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 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 μέσω της οποίας εκτελείται ένας αλγόριθμος εύρεσης του σημείου μέγιστης ισχύος της ανεμογεννήτριας (MPPT) και μια δεύτερη βαθμίδα που μετατρέπει τη συνεχή τάση σε εναλλασσόμενη (αντιστροφέας) και διατηρεί σταθερή την τάση στον πυκνωτή διασύνδεσης που παρεμβάλλεται μεταξύ των δύο βαθμίδων με έλεγχο της ενεργού ισχύος που εγχέει στο δίκτυο, ενώ παράλληλα παράγει ρεύμα συμφασικό με την τάση του δικτύου (μοναδιαίος συντελεστής ισχύος). Αυτός ο αντιστροφέας αποτελεί και ένα το κύριο αντικείμενο μελέτης και κατασκευής της παρούσας διπλωματικής εργασίας. Αρχικά παρουσιάζονται τα πλεονεκτήματα και οι δυσκολίες στην εκμετάλλευση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και ιδιαίτερα της αιολικής, αναλύονται οι προοπτικές σήμερα, ενώ παρατίθενται και συγκρίνονται οι 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 θεωρητική ανάλυση όλων των εμπλεκομένων μονάδων της τοπολογίας. Ιδιαίτερη βαρύτητα δίνεται στην ανάλυση της λειτουργίας του μονοφασικού αντιστροφέα και κυρίως στη μέθοδο παλμοδότησης, που είναι γνωστή υπό τον όρο “Ημιτονοειδής Διαμόρφωση του Εύρους Παλμών” (SPWM). Επόμενο βήμα αποτέλεσε η διαστασιολόγηση ολόκληρου του υπό μελέτη συστήματος, η μελέτη διαφόρων μεθόδων ελέγχου της ροής ισχύος του αντιστροφέα και η μετέπειτα προσομοίωση του μονοφασικού αντιστροφέα και των μεθόδων ελέγχου που μελετήθηκαν. 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. / This diploma thesis has to do with the study and the construction of a single phase inverter for the interconnection of a 1kW wind power generator with the low voltage grid. This research was conducted in the Laboratory of Electromechanical Energy Conversion, in the Department of Electrical and Computer Engineering, of the University of Patras. The ultimate aim of this work is the construction of an inverter in order to interconnect the wind turbine with the low voltage power grid with control of active power injected into the grid and generating current, in phase to the grid voltage (unity power factor). Initially, the advantages and challenges in exploiting the renewable energy sources, especially wind power, are analyzed; and today’s perspectives are seen as well. We also present technologies of interconnecting wind turbine technologies to the high, medium and low voltage grid, aiming to provide a complete presentation of the studied subject. We then present a theoretical analysis of all the topology units involved. Particular emphasis is given on the analysis of the inverter operation and especially on the single-phase pulse width modulation method, also known as SPWM. The next step was the sizing of the entire system, the study of different methods to control the flow of the inverter’s power and the subsequent simulation of the single-phase inverter and the control methods that were studied. We conclude by analyzing the technical characteristics of the inverter constructed, and the circuits that consist it and describe the logic of the flowchart of the microcontroller programming code and the techniques used to set the pulses. The final stage is the conduction of experiments with the construction in the lab and the writing of the results.

- / -

Στην παρούσα διπλωματική εργασία παρουσιάζεται μια νέα προσέγγιση της επαγωγικής μηχανής δακτυλιοφόρου δρομέα που χρησιμοποιείται σε συστήματα ανεμογεννητριών. Αρχικά γίνεται μια σύντομη παρουσίαση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και ειδικότερα της αιολικής ενέργειας. Παρουσιάζονται τα είδη των ανεμογεννητριών και τα συστήματα κινητήρων που χρησιμοποιούνται σε αυτές και ακολουθεί η ταξινόμηση, η ανάλυση και ο διανυσματικός έλεγχος του μετατροπέα προς την πλευρά του δικτύου και προς την πλευρά του δρομέα της επαγωγικής γεννήτριας διπλής τροφοδοσίας (DFIG). Τέλος μελετάται μια εναλλακτική προσέγγιση της επαγωγικής μηχανής ελεγχόμενου δρομέα και στάτη από τριφασικό μετατροπέα και ακολουθεί η προσομοίωση των εξισώσεων του συστήματος με τη βοήθεια του Matlab. / This thesis presents a new approach of the wound rotor induction machine used in wind turbine systems. First we make a brief presentation of renewable energies and especially of the wind energy. We present the kinds of wind turbines and engine systems used in them, followed by classification, analysis and vector control of the inverter on the side of the grid and to the side of the rotor of double fed induction generator (DFIG). Finally, we study an alternative approach of the induction machine controlled by rotor and stator of a three-phase converter, followed by the simulation of the equations of the system with the help of Matlab.

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται τη μελέτη της επίδρασης ενός αιολικού συστήματος στην ευστάθεια ενός κοινού συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας κατά τη λειτουργία της μόνιμης κατάστασης. Πιό συγκεκριμένα: Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μία εισαγωγή σχετικά με την χρήση της αιολικής ενέργειας από τα παλαιά χρόνια έως και σήμερα, αλλά και στοιχείων που αφορούν τόσο την Ελλάδα αλλά και άλλες χώρες. Στο δεύτερο κεφάλαιο αναλύονται τα αιολικά συστήματα ως προς τη δομή τους, τη λειτουργία τους, τα προβλήματα που προκαλούν αλλά και τα οφέλη που αποφέρουν. Στο τρίτο κεφάλαιο ακολουθεί μία κατηγοριοποίηση των συστημάτων ανεμογεννητριών ως προς τον τύπο γεννήτριας που περιέχουν αλλά και τον τρόπο λειτουργίας τους. Στο τέταρτο κεφάλαιο γίνεται ανάλυση της διείσδυσης της αιολικής ενέργειας ως προς την κλίμακα διείσδυσης (μικρή – μεγάλη), τις προϋποθέσεις σωστής χρησιμοποίησής τους καθώς και των προβλημάτων που προκύπτουν σχετικά με την ευστάθεια τάσης αλλά και τη συχνότητα. Στο πέμπτο κεφάλαιο περιγράφεται η ανάλυση ροής φορτίου και πίο συγκεκριμένα η μέθοδος Newton-Raphson που χρησιμοποιήσαμε για την πραγματοποίηση του πειραματικού κομματιού αυτής της εργασίας. Στο έκτο κεφάλαιο παρουσιάζονται οι προσομοιώσεις που πραγματοποιήσαμε μαζί με τα αποτελέσματα που προέκυψαν. Τέλος στο έβδομο κεφάλαιο ακολουθεί σχολιασμός των παραπάνω αποτελεσμάτων. / This diploma thesis examines the influence of a wind energy system on the stability of a common electric power system during the steady state operation. More specifically: In the first chapter, there is an introduction related to the usage of wind energy from the past years up to nowadays, and also facts related not only to Greece but also other countries. In the second chapter, the wind energy systems are analyzed for their structure, the way they operate, the problems they cause and the benefits they yield. In the third chapter, there is a categorization of the wind energy systems in terms of the generator type the use and the state they operate. In the fourth chapter, there is an analysis of the wind power integration depending on the integration scale (small-scale – large-scale), the conditions of correct usage, as well as the problems that appear and are related to the voltage stability and the frequency. In the fifth chapter, the load flow procedure is described and more particularly the Newton-Raphson procedure that was used in this case. Ιn the sixth chapter, the simulation is presented along with the results. Finally, in the seventh chapter there are comments related to the results above.

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται αφ’ ενός μεν τη μελέτη και προσομοίωση ενός αιολικού συστήματος παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας συνδεδεμένο στο δίκτυο χαμηλής τάσης, αφ’ ετέρου δε την υλοποίηση του βρόχου ελέγχου ενός τμήματος του συστήματος αυτού. Η εργασία αυτή εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών. Σκοπός της εργασίας είναι η μελέτη ενός αιολικού συστήματος το οποίο συγκροτείται από μια ανεμογεννήτρια με σύγχρονη γεννήτρια μόνιμων μαγνητών, στην έξοδο της οποίας συνδέονται κατά σειρά μια μη ελεγχόμενη ανορθωτική γέφυρα με διόδους, ένας μετατροπέας τύπου Boost για την ανύψωση και σταθεροποίηση της τάσης, ένας μονοφασικός αντιστροφέας με ένα φίλτρο στην έξοδό του και ένας μονοφασικός μετασχηματιστής για την κατάλληλη ανύψωση της τάσης και τη σύνδεση με το δίκτυο χαμηλής τάσης. Ιδιαίτερη βαρύτητα δίνεται στη μελέτη και λειτουργία κλειστού βρόχου του μετατροπέα Boost. Αρχικά, γίνεται μία γενική αναφορά πάνω στις εφαρμογές των αιολικών συστημάτων και την προβλεπόμενη εισχώρησή τους στο ενεργειακό ισοζύγιο, ενώ παρουσιάζονται και οι δύο βασικές μέθοδοι λειτουργίας των συστημάτων μετατροπής της αιολικής ενέργειας σε ηλεκτρική, οι οποίες είναι η λειτουργία σταθερών στροφών-σταθερής συχνότητας και η λειτουργία μεταβλητών στροφών-σταθερής συχνότητας Στη συνέχεια, αναλύεται η λειτουργία του απλού μετατροπέα ανύψωσης συνεχούς τάσης σε συνεχή τύπου Boost. Μελετάται η λειτουργική συμπεριφορά του τόσο στη περιοχή Συνεχούς Αγωγής (CCM) όσο και στη περιοχή Ασυνεχούς Αγωγής (DCM), καθώς και στην οριακή περιοχή μεταξύ των δύο. Ο μετατροπέας θα δέχεται μια τάση εσόδου 40-100V και η τάση στην έξοδό του θα διατηρείται σταθερή στα 120V. Το επόμενο βήμα είναι η μοντελοποίηση και προσομοίωση με τη χρήση του λογισμικού Matlab/Simulink των επιμέρους τμημάτων του αιολικού συστήματος, δίνοντας ιδιαίτερη έμφαση στον μετατροπέα ανύψωσης και σταθεροποίησης της τάσης. Ακολούθως τα επιμέρους μοντέλα συνενώνονται ώστε να προσομοιωθεί το σύστημα στο σύνολό του, να εξακριβωθεί η σωστή λειτουργία του και να εξαχθούν χρήσιμα συμπεράσματα. Τέλος, σχεδιάζεται ο βρόχος ελέγχου του μετατροπέα ανύψωσης τάσης, δίνοντας ιδιαίτερη έμφαση στη λειτουργία του μικροελεγκτή dsPIC30F4011 που χρησιμοποιήθηκε για την υλοποίηση του. Παρουσιάζονται τα προγράμματα ανοιχτού και κλειστού βρόχου, ενώ παρατίθενται και οι πειραματικές μετρήσεις που διεξήχθησαν στο μετατροπέα για την επιβεβαίωση και αξιολόγηση της θεωρητικής ανάλυσης. / ---

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται τη μελέτη μιας διάταξης ανεμογεννήτριας με επαγωγική μηχανή βραχυκυκλωμένου κλωβού η οποία συνδέεται μέσω dc διασύνδεσης με το δίκτυο. Τη dc διασύνδεση τη δημιουργεί ένας dc πυκνωτής και από την πλευρά της μηχανής υπάρχει ένας ac/dc πλήρως ελεγχόμενος ανορθωτής ισχύος ενώ από την πλευρά του δικτύου βρίσκεται ένας dc/ac πλήρως ελεγχόμενος αντιστροφέας ισχύος. Σκοπός της εργασίας είναι αρχικά να μελετήσουμε θεωρητικά το συνολικό σύστημα της ανεμογεννήτριας χρησιμοποιώντας το μετασχηματισμό Park για τη μοντελοποίηση του στο d-q πλαίσιο αναφοράς. Στη συνέχεια προχωρούμε στον υπολογισμό των εξισώσεων στο χώρο κατάστασης και τέλικά προτείνουμε ένα σύστημα ελέγχου το οποίο βασίζεται στους PI ελεγκτές. Τέλος, προσομοιώνουμε το παραπάνω σύστημα με τη βοήθεια της εφαρμογής Simulink του λογισμικού Matlab και μελετώντας τα αποτελέσματα, εξάγουμε τα ανάλογα συμπεράσματα. / The present thesis deals with the study of provision of wind generator with inductive machine of which is connected via dc interconnection with the network. A dc capacitor creates the dc interconnection with the network.The aim of this work is initially to study theoretically the total system of wind generator using the transformation Park for its modelling in the d-q frame of report. Afterwards we advance in the calculation of equations in the space of situation and finally we propose a system of control which is based on PI controllers. Finally, we simulate the system with the help of the Simulink application of Matlab and studying the results, we export the proportional conclusions.

Το ενεργειακό πρόβλημα, καθώς και οι συνέπειες του φαινομένου του θερμοκηπίου που βρίσκεται σε έξαρση στις μέρες μας είναι από τα σπουδαιότερα προβλήματα του πλανήτη και κάνουν αναγκαία και επιβεβλημένη τη μείωση της χρήσης ορυκτών καυσίμων και την προσπάθεια για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας με όσο το δυνατόν πιο οικονομικό, αλλά και φιλικό προς το περιβάλλον τρόπο. Συνεπώς, οι Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας και κυρίως η αιολική και η ηλιακή ενέργεια αποκτούν σπουδαίο ρόλο στο στόχο αυτό. Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετάμε το μετατροπέα που συνδέεται στην πλευρά του δικτύου και παρουσιάζουμε αναλυτικά τις βασικές τοπολογίες που εφαρμόζονται σε αιολικά και σε φωτοβολταϊκά συστήματα. Η διάταξη που εξετάζουμε αποτελείται από έναν μετατροπέα ac/dc, ένα σύστημα αποθήκευσης ενέργειας μέσω πυκνωτή (dc-link) και ένα R-L φίλτρο στην πλευρά του δικτύου. Σκοπός, λοιπόν, αυτής της εργασίας είναι να μελετήσουμε τη διάταξη αυτή στο d-q στρεφόμενο σύστημα κάθετων αξόνων μέσω του μετασχηματισμού Park και να εφαρμόσουμε την κατάλληλη μεθοδολογία ελέγχου, εξετάζοντας δυο διαφορετικές περιπτώσεις: στην πρώτη περίπτωση διατηρούμε σταθερή σε μηδενική τιμή την αναφορά αέργου ισχύος ενώ στη δεύτερη διατηρούμε σταθερή την ενεργό ισχύ. Τέλος, προσομοιώνουμε το σύστημα αυτό στο περιβάλλον Simulink του Matlab και για τις δύο παραπάνω περιπτώσεις και στη συνέχεια παρουσιάζουμε τις αποκρίσεις των προσομοιώσεων και εξάγουμε συμπεράσματα, προκειμένου να αναδειχθεί η σωστή λειτουργία της διάταξης αυτής. / The energy problem and the consequences of the greenhouse effect that is on the rise nowadays are two of the most important global problems and make necessary and imperative the reduce of the use of fossil fuels and the effort to produce electricity in a more economical and environmentally friendly way. Therefore, the Renewable Energy Sources and especially wind and solar power have a great role in this objective. In this thesis we consider the converter connected to the grid side and present in detail the basic topologies applied in wind and photovoltaic systems. The system under consideration consists of an ac/dc converter, an energy storage system via capacitor (dc-link) and an R-L filter on the grid side. Aim of this thesis is to study this system in the d-q rotating vertical axes system through the Park transformation and apply the appropriate control methodology, considering two different cases: in the first case we keep the reactive power reference steady and equal to zero while in the second case we keep the active power steady. Finally, we simulate this system with the Matlab Simulink for both cases and then we present simulations of the responses and draw conclusions in order to demonstrate the correct operation of this system.

Ένα από τα μεγαλύτερα προβλήματα που απασχολούν τη σύγχρονη κοινωνία είναι το ενεργειακό πρόβλημα, απόρροια της υπερβολικής άντλησης των συμβατικών ενεργειακών αποθεμάτων του πλανήτη. Μια ιδιαίτερα ελκυστική εναλλακτική προσφέρει η αξιοποίηση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και ειδικότερα της αιολικής ενέργειας. Η παρούσα διπλωματική εργασία έχει ως θέμα τον έλεγχο της διάταξης μιας ανεμογεννήτριας η οποία αποτελείται από μια επαγωγική γεννήτρια διπλής τροφοδοσίας (DFIG). Το σύστημα αυτό επιτρέπει τη λειτουργία μεταβλητής ταχύτητας με ένα αρκετά μεγάλο εύρος. Τόσο στη μόνιμη κατάσταση λειτουργίας όσο και σε περίπτωση σφάλματος, η συμπεριφορά της γεννήτριας καθορίζεται πλήρως από το μετατροπέα και τους ελεγκτές του. Λόγω των πλεονεκτημάτων της, η επαγωγική μηχανή διπλής τροφοδοσίας αποτελεί την ξεκάθαρη τάση στα αιολικά συστήματα. Σκοπός της εργασίας είναι να μελετήσουμε το πλήρες σύστημα της ανεμογεννήτριας στο d-q στρεφόμενο σύστημα κάθετων αξόνων μέσω του μετασχηματισμού Park και να εφαρμόσουμε την κατάλληλη μεθοδολογία ελέγχου ώστε να επιτύχουμε τη μέγιστη επιτρεπτή απομάστευση ισχύος από τον άνεμο για ταχύτητες ανέμου μεγαλύτερες της ονομαστικής. Προσομοιώνουμε το σύστημα με τη βοήθεια του Simulink του MATLAB και παρουσιάζουμε τα αποτελέσματα των αποκρίσεων των διαφόρων μεγεθών εξάγοντας τα αντίστοιχα συμπεράσματα. / One of the biggest problems that modern society faces is the energy problem, as a result of excessive pumping of the conventional energy resources of the planet. An attractive alternative is offered by the use of renewable energy generally and wind energy in particularly. In this thesis we consider a wind turbine comprising a double feed induction generator (DFIG). This system allows variable speed operation with a fairly wide range. Both in steady state operation and in case of error, the behavior of the generator is fully determined by the inverter and controllers. Given the advantages of the double feed induction machine is the clear trend in wind systems. The purpose of this work is to study the complete system of the wind turbine system in d-q rotating vertical axis through the Park transformation and implement appropriate control methodology to achieve the maximum permissible power from the wind for wind speeds higher than the nominal. We simulate the system with the help of the MATLAB Simulink and present the results of the responses of various sizes outputting the corresponding conclusions.

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται τη μελέτη και κατασκευή εργαστηριακής διάταξης για προσομοίωση συστήματος μετατροπής αιολικής ενέργειας σε ηλεκτρική με ασύγχρονη γεννήτρια δακτυλιοφόρου δρομέα και ηλεκτρονικούς μετατροπείς ισχύος. Η εργασία αυτή εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών. Σκοπός της εργασίας είναι η μελέτη και η κατασκευή διάταξης με χρήση ασύγχρονης μηχανής δακτυλιοφόρου δρομέα και ενός τριφασικού αντιστροφέα πηγής τάσης, για να λειτουργήσει η μηχανή σαν γεννήτρια σε υποσύγχρονες ταχύτητες. Πρόκειται για ένα σύστημα που συναντάται στις ανεμογεννήτριες και προσφέρει πολλά πλεονεκτήματα και ευελιξία σε σχέση με της άλλες τοπολογίες. Αρχικά έγινε μια εκτενής μελέτη της λειτουργικής συμπεριφορά της διάταξης καθώς και τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα που παρουσιάζει. Το πλήρες σύστημα της ανεμογεννήτριας περιλαμβάνει την ασύγχρονη γεννήτρια δακτυλιοφόρου δρομέα με το τύλιγμα του στάτη της συνδεδεμένο στο δίκτυο και το τύλιγμα του δρομέα συνδεδεμένο με έναν μετατροπέα AC-DC-AC συχνότητας με ηλεκτρονικά ισχύος. Ο μετατροπέας AC-DC-AC αποτελείται από δύο επιμέρους ελεγχόμενους μετατροπείς, το μετατροπέα από την πλευρά του δικτύου και τον μετατροπέα από την πλευρά του δρομέα, και έναν πυκνωτή στη συνεχή διασύνδεση των δύο μετατροπέων. Ακόμα γίνεται καταγραφή και ανάλυση των μεθόδων ελέγχου κλειστού βρόχου, οι οποίες αποτελούν μεγάλο κομμάτι για την ομαλή λειτουργία του συστήματος. Έπειτα ακολούθησε η προσομοίωση του συστήματος με χρήση του λογισμικού MATLAB/Simulink. Τα αποτελέσματα της προσομοιώσης παρουσιάζουν τη λειτουργία της ασύγχρονης μηχανής σαν γεννήτρια και ειδικότερα σαν ανεμογεννήτρια. Τόσο στην προσομοίωση όσο και στα πειράματα έγινε έλεγχος ανοιχτού βρόχου αν και η κατασκευή των πλακετών έγινε με προσανατολισμό να καθιστά εφικτό μελλοντικά την υλοποίηση ελέγχου κλειστού βρόχου. Τέλος ακολουθούν οι μετρήσεις, που καταγράφηκαν, από το εργαστηριακό πείραμα και τα συμπεράσματα για την λειτουργία της κατασκευής, καθώς επίσης και τρόποι βελτίωσης της. / This thesis is focused on the design and construction of laboratory layout to simulate the conversion of wind energy into electricity with wound rotor asynchronous generator and power electronic converters. This work was conducted in the Laboratory of Electromechanical Energy Conversion, Department of Electrical and Computer Engineering, Faculty of Engineering, University of Patras. The main purpose of this project was to study and build a system using a wound rotor asynchronous generator and a three-phase voltage source inverter to operate the machine as a generator in subsynchronous speeds. This system is commonly used in wind turbines and offers many advantages and flexibility compared to the other topologies. Initially, an extensive study has been made on the system operation, the advantages and disadvantages. The overall wind turbine system includes the wound rotor asynchronous generator with the stator winding connected directly to the grid and the rotor winding connected to a back-to-back frequency converter with power electronics. The back-to-back converter consists of two controlled converters, the grid side converter (GSC) and the rotor side converter (RSC) and a DC-link capacitor. Furthermore, it has been made a detail analysis of the converter’s closed loop control methods. Moreover, simulation of the system has been made using the software program MATLAB/Simulink. The results of the simulations clearly show the asynchronous machine in generation mode and operate as if in wind turbines. An open loop control was applied in both the simulation and the laboratory application. The manufacturing of the hardware is oriented to make possible the implementation of closed loop control in the future. Finally follow the measurements recorded by the laboratory experiment and the conclusion for the operation of the system in the laboratory, as well as ways to improve it.

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η διερεύνηση λειτουργίας και ελέγχου ανεμογεννήτριας σταθερών στροφών, που αποτελείται από επαγωγική γεννήτρια βραχυκυκλωμένου κλωβού (SCIG) συνδεδεμένη στο δίκτυο με στατικό αντισταθμιστή (STATCOM). Η διάταξη περιλαμβάνει εκτός από την ανεμογεννήτρια και τον STATCOM, μια συστοιχία πυκνωτών (με αντιστάσεις συνδεδεμένες παράλληλα) σε συνδεσμολογία αστέρα πάνω στον κοινό κόμβο διασύνδεσης της ανεμογεννήτριας και του STATCOM, φίλτρο τύπου R-L στην έξοδο του STATCOM και ισοδύναμη αναπαράσταση της ωμικο-επαγωγικής γραμμής μεταφοράς του δικτύου και της τάσης του. Η ανάλυση του μοντέλου γίνεται μεταφέροντας τις εξισώσεις στο σύστημα των d-q αξόνων με χρήση του μετασχηματισμού Park. Στη συνέχεια γίνεται υλοποίηση του μοντέλου στο πρόγραμμα Simulink και πραγματοποιούνται προσομοιώσεις. / The purpose of this thesis is to investigate the use of a static synchronous compensator (STATCOM) to mitigate the voltage fluctuations and improve power quality of a wind turbine with squirrel cage induction generator (SCIG). The simulated system contains a wind turbine with a fixed-speed SCIG connected at the same point with a STATCOM (including an R-L filter), a capacitor bank (with a resistive load) connected in star and the transmission line for grid connection. System’s equations are transformed into the d-q synchronous reference frame using Park’s trans-formation and the complete model is presented in its state-space form. Finally, the system is simulated in Matlab/Simulink and the responses are presented.