Köln, Universiẗat, Diss., 2000.

Alan B. Macnee. / "August 17, 1949." / Bibliography: p. 20-21. / Army Signal Corps Contract No. W36-039-sc-32037 Project No. 102B Dept. of the Army Project No. 3-99-10-022

Η παρούσα διπλωματική πραγματεύεται την μελέτη ενός αιολικού συστήματος παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας συνδεδεμένο στο δίκτυο χαμηλής τάσης. Το αιολικό σύστημα συγκροτείται από μία σύγχρονη γεννήτρια μόνιμων μαγνητών και διατάξεις ηλεκτρονικών ισχύος που μετατρέπουν αρχικά την εναλλασσόμενη τάση σε συνεχή και στη συνέχεια τη συνεχή τάση σε εναλλασσόμενη συχνότητας 50Hz για τη σύνδεση με το δίκτυο. Πιο συγκεκριμένα, χρησιμοποιούνται κατά σειρά μία μη ελεγχόμενη ανορθωτική γέφυρα με διόδους για την ανόρθωση της τάσης, ένας μετατροπέας για την ανύψωση και σταθεροποίηση της τάσης τύπου Boost και τέλος ένας μονοφασικός αντιστροφέας με MOSFET. Σκοπός της εργασίας είναι η μελέτη, η προσομοίωση στον υπολογιστή καθώς και η κατασκευή της τελευταίας βαθμίδας σύνδεσης με το δίκτυο, δηλαδή του μονοφασικού αντιστροφέα. / This project deals with the study of a wind power system of production of electric energy which is connected in the low voltage network. This wind power system is constituted by a synchronous generator of permanent magnets and also by power electronics that convert the alternating voltage (A/C), which is produced by the generator, to continuous voltage (D/C) and back again to alternating voltage of 50Hz frequency in order to establish a connection with the network. In particular, we used a non controlled rectifier with diodes for the rectification of the voltage, a Boost converter for the elevation and the stabilisation of the voltage, a single-phase inverter with MOSFETs and finally a single-phase transformer. The goal of this project is the study, the simulation as well as the manufacture of the last part of the previous wind power system that is the single-phase inverter.

Philosophiae Doctor - PhD / This thesis describes research work undertaken to study neutron pairing correlations in 136Ba via the 138Ba(p, t) pair transfer reaction and to perform high-precision spectroscopy of low-lying states in 136Cs using the 138Ba(d, ) reaction. The aim of this project was to provide useful spectroscopic information relevant for matrix element calculations of 136Xe neutrinoless double beta decay. This work is relevant because neutrinoless double beta decays are standard-model-forbidden lepton number violating processes, which if observed, would establish the Majorana nature of the neutrinos and also determine the absolute mass scale of the light Majorana neutrinos. Our experiments show a signi cant fragmentation of the two-neutron transfer (p, t) strength to excited 0+ states in 136Ba, which could signi cantly affect future matrix element calculations. Additionally we obtain information on 65 new states in 136Cs observed in this work. It is anticipated that these new information will play a vital role in improving the precision of calculated matrix elements for 136Xe double beta decays.

Σκοπός της παρούσης διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη μιας ανεμογεννήτριας με επαγωγική μηχανή δακτυλιοφόρου δρομέα με διασύνδεση συνεχούς ρεύματος στο δίκτυο. Η διασύνδεση συνεχούς ρεύματος αποτελείται από έναν πυκνωτή που είναι συνδεδεμένος με την πλευρά της μηχανής μέσω ενός ac/dc πλήρως ελεγχόμενου ανορθωτή ισχύος ενώ με την πλευρά του δικτύου συνδέεται μέσω ενός dc/ac πλήρως ελεγχόμενου αντιστροφέα ισχύος. Ο πυκνωτής , ο ανορθωτής και ο αντιστροφέας είναι συνδεδεμένοι σε σειρά και αποτελούν την dc διασύνδεση. Η μελέτη γίνεται αρχικά με την θεωρητική ανάλυση του συστήματος της ανεμογεννήτριας. Για την θεωρητική ανάλυση χρησιμοποιείται για διευκόλυνση ο μετασχηματισμός Park που μετασχηματίζει το τριφασικό a-b-c σύστημα των εξισώσεων του συστήματος στο d-q πλαίσιο αναφοράς. Η ανάλυση μας οδηγεί στην εξαγωγή των εξισώσεων στον χώρο κατάστασης και έτσι οδηγούμαστε στο μαθηματικό μοντέλο του συστήματος. Στην συνέχεια παρουσιάζεται η θεωρία ελέγχου του συστήματος της επαγωγικής γεννήτριας και γίνεται ο προσδιορισμός των κερδών των cascaded PI ελεγκτών. Στο τελικό στάδιο της διπλωματικής εργασίας γίνεται η προσομοίωση του συστήματος και της συμπεριφοράς του κατά την μεταβολή του ανέμου. Ο άνεμος στην πρώτη περίπτωση μεταβάλλεται βηματικά και στην δεύτερη περίπτωση με τυχαίο τρόπο. Με την χρήση του λογισμικού Simulink του Matlab εξάγουμε τις γραφικές παραστάσεις των χαρακτηριστικών μεγεθών : ρευμάτων, τάσεων, ροών, ισχύων του συστήματος και παρατηρώντας τα αποτελέσματα αυτών καταλήγουμε σε σχετικά συμπεράσματα για το προς μελέτη σύστημα. / The purpose of this thesis is to study a wind turbine with a wound rotor induction generator which is connected to the network with a dc link. The dc link is made of a capacitor which is connected to the side of the machine with a fully controlled ac/dc power rectifier and to the network side with a fully controlled dc/ac inverter. The capacitor, the rectifier and the inverter are connected in series and comprise the dc link. Firstly, it is necessary to begin with the theoretical analysis of the system of the wind turbine. At the system analysis is used the Park transformation that transforms the three-phase a-b-c system of equations at the d-q reference frame. Our analysis leads to be exported the equations in state space which are the mathematical model of the system. Then we present the cascaded PI controller design and the gain tuning for the system of the wound rotor induction generator. In the final stage of the thesis there is the simulation of the system and its behavior during the change of wind. In the first case, the wind change stepwise and in the second case in a random manner. By using the software of Simulink at Matlab we draw the graphs of feature sizes such as: currents , voltages , flows and power of the system and as we observe the results of the graphs we arrive at conclusions about the under study system.

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη των ανεμογεννητριών, η ανάλυση των επιμέρους συστημάτων τους και η μελέτη της σύνδεσης τους με το δίκτυο μέσω ενός ελεγκτή ομαλής εκκίνησης. Αρχικά, γίνεται αναφορά στις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας και στην ιστορική εξέλιξη των ανεμογεννητριών, καθώς και στις επικρατούσες συνθήκες στην Ευρώπη και στην Ελλάδα. Έπειτα παρουσιάζονται χαρακτηριστικά μεγέθη του ανέμου και θεμελιώδεις έννοιες των αιολικών συστημάτων. Στη συνέχεια γίνεται μια εκτενής αναφορά στα επιμέρους συστήματα που συνθέτουν μια ανεμογεννήτρια και στους τρόπους ελέγχου της. Ακόμα, παρουσιάζονται οι διάφοροι τύποι γεννητριών που μπορούν να συνδεθούν και ο τρόπος λειοτυργίας των ανεμοκινητήρων. Έτσι, προκύπτει η μελέτη της απευθείας σύνδεσης με το δίκτυο μέσω ενός ελεγκτή ομαλής εκκίνησης (soft starter). Πρώτα γίνεται μια εισαγωγή στους soft starters, ορίζονται κάποιες βασικές έννοιες, γίνεται αναφορά στα υπόλοιπα μέρη του συστήματος και έπειτα μελετάται η παλμοδότηση κ λειτουργία των θυρίστορ των ελεγκτών. Τέλος, παρατίθενται τα μοντέλα πέμπτης και τρίτης τάξης της επαγωγικής γεννήτριας, οι εξισώσεις για τις ισχείς P και Q, η μέθοδος ελέγχου του soft starter (sliding mode), ο προτεινόμενος ελεγκτής και η υλοποίηση του. / The purpose of this thesis, is the study of wind turbines, the analysis of the individual parts of them and the study of the connection process to the network with a soft starter. Firstly, there is a reference to the renewable power sources and a historic development of wind turbines. Some important terms about the wind are referred and also some fundamental meanings about wind power systems.In addition, the parts of a wind turbine are referred and the ways of control. Furthermore, the different kinds of generators are presented, as well as the way they operate. Therefore, there is a study about the direct connection of a wind turbine to the grid through a soft starter. The soft starter is studied and the way it operates.Finally, is presented the induction machine's fifth and third order model, as well as the proposed controller and his implementation.

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται αφ’ενός μεν την ανάλυση, μέσω προσομοίωσης, ενός αιολικού συστήματος παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, συνδεδεμένο στο δίκτυο χαμηλής τάσης αφ’ετέρου δε την κατασκευή ενός τμήματος του συστήματος αυτού και ειδικότερα του μετατροπέα ανύψωσης τάσης. Η εργασία αυτή εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών του Πανεπιστημίου Πατρών. Το αιολικό σύστημα αποτελείται από μία ανεμογεννήτρια με σύγχρονη γεννήτρια μόνιμων μαγνητών και διατάξεις ηλεκτρονικών ισχύος που μετατρέπουν αρχικά την εναλλασσόμενη τάση σε συνεχή και στη συνέχεια τη συνεχή τάση σε εναλλασσόμενη, συχνότητας 50Hz, ώστε να επιτευχθεί σύνδεση με το δίκτυο χαμηλής τάσης. Πιο συγκεκριμένα, χρησιμοποιούνται κατά σειρά μία μη ελεγχόμενη ανορθωτική γέφυρα με διόδους για την ανόρθωση της τάσης που παράγεται από τη γεννήτρια, ένας μετατροπέας τύπου Flyback για την ανύψωση και σταθεροποίηση της τάσης και τέλος, ένας μονοφασικός αντιστροφέας τάσης αποτελούμενος από ημιαγωγικούς διακόπτες τύπου MOSFET ελεγχόμενος με τη μέθοδο SPWM. Τέλος, η έξοδος του αντιστροφέα, μέσω κατάλληλου φίλτρου LC, συνδέεται στο δίκτυο. Πρώτος στόχος της εργασίας είναι αρχικά η ανάλυση του κάθε υποσυστήματος και συνέχεια του συνολικού συστήματος της ανεμογεννήτριας. Επίσης, σκοπός της εργασίας αυτής είναι η κατασκευή διάταξης ανύψωσης και σταθεροποίησης της τάσης για τη σύνδεση της ανεμογεννήτριας του εργαστηρίου, ισχύος 1kW, με το δίκτυο χαμηλής τάσης, ώστε να χρησιμοποιηθεί για εργαστηριακούς και ερευνητικούς σκοπούς. Αρχικά, μετά από μια σύντομη αναφορά στα συστήματα μετατροπής αιολικής ενέργειας σε ηλεκτρική, γίνεται μια λεπτομερής ανάλυση των προδιαγραφών του υπό μελέτη αιολικού συστήματος. Στη συνέχεια γίνεται αναλυτική περιγραφή της τοπολογίας ανύψωσης και σταθεροποίησης τάσης, τύπου Flyback. Κατόπιν, μοντελοποιούνται τα επιμέρους μέρη του αιολικού συστήματος, δίνοντας ιδιαίτερη έμφαση στον μετατροπέα ανύψωσης και σταθεροποίησης της τάσης. Ακολούθως τα επιμέρους υποσυστήματα προσομοιώνονται ώστε να μελετηθεί λεπτομερώς η λειτουργία του καθενός στο σύστημά μας, ενώ τέλος, γίνεται προσομοίωση ολόκληρου του συστήματος ώστε να περιγραφεί η συμβολή της ανεμογεννήτριας στο δίκτυο χαμηλής τάσης. Εν τέλει, αναλύονται όλα τα τεχνικά και κατασκευαστικά χαρακτηριστικά του μετατροπέα Flyback και των κυκλωμάτων από τα οποία συγκροτείται και παρατίθενται παλμογραφήματα και μετρήσεις από την διενέργεια πειραματικών μετρήσεων. / --

Η παρούσα διπλωματική εργασία αφορά την διαχείριση της αιολικής ενέργειας και την δημιουργία προγράμματος υπολογισμού των καμπυλών «Weibull» σε μετρημένα ανεμολογικά στοιχεία περιοχών, και δυνατότητα αποθήκευσης, επεξεργασίας και ανάκτησης δεδομένων ανά περιοχή. Αρχικά στο πρώτο κεφάλαιο μελετώνται μερικές θεμελιώδης αρχές που διέπουν τον άνεμο όπως για παράδειγμα η ισχύς του. Στην συνέχεια αναλύεται η μεταβλητότητα των ανέμων με τον χρόνο, τον χώρο και την ύπαρξη επιφανειακών εμποδίων αλλά και η εξάρτηση του από το ύψος. Στο δεύτερο κεφάλαιο γίνεται μια ιστορική αναδρομή στην ανάπτυξη της αιολικής ενέργειας αλλά και προβλέψεις για τις μελλοντικές εξελίξεις της. Στο κομμάτι αυτό παρουσιάζεται και η ανάπτυξη της αιολικής ενέργειας στην Ελλάδα. Αναλύονται επίσης ζητήματα που αφορούν την παραγωγή ενέργειας, το κόστος παραγωγής, το κόστος αιολικής ενέργειας, την διασύνδεση στο δίκτυο παροχής αλλά και περιβαλλοντολογικά ζητήματα. Στο τρίτο κεφάλαιο ταξινομούνται οι ανεμογεννήτριες με βάση κάποια κύρια χαρακτηριστικά τους, αναλύονται τα μέρη ανεμογεννήτριας οριζοντίου άξονα και περιγράφονται οι σχεδιαστικές επιλογές για τα κύρια μέρη. Το τέταρτο κεφάλαιο αφορά τα χαρακτηριστικά της αιολικής απόδοσης. Συγκεκριμένα περιγράφονται έννοιες όπως αυτή της αιολικής διείσδυσης ενός αιολικού πάρκου ή του συντελεστή δυναμικού της γεννήτριας, εκτιμάται η ετήσια ενεργειακή παραγωγή, και αναφέρεται η αξιοπιστία των αιολικών συστημάτων (διαθεσιμότητα, ανταποδοτικότητα κόστους κλπ). Στο κεφάλαιο πέντε, αναλύεται η διανομή Weibull : μιας συνεχής κατανομή πιθανότητας, η οποία προσδιορίζει την πιθανότητα εμφάνισης όλως των δυνατών ταχυτήτων ανέμου σε μια περιοχή βάση μόνο δύο παραμέτρων. Οι παράμετροι αυτοί υπολογίζονται. Τέλος στο κεφάλαιο έξι επεξηγείται η λειτουργία του προγράμματος μας και εφαρμόζεται ένα παράδειγμα με μετρημένα ανεμολογικά στοιχεία της περιοχής «Χώρα Κύθνου» για το έτος 1984. / This thesis has to do with the management of wind energy and the construction of a java program for calculating the “Weibull” curves on measured wind data of areas, giving the capability of storage, editing and retrieving the data of each area. To begin with, in the first chapter some fundamental principles of wind, such as its power, are studied. Later on, we study the variability of wind in relation with the time, location and the existence of obstacles and the dependence of the wind on height. In the second chapter, we examine the history of the early development of wind energy and forecasts for future developments. In this part, we also examine the development of wind energy in Greece. Moreover, we describe issues related to energy production, wind energy costs, generation costs, connection on the grid and environmental issues as well. In third chapter, wind turbines are sorted in relation to some basic characteristics, then the basic parts of horizontal axis wind turbines are described and later on we state design choices of the main parts. The fourth chapter has to do with the characteristics of wind energy performance. To be more accurate, we estimate the annual energy production and we indicate the reliability of wind energy systems (like availability and so on). We also introduce the terms of capacity factor of the generator. In chapter five, we analyze the Weibull distribution : a continuous probability distribution, which determines the probability of all the wind speeds appearance in an area based on only two parameters. These parameters are calculated. Finally, in the sixth chapter, the operation of the java program is explained and an example with measured wind data of the area «Χώρα Κύθνου» for the year 1984 is applied.

Σκοπός αυτής της διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη όλων των στοιχείων που είναι αναγκαία για την κατασκευή ενός υπεράκτιου αιολικού πάρκου και της διασύνδεσης του στο δίκτυο μεταφορά και διανομής ηλεκτρικής ενέργειας. Γίνεται μια αναφορά στις ανεμογεννήτριες που υπάρχουν και μπορούν να τοποθετηθούν σε αντίστοιχες μελέτες. Επίσης οι τοπολογίες που μπορούν να στηρίξουν στη διασύνδεση των ανεμογεννητριών και να καταστήσουν δυνατή την δημιουργία ενός πάρκου ,αλλά και τα τεχνολογικά μέσα με τα οποία μπορούμε να μεταφέρουμε αυτή την ενέργεια στο δίκτυο διανομής και μεταφοράς ώστε να χρησιμοποιηθεί προς οποιαδήποτε κατεύθυνση. Τέλος παρουσιάζεται μια μελέτη ενός πάρκου σε μια παράκτια περιοχή της χώρας προσδίδοντας στοιχεία όμοια με τις περισσότερες περιοχές που μπορούν να δεχτούν μια τέτοια κατασκευή. Η μελέτη ολοκληρώνεται με μια προσομοίωση μιας ανεμογεννήτριας του τύπου που προτείνεται να εγκατασταθεί και παρουσιάζει τα αποτελέσματα λειτουργίας της στις αιολικές συνθήκες που επικρατούν το μεγαλύτερο διάστημα. / The aim of this dissertation was to present a project of an offshore wind farm including every point which is considered on a familiar construction and reviling the kinds of connections to the grid between that. There is a reference to the spices of wind turbines produced and used by the industry. Moreover the topologies of wind farms based on hvac or hvdc transmission systems, presenting categories with solutions for both cases. At the end a project of an offshore farm in the Greek coastline took place providing a solution to the majority of same areas around Greece with the same wind characteristics and depths. To sum up a simulation of a DFIG wind turbine functioned under the areas’ wind data giving an image of the pure power that is able to produce.

Στις μέρες μας το ενεργειακό πρόβλημα αποτελεί ένα από τα σπουδαιότερα προβλήματα του πλανήτη, το οποίο μαζί με την ραγδαία κλιματική αλλαγή οδηγούν στην ανάγκη για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας με όσο πιο οικονομικό αλλά και φιλικό προς το περιβάλλον τρόπο. Συνεπώς οι Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας και κυρίως η αιολική ενέργεια αποκτούν σπουδαίο ρόλο στο στόχο αυτό και αλλάζουν άρδην τόσο τον Ευρωπαϊκό όσο και τον Παγκόσμιο ενεργειακό χάρτη. Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετάμε μια διάταξη ανεμογεννήτριας, η οποία αποτελείται σε πρώτη φάση από μια επαγωγική μηχανή βραχυκυκλωμένου κλωβού (SCIG), από έναν μετατροπέα συχνότητας (back-to-back converter) και από ένα σε σειρά συνδεδεμένο τριφασικό R-L φίλτρο στην ac πλευρά μέχρι το ζυγό διασύνδεσης με το δίκτυο, ενώ στη συνέχεια προσθέτουμε, μετά το R-L φίλτρο, μια συστοιχία πυκνωτών συνδεδεμένων σε αστέρα, ένα τριφασικό R-L φορτίο στο ίδιο σημείο με τη συστοιχία πυκνωτών καθώς και τη γραμμή μεταφοράς για σύνδεση με το δίκτυο. Σκοπός λοιπόν αυτής της εργασίας είναι να μελετήσουμε το πλήρες σύστημα της ανεμογεννήτριας στο d-q στρεφόμενο σύστημα κάθετων αξόνων μέσω του μετασχηματισμού Park. Στη συνέχεια προχωρούμε στον υπολογισμό των εξισώσεων στο χώρο κατάστασης και τελικά προτείνουμε ένα σύστημα ελέγχου το οποίο βασίζεται στους PI ελεγκτές. Τέλος, προσομοιώνουμε το πλήρες σύστημα με το Simulink του MATLAB και στη συνέχεια παρουσιάζουμε τις αποκρίσεις των προσομοιώσεων και εξάγουμε συμπεράσματα. / Nowadays the energy problem is one of the most important global problems, which together with the rapid climate change lead to the need for power generation as more economical and environmentally friendly way. Therefore, the Renewable Energy Sources and especially wind power have a great role in this objective and radically change both the European and the global energy map. In this paper we study a wind turbine device, which consists at first of a squirrel cage induction generators (SCIG), a frequency converter (back-to-back converter) and an three-phase R-L filter on the grid side and then me add, after the filter, a capacitor bank connected in star, a three-phase R-L load at the same point with the capacitor banks and the transmission line for grid connection. Aim of this thesis is to study the complete wind turbine system in the d-q rotating vertical axes system through the Park transformation. Then we proceed to the calculation of the equations in state space and eventually propose a control system based on PI controllers. Finally, we simulate the complete system with the MATLAB/Simulink and then we present simulations of the responses and draw conclusions.