής επεξεργασίας του σήματος. Το ενεργό φίλτρο τροφοδοτεί το φορτίο με το αρμονικό ρεύμα που χρειάζεται για να λειτουργήσει σωστά, με συνέπεια να απαλλάσσεται η πηγή τροφοδοσίας από το αρμονικό ρεύμα. Διαφορετικά από το παράλληλο ενεργό φίλτρο, το εν σειρά ενεργό φίλτρο ελέγχεται με βάση τον παρακάτω τρόπο ελέγχου. Ο ελεγκτής παρατηρεί το στιγμιαίο ρεύμα τροφοδοσίας. Αποσπά το αρμονικό ρεύμα από το υπό παρακολούθηση ρεύμα τροφοδοσίας δια μέσου της ψηφιακής επεξεργασίας του σήματος. Το ενεργό φίλτρο εφαρμόζει μια τάση εξισορρόπησης ανάλογη του αρμονικού ρεύματος και αντίθετου πρόσημου επί του πρωτεύοντος του μετασχηματιστή που είναι συνδεδεμένος σε σειρά με την πηγή τροφοδοσίας. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα την σημαντική μείωση του αρμονικού ρεύματος τροφοδοσίας. Τα υβριδικά φίλτρα είναι ένας συνδυασμός ενός παθητικού φίλτρου και ενός ενεργού φίλτρου. Μια υβριδική διάταξη που είναι πολύ δημοφιλής είναι η εν σειρά σύνδεση ενός ενεργού φίλτρου και ενός παθητικού φίλτρου. Γενικά, τα υβριδικά φίλτρα έχουν πλεονεκτήματα σε σχέση με τα ενεργά φίλτρα. Μερικά από αυτά είναι: α) εμφάνιση μικρότερης τάσης στον πυκνωτή του φίλτρου, β) χρησιμοποίηση μικρότερης τάσης IGBTs ως στοιχεία ισχύος, γ) μη εμφάνιση της δεσπόζουσας αρμονικής της τάσης στα άκρα του ενεργού φίλτρου, δ) μικρότερης έντασης διακοπτικές αιχμές, ε) καλύτερη εκτέλεση φιλτραρίσματος. Στην συγκεκριμένη διπλωματική εργασία εξετάζεται ένα υβριδικό ενεργό φίλτρο μέσης τάσης που χρησιμοποιεί μετατροπέα τριών επιπέδων και συνδέεται απευθείας στο δίκτυο χωρίς να παρεμβάλλεται μετασχηματιστής. Η υπό μελέτη διάταξη αποτελείται από την πηγή τροφοδοσίας, η οποία είναι ονομαστικής τάσεως 4.16 KV (πολική τάση, rms τιμή) και συχνότητας 60 Hz. Επίσης η επαγωγή της πηγής τροφοδοσίας είναι Ls=0.15 mH. Το μη γραμμικό φορτίο της διάταξης μας είναι μια ανορθωτική διάταξη διόδων, όπου στην AC πλευρά της έχει τοποθετηθεί μία επαγωγή LAC για καλύτερη προστασία ρεύματος. Το υβριδικό ενεργό φίλτρο συνδέεται απευθείας στο φορτίο χωρίς την χρήση μετασχηματιστή υποβίβασης της τάσης. Αυτή η συγκεκριμένη υβριδική διάταξη αποτελείται από ένα παθητικό φίλτρο που είναι συντονισμένο στην έβδομη αρμονική συχνότητα και ένα ενεργό αρμονικό φίλτρο. Το ενεργό και παθητικό φίλτρο συνδέονται σε σειρά. Το ενεργό φίλτρο χρησιμοποιεί μετατροπέα τριών επιπέδων. Η προσομοίωση της συγκεκριμένης διάταξης γίνεται με το πρόγραμμα PSCAD. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι με την ενεργοποίηση του υβριδικού φίλτρου η κυματομορφή του ρεύματος τροφοδοσίας γίνεται σχεδόν ημιτονοειδής. Επίσης, βλέπουμε στο φάσμα με τις αρμονικές συχνότητες του ρεύματος τροφοδοσίας ότι είναι απαλλαγμένο από αρμονικές συχνότητες. Επομένως, η συγκεκριμένη διάταξη προσφέρει καλή εκτέλεση φιλτραρίσματος για εφαρμογές μέσης τάσης. / One of the most outstanding problems in Power Systems is the harmonic current. Generally, a harmonic fluctuation is a component frequency of the signal, which is an integer multiple of the fundamental frequency, e.g. if the fundamental frequency is f, the harmonics have frequency 2f, 3f, 4f, and so forth. For the electrical signal, the fundamental frequency is 50 Hz. Therefore, the harmonics of the power frequencies are integer multiples of the fundamental frequency. For example, 100 Hz is the second order harmonic, 150 Hz is the third order harmonic, 200 Hz is the fourth harmonic order and so on. Reason being harmonic current is the presence of nonlinear loads, i.e. loads that getting a current waveform which is different from the voltage waveform, i.e. drag power only in certain areas of tension. The problems caused by harmonics are: a) reducing the power factor that resulting to increased losses in the cable b) resonance resulting in the destruction of capacitors and transformations, c) harmonic voltage distortion which leads to increased losses in motors, d) interferences to control circuits and telecommunications, e) incorrect operation of protective devices, g) harassment of the electrical devices. All these cause degradation of power quality. And considering the increasing use of nonlinear loads, the improve of power quality is imperative in this era. To meet the harmonic current, using harmonic filters. Harmonic filters are divided into three categories. There are passive filters, active filters and hybrid filters. The passive harmonic filters consisting of capacitors, inductors and resistors can be divided into coordination filters and high pass filters. These are connected in parallel with nonlinear loads. Active filters can be divided into parallel active filters and series active filters in terms of the circuit configuration. At present, the parallel active filters are more attractive than the series active filters, in terms of form and function. The parallel active filter can be controlled by the following way. The controller observes the instantaneous load current. It extracts the harmonic current from the observed load current through the digital signal processing. The active filter supplies the load with harmonic current which needs to function properly, thus the power source exempt from the harmonic current. Different from the parallel active filter, the series active filter is controlled by the following way. The controller observes the instantaneous supply current. It extracts the harmonic current from the supply current through the digital signal processing. The active filter applies a voltage which is proportional to the harmonic current and opposite sign on the primary of the transformer which is connected in series with the power source. This results in significant reduction of the harmonic supply current. Hybrid Filters are a combination of a passive filter and an active filter. A very popular hybrid device is the series connection of an active filter and a passive filter. Generally, hybrid filters have advantages over active filters. Some of these are: a) show less voltage in the capacitor of the filter, b) using lower voltage-rated IGBTs as power devices, c) non-appearance of the dominant harmonic voltage at the ends of the active filter, d) less intense switching spikes, e) better filtering performance. In this thesis examined a medium-voltage transformerless hybrid active filter with three-level converter. The device under study consists of the power source, which has rated voltage 4.16 KV (polar voltage, rms value) and frequency 60 Hz. Also, the induction power source is Ls = 0.15 mH. The non-linear load is a diode rectifier device, where in the AC side has placed an induction of LAC to better protection of current. The hybrid active filter is connected directly to the load without the use of voltage step-down transformer. This particular hybrid device consists of a passive filter which is tuned to the seventh harmonic frequency, and an active harmonic filter. The active and passive filter are connected in series. The active filter uses a three-level inverter. The simulation of this device realized with the program PSCAD. The results indicate that after the activation of the hybrid filter, the power supply waveform is almost sinusoidal. Also see the spectrum with the harmonics of the supply current that is free from harmonics. Therefore, this device offers good performance filtering in medium voltage applications.