La méthode des éléments finis est une méthode de modélisation des systèmes, utilisée dans l’ensemble des domaines de la physique ainsi que dans l’ingénierie. Elle permet d’obtenir des résultats précis. Cependant la nécessité de modéliser des systèmes de plus en plus complexes, avec une précision de plus en plus grande, demande une puissance de calcul qui n’est pas toujours disponible. Il est ainsi nécessaire, afin de résoudre ces problèmes, de trouver des méthodes de calcul permettant de conserver cette précision, mais de réduire le temps de calcul.Une solution pour tenter de palier à ce défaut est de décomposer le problème complexe initial en plusieurs sous-problèmes, maillés indépendamment, et entre lesquels il est nécessaire de coupler les solutions. Quelques méthodes permettant de recoller ces maillages sont étudiées dans ce présent mémoire. Elles sont présentées ainsi que quelques outils liés, tels que des méthodes de résolution, et des fonctions de formes plus adaptées à leur utilisation. Il est montré, à travers ces travaux, qu’il est tout à fait possible de recoller les maillages en électrotechnique, et par là d’obtenir des résultats intéressants en terme de précision, et de qualité de solution. Cependant, les méthodes de résolution utilisées ici n’ont pas permis d’obtenir des temps de calculs satisfaisants pour les cas étudiés. / The finite element method is used to model complex systems in all the physics and engineering. This method has a good accuracy. Because of the complexity of the systems, and the require precision, this method need a very large computing capacity, which is not always available. Consequently it is necessary to find calculation methods which allow preserving the accuracy, and reducing the computation time.One way to solve this situation is to decompose the complex problem in several sub-problems, with non-connecting meshes, and reconnect them. Some methods used to reconnect are developed in this work, with some tools, like resolution methods, and new shape functions necessary for this configuration of non-connecting meshes. This work shows the possibility of those methods: they reconnect the different meshes, conserve the accuracy and the quality of the solution. But the solving methods used here do not reduce consequently the computation time.

Στα πλαίσια αυτής της διπλωματικής εργασίας διερευνήθηκε η δυνατότητα της χρήσης τεχνολογίας ασαφούς λογικής και νευρωνικών δικτύων στη γήρανση των μονώσεων. Στον ηλεκτρολογικό εξοπλισμό και ειδικά στον εξοπλισμό που λειτουργεί υπό υψηλή τάση, κύρια συνιστώσα της κατασκευής του είναι η μόνωσή του, η οποία κατά κανόνα είναι και η πλέον ευαίσθητη. Η διάρκεια ζωής του ηλεκτρολογικού εξοπλισμού περιορίζεται από τη διάρκεια ζωής της μόνωσής του. Ο έλεγχος των μονώσεων του ηλεκτρολογικού εξοπλισμού υψηλής τάσης είναι σχολαστικός και γίνεται βάσει κανονισμών που έχουν θεσπισθεί από τους διεθνείς οργανισμούς τυποποίησης (IEC, VDE/DIN, UTE/NF, BS, ANSI, TGL, GOST, ΕΛΟΤ, CENELEC). Ο έλεγχος γίνεται δια της εκτελέσεως δοκιμών σε πειραματικές διατάξεις, με εφαρμογή τάσεων συγκεκριμένων κυματομορφών (βιομηχανικής συχνότητας, κρουστικής κλπ.) και πλάτους πολλαπλασίου εκείνου της τάσης υπό την οποία ο συγκεκριμένος εξοπλισμός θα λειτουργήσει. Παρ' όλα αυτά, μετά από την παρέλευση κάποιου χρονικού διαστήματος, η μόνωση καταστρέφεται κατά τη διάρκεια της κανονικής λειτουργίας του ηλεκτρολογικού εξοπλισμού. Η κυριότερη από τις αιτίες στις οποίες οφείλονται αυτές οι καταστροφές των μονώσεων είναι το φαινόμενο των μερικών εκκενώσεων. Οι μερικές αυτές εκκενώσεις αναπτύσσονται στα διηλεκτρικά του ηλεκτρολογικού εξοπλισμού υπό ορισμένες συνθήκες καταπόνησης και δια της συνεχούς χειροτέρευσης της αντοχής τους, τα οδηγούν σε καταστροφή της μόνωσης υπό την τάση λειτουργίας. Προκειμένου για στερεά μονωτικά υλικά, οι μερικές εκκενώσεις μπορεί να είναι εξωτερικές, δηλαδή να εκδηλώνονται στην εξωτερική επιφάνεια του μονωτικού, η οποία είναι συνήθως και συνοριακή επιφάνεια με κάποιο άλλο αέριο ή υγρό διηλεκτρικό, ή να είναι εσωτερικές, οπότε συμβαίνουν σε κοιλότητες μικρών διαστάσεων, που έχουν σχηματισθεί μέσα στη μάζα του μονωτικού κατά την κατασκευή του. Όμως, η γήρανση ενός διηλεκτρικού δεν επηρεάζει μόνο την διηλεκτρική αντοχή και την τάση διάσπασής του, αλλά και άλλα χαρακτηριστικά μεγέθη του μονωτικού υλικού, όπως την γωνία απωλειών δ και τον συντελεστή απωλειών εφδ. Το μοντέλο που αναπτύχθηκε στα πλαίσια της παρούσης διπλωματικής εργασίας, είναι ικανό να προβλέψει τα χαρακτηριστικά υγιούς μόνωσης. Δέχεται ως εισόδους τη χωρητικότητα του δοκιμίου C, την παράμετρο ψ (ο λόγος της απόστασης της διεπιφάνειας από την ελεύθερη επιφάνεια του δοκιμίου, ως προς το μήκος του δοκιμίου) που ουσιαστικά καθορίζει τη θέση μιας διεπιφάνειας μέσα στο διάκενο και την τάση δοκιμής. Ως έξοδο, κάνει εκτίμηση του συντελεστή απωλειών εφδ. Σε μία γενική θεώρηση το μοντέλο που αναπτύχθηκε δίνει τη δυνατότητα στο χρήστη να εκτιμήσει σύντομα και αξιόπιστα τα χαρακτηριστικά της υγιούς μόνωσης. Τα δεδομένα του αποτελέσματος είναι άμεσα συγκρίσιμα με αυτά της χρησιμοποιημένης μόνωσης, κατόπιν τούτου δύναται να αποτελέσουν βάση για την εκτίμηση της κατάστασής της. Το μοντέλο που προτείνεται, βασίζεται στις αρχές της ασαφούς λογικής και των νευρωνικών δικτύων και χρησιμοποιεί το νευρoασαφές σύστημα ANFIS. Η ασαφής λογική αποτελεί μια γενίκευση της δίτιμης (Boolean) λογικής. Επιτρέπει εκτός από το «αληθές» (τιμή “1”) και το «ψευδές» (τιμή “0”), και τις ενδιάμεσες τιμές. Έτσι, ένα σύστημα μπορεί να περιγραφεί μέσω ενός συνόλου απλών λεκτικών κανόνων «αν –τότε» το οποίο είναι πιο εύχρηστο και πιο κοντά στην ανθρώπινη λογική. Τα ΤΝΔ είναι δίκτυα που αποτελούνται από μη γραμμικά στοιχεία, τους νευρώνες, οι οποίοι αλληλοσυνδέονται με τέτοιο τρόπο ώστε να επεξεργάζονται τις πληροφορίες ταυτόχρονα. Τα κυριότερο χαρακτηριστικό που καθιστούν τα ΤΝΔ ιδιαίτερα, είναι η εφαρμογή τους σε μη γραμμικό έλεγχο. Άλλα βασικά χαρακτηριστικά που έχουν, είναι η ικανότητα ανεκτικότητας σε βλάβες, το μεγάλο πλήθος πληροφοριών που είναι ικανά να επεξεργαστούν όπως και η αντιμετώπιση περιπτώσεων που δεν έχουν ξανασυναντήσει. Το ακρωνύμιο ANFIS προέρχεται από τις λέξεις adaptive neuro-fuzzy inference system. Χρησιμοποιώντας ένα σύνολο εισόδων / επιθυμητών εξόδων , κατασκευάζουμε ένα σύστημα ασαφούς συλλογιστικής στο οποίο οι παράμετροι των συναρτήσεων συμμετοχής προσαρμόζονται μέσα από τη διαδικασία της μάθησης , χρησιμοποιώντας τον αλγόριθμο της προς τα πίσω διάδοσης του σφάλματος σε συνδυασμό με τη μέθοδο των ελαχίστων τετραγώνων. Για την ανάπτυξη του μοντέλου, χρησιμοποιήθηκε το toolbox fuzzy logic του Matlab. Η διαδικασία που ακολουθήθηκε περιλαμβάνει την οργάνωση του δικτύου και των μεταβλητών του, την εκπαίδευση του νευρο-ασαφούς δικτύου και τέλος την επιβεβαίωση των αποτελεσμάτων του. Για την εκπαίδευση του μοντέλου χρησιμοποιήθηκαν μετρήσεις του Εργαστηρίου Υψηλών Τάσεων, Πανεπιστήμιου Πατρών για τα υλικά με την εμπορική ονομασία τερεφθαλικός πολυεστέρας του πολυαιθυλενίου Polyethylene terephthalate (PET) και πολυαιθυλένιο χαμηλής πυκνότητας low density polyethylene, (LDPE). / The scope of this thesis is to investigate the possibility of use of technology of fuzzy logic and neural networks in the insulations aging. In the electrical equipment and specifically in the equipment that functions under high voltage, main component of its manufacture is its insulation, which as a rule is the most sensitive. The duration of life of electrical equipment is limited by the duration of life of its insulation. The control of insulations of electrical equipment of high voltage is meticulous and it becomes under regulations that have been established by the international organizations of standards (IEC, VDE/DIN, UTE/NF, BS, ANSI, TGL, GOST, ΕLΟΤ, CENELEC). The control becomes via the implementation of trials in experimental devices, with application of voltage of concrete wavelengths (industrial frequency, impulse etc) and width of multiple of the voltage under which the particular equipment will function. Nevertheless, after the expiry of the time, the insulation is destroyed at the duration of regular operation of electrical equipment. The most important of the causes in which are owed these destructions of insulations is the phenomenon of certain discharges. These certain discharges are developed in dielectrics of the electrical equipment under certain strain conditions and via the continuous deterioration of their resistance, lead him to destruction of insulation under the voltage of function. With regard to solid insulating materials, the certain discharges can be exterior, which means that they express themselves in the exterior surface of insulating, which is usually also boundary surface with some other gas or liquid dielectric, or be internal, therefore happen in cavities of small dimensions, which have taken shape in the insulating mass at its manufacture. However, the ageing of dielectric does not only affect the dielectric resistance and his tendency of split, but also other characteristic sizes of insulating material, as the angle of losses δ and the factor of losses tanδ. The model that was developed in the frames of this thesis, is capable to forecast the characteristics of a healthy insulation. It accepts as entries the capacity of essay C, parameter ψ (the ratio of distance of interface from the free surface of the essay, to the length of essay) that substantially it determines the location interface into the gap and the tendency of trial. As exit, it makes estimate of factor of losses tanδ. In a general regard the model that was developed gives to the user the possibility of appreciating at an early date and reliably the characteristics of healthy insulation. The data of result are immediately comparable with those of used insulation, so it is possible to constitute the base for the estimate of the situation. The model that is proposed, is based on the principle of fuzzy logic and neural networks and it uses the neural-fuzzy system ANFIS. The fuzzy logic constitutes a generalisation of the Boolean logic. It allows apart from “true” (value “1”) and “false” (value “0”), and the intermediate prices. Thus, a system can be described via a total of simple verbal rules “if - then” which is more easily used and more close to the human logic. The neural networks are networks that are constituted by not linear elements, the neurons, which connected in such a way so as to process the information simultaneously. The main characteristic that gets the neural networks so special is their application in not linear control. Other basic characteristics that they have, is their ability to overhead errors, The amount of the information that are capable to process and to face cases that haven’t met before. The acronym ANFIS derives from the words adaptive neuro-fuzzy inference system. Using a total of entries nad of desirable exits, we manufacture a system of fuzzy syllogistic in which the parameters of the membership functions are adapted through the process of learning. For the development of the model, it was used the toolbox fuzzy logic of Matlab. The process that was followed includes the organisation of network and its variables, the education of the neural-fuzzy network and finally the confirmation of the results. For the education of model were used measurements of Laboratory of High Voltages, of University Patras for the materials called Polyethylene terephthalate (PET) and low density polyethylene, (LDPE).

- / -

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η προστασία ενός μικροδικτύου συνδεδεμένου στο δίκτυο διανομής χαμηλής τάσης από μεγάλα ρεύματα που οφείλονται σε βυθίσεις τάσης του δικτύου διανομής. Η μελέτη θα περιλαμβάνει όλα εκείνα τα στοιχεία που είναι απαραίτητα για τη σύνδεση σε ένα δίκτυο. Συγκεκριμένα, θα περιλαμβάνει τον ανυψωτή τάσης (boost converter) ο οποίος είναι υπεύθυνος για την ανύψωση της συνεχούς τάσης εξόδου της διεσπαρμένης παραγωγής, τον αντιστροφέα (inverter) ο οποίος θα μετατρέπει την συνεχή τάση εξόδου του ανυψωτή σε εναλλασσόμενη με το επιθυμητό πλάτος κ συχνότητα, και τέλος θα περιλαμβάνει το σύστημα ελέγχου το οποίο θα προσπαθεί να ικανοποιεί τις ενεργειακές ανάγκες κάθε φορτίου ρυθμίζοντας κατάλληλα τις παραμέτρους των προηγούμενων μερών. Επιπλέον σε περιπτώσεις βύθισης τάσης η διπλωματική εργασία προτείνει μία μέθοδο ελέγχου η οποία προσπαθεί να άρει την διανυσματική πτώση τάσης στην γραμμή διασύνδεσης μικροδικτύου και δικτύου διανομής. Επειδή η μελέτη ενός τέτοιου πραγματικού συστήματος δεν ήταν εφικτή στα πλαίσια μας διπλωματικής εργασίας, επιλέχθηκε η μέθοδος εξομοίωσης σε ηλεκτρονικό υπολογιστή. Για την εξομοίωση χρησιμοποιήθηκε το πρόγραμμα PSCAD,ένα από τα πλέον καταλληλότερα προγράμματα για την μελέτη των συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας. Η επιλογή του PDCAD στηρίχθηκε στο γεγονός ότι είναι εξαιρετικά εύχρηστο ενώ ταυτόχρονα έχει γρήγορες αποκρίσεις και χρησιμοποιείται κατά κόρον για την προσομοίωση τέτοιων συστημάτων. / The purpose of this diplomathesis is to protect a microgrid, which is connected to low voltage distribution network, of large currents due to voltage sags in the distribution network. This study includes all the elements needed to connect the microgrid to a network. Specifically, it includes the boost converter which is responsible for raising the voltage output of dispersed production, the inverter which will convert the voltage output of the enhancer into alternating with the desired width and frequency and at last it includes the control system which tries to satisfy the energy needs of each load by adjusting appropriate parameters of the previous parameters. Moreover, in cases of voltage sags, this diploma thesis proposes a control method that attempts to eliminate the vector voltage drop in interconnection microgrid and distribution network. Since the study of such a real system was not feasible in our thesis, the method was chosen to be simulated in a computer. The simulation program that was used is the PSCAD, one of the most appropriate programs for the study of electric power systems. The choice of PSCAD relied on the fact that it is extremely handy, with fast responses and is widely used for simulating such systems.

Στην παρούσα διπλωματική εργασία, στόχος είναι η μελέτη του προβλήματος αποσύζευξης τόσο σαν γενική προσέγγιση για την αποσύζευξη εισόδων-εξόδων και διαταραχών, όσο και η εφαρμογή των μεθόδων αποσύζευξης στο σύστημα των τριών διασυνδεδεμένων δεξαμενών. Πιο συγκεκριμένα, χωρίζουμε τη διπλωματική σε τρία κεφάλαια. Στο πρώτο κεφάλαιο, παρουσιάζουμε το μοντέλο των τριών διασυνδεδεμένων δεξαμενών που υπάρχουν στο χώρο του εργαστηρίου και συνδέουμε τη φυσική διάταξη με την ύπαρξη του προβλήματος της σύζευξης στο σύστημα που μελετάμε. Στο δεύτερο κεφάλαιο, μελετάμε τις μεθόδους αποσύζευξης που παρουσιάζονται σε συγκεκριμένα άρθρα που αφορούν τα μη γραμμικά συστήματα και τις σχέσεις εισόδου-εξόδου και αποσύζευξης διαταραχών. Τέλος, στο τρίτο κεφάλαιο, με βάση τα αποτελέσματα που έχουμε αποκομίσει από το δεύτερο κεφάλαιο, εφαρμόζουμε μεθόδους αποσύζευξης εισόδου-εξόδου για το σύστημά των τριών διασυνδεδεμένων δεξαμενών και βγάζουμε τα συμπεράσματά μας για το αν εφαρμόζεται η κάθε μέθοδος και τι αποτελέσματα θα μας επιφέρει. / -

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι ο σχεδιασμός και η ανάπτυξη προγράμματος ελέγχου του συστήματος ηλεκτρικών παροχών του Εργαστηρίου Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας, με τη χρήση Προγραμματιζόμενου Λογικού Ελεγκτή. Συγκεκριμένα, κατά τη διάρκεια εκπόνησης της διπλωματικής αυτής εργασίας, αναπτύχθηκε πρόγραμμα ελέγχου ομαλής εκκίνησης ασύγχρονου τριφασικού κινητήρα, με τη βοήθεια ενός ηλεκτρομηχανικού ζεύγους αποτελούμενου από μηχανή συνεχούς ρεύματος, συνδεδεμένης σε κοινό άξονα με σύγχρονη μηχανή. Επιπλέον, αναπτύχθηκε ένα αυτοματοποιημένο πρόγραμμα ελέγχου της ισχύος της σύγχρονης μηχανής του Εργαστηρίου, καθώς και ένα πρόγραμμα για βελτίωση του συντελεστή ισχύος της εγκατάστασης, λειτουργώντας τη σύγχρονη μηχανή, είτε ως γεννήτρια παραλληλισμένη στο δίκτυο, είτε ως κινητήρα εν κενώ. Τέλος, πραγματοποιήθηκαν εκτενείς δοκιμές στα δύο αυτά προγράμματα και γενικότερα στο σύστημα παροχής τάσεων του Εργαστηρίου, με σκοπό την πλήρη ετοιμότητα του για τους εκπαιδευτικούς και εργαστηριακούς σκοπούς για τους οποίους απευθύνεται. / The purpose of this thesis is to design and develop a control system of the Electromechanical Energy Conversion Laboratory, using a Programmable Logic Controller. Specifically, during the preparation of this thesis, a control program three phase asynchronous motor soft-starter has been developed, using a electromechanical couple consisting of machine dc coupled to a common shaft with a sychronous machine. Additionally, an automated program to control power of modern machine workshop as well as a program to improve the power factor of the installation has been developed, using a modern machine, either as a generator , either as a motor.Finally, there have been extensive tests on these two programs and generally in the supply system of the laboratory, in order to the system be totally ready for use.

Στην παρούσα διδακτορική διατριβή αναλύθηκαν και μελετήθηκαν διάφορα συστήματα (ΗμΕ) προκειμένου να παρουσιαστεί η μοντελοποίηση τους. Κατά τη μοντελοποίηση αυτή, μελετήθη-καν τα χαρακτηριστικά τους και αναλύθηκε η συμπεριφορά τους. Στη συνέχεια, αναπτύχθηκαν νόμοι ελέγχου, οι οποίοι εφαρμόστηκαν στα συστήματα των ΗμΕ προκειμένου να επιτευχθεί ο έλεγχος της συμπεριφοράς τους. Αναλυτικότερα τα ζητήματα με τα οποία ασχολήθηκε η διατριβή αυτή παρουσιάζονται παρακάτω. Αρχικά πραγματοποιήθηκε η μοντελοποίηση των κάτωθι συστημάτων ΗμΕ: α) ένα σύστημα ΗμΕ του κυρίαρχου βαθμού ελευθερίας, β) ένα σύστημα ΗμΕ δύο βαθμών ελευθερίας και γ) ένα σύστημα ΗμΕ του κυρίαρ-χου βαθμού ελευθερίας στη μοντελοποίηση του οποίου λαμβάνεται υπόψιν η παρουσία του αέρα. Στη συνέχεια της διδακτορικής αυτής παρουσιάζονται και αναλύονται οι ελεγκτές οι οποίοι αναπτύχθηκαν και χρησιμοποιήθηκαν για τη μελέτη των συστημάτων αυτών και οι οποίοι είναι οι εξής: α) ένας Σθεναρός PID ελεγκτής, β) ένας Σθεναρός Η-infinity ελεγκτής, γ) ένας Σθεναρός Διακοπτικός PID ελεγκτής και δ) ένας H-infinity ελεγκτής προκαθορισμένων κερδών. Από την εφαρμογή των προτεινόμενων νόμων ελέγχου στα συστήματα ΗμΕ προκύπτουν τα αποτελέσματα της διδακτορικής αυτής διατριβής. Τα αποτελέσματα αυτά χωρίζονται σε δύο κατηγορίες. Αρχικά σε αυτά που αφορούν τη συμπεριφορά και τα χαρακτηριστικά των συστημάτων των ΗμΕ και στη συνέχεια σε αυτά τα οποία σχετίζονται με την εφαρμογή των νόμων ελέγχου στα συστήματα των ΗμΕ. Η κύρια συνεισφορά της διδακτορικής διατριβής αναφέρεται τόσο στην πρόταση νέων τεχνικών ελέγχου για τα συστήματα των ΗμΕ καθώς και η εφαρμογή με επιτυχία των τεχνικών αυτών στα συστήματα τα οποία μελετήθηκαν κατά τη διεκπόνηση της διατριβής. / In the present Phd thesis different systems of Electrostatic micro Actuators (EmA) have been presented and analyzed. During the modeling process the systems have been observed in order to provide the special characteristics and the special behavior of each model. In addition special control laws have been presented in order to control the movement of the movable parts of the EmAs. In general the main issues of this PhD thesis are presented in the sequel. Firstly the modeling of the following EmAs is presented: a) an EmA whose one plate is moving parallel to the x-axis b) an EmA whose plate is moving parallel to the x-axis and is also making an angular rotation c) an EmA system with squeezed film damping effects (presence of air between the moving surfaces). In the sequel the control laws that have been designed for the aforementioned systems are presented. The designed controllers are: a) a Robust PID controller b) a Robust Switching PID controller c) a robust Η-infinity controller and d) a robust Gain Scheduled H-infinity controller. In the last part of this thesis, the simulation results are presented concering both the behavior of the systems as well as the results provided by the application of the control laws.