Η παρούσα εργασία πραγματεύεται αφ’ενός μεν τη μελέτη, μέσω προσομοίωσης, ενός αιολικού συστήματος παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας συνδεδεμένο στο δίκτυο χαμηλής τάσης αφ’ετέρου δε την κατασκευή ενός τμήματος του συστήματος αυτού. Το αιολικό σύστημα συγκροτείται 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, για τη σύνδεση με το δίκτυο. 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 Boost για την ανύψωση και σταθεροποίηση της τάσης και τέλος, ένας μονοφασικός αντιστροφέας με MOSFET. Η έξοδος του αντιστροφέα, μέσω φίλτρου και μετασχηματιστή, συνδέεται στο δίκτυο. Στόχος είναι η κατασκευή ενός πειραματικού πρωτοτύπου για τη σύνδεση της ανεμογεννήτριας του εργαστηρίου, ισχύος 1kW, με το δίχτυο χαμηλής τάσης, ώστε να χρησιμοποιηθεί για εργαστηριακούς και ερευνητικούς σκοπούς. / This thesis presents the study, modeling and implementation of a wind power system consists of a permanent magnet synchronous generator, a rectifier and boost stage, as well as an inverter stage for grid connection. Control applies on the dc-dc converter aiming at rendering the connection to the electrical power grid more versatile. The analysis was performed by developing an appropriate model for the system at the Matlab computing program aided by the Simulink toolbox of The MathWorks,Inc.

Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη Υποσταθμού ΜΤ – ΧΤ. Αναλύονται τα μέσα που χρησιμοποιούνται για την υλοποίηση ενός ιδιωτικού Υ/Σ ΜΤ, ενώ μελετάται εκτενέστερα η διαδικασία επιλογής των μέσων εκείνων που είναι αναγκαία για την ηλεκτροδότηση ενός Μηχανουργείου, το οποίο αποτελείται από φορτία κίνησης και φωτισμού. Η εργασία χωρίζεται από δύο μέρη. Στο πρώτο μέρος, που είναι η εισαγωγή, παρατίθενται τα απαραίτητα θεωρητικά στοιχεία για την μελέτη και την σχεδίαση ενός Υ/Σ. Συγκεκριμένα, αναλύονται τα μέσα ζεύξης – απόζευξης και προστασίας ΜΤ καθώς και ο εξοπλισμός για το δίκτυο ΜΤ. Παρουσιάζονται οι τύποι παροχής των ιδιωτικών Υ/Σ, τα κατάλληλα είδη γείωσης για προστασία των ατόμων που εργάζονται σε αυτούς ή βρίσκονται κοντά, από επικίνδυνες τάσεις επαφής και βηματικές τάσεις, όπως επίσης και η απαραίτητη προστασία του Υ/Σ έναντι υπερτάσεων. Στην συνέχεια, επισημαίνονται τα χαρακτηριστικά στοιχεία, καθώς και οι τρόποι επιλογής και προστασίας των Μ/Σ ισχύος, οι οποίοι έχουν τον ρόλο του μετασχηματισμού της τάσης από ΜΤ σε ΧΤ. Γίνεται μια αναφορά στα καλώδια ΜΤ και ΧΤ και αναλύονται τα μέσα ζεύξης – απόζευξης και προστασίας ΧΤ. Επιπλέον περιγράφονται οι ηλεκτρικοί πίνακες μέσα στους οποίους τοποθετούνται τα μέσα ζεύξης και προστασίας. Επισημαίνεται η αναγκαιότητα της αντιστάθμισης αέργου ισχύος και γίνεται μια αναφορά στα συστήματα πυροπροστασίας και στην επιβεβλημένη συντήρηση του Υ/Σ. Τέλος παρουσιάζονται τα απαραίτητα εκείνα στοιχεία για τον υπολογισμό των ηλεκτρικών εγκαταστάσεων ισχυρών ρευμάτων των βιομηχανικών χώρων, οι οποίοι αποτελούνται από εγκαταστάσεις κίνησης και φωτισμού. Στο δεύτερο μέρος, πραγματοποιείται μια μελέτη εγκατάστασης κίνησης και φωτισμού ενός Μηχανουργείου καθώς επίσης και η μελέτη επιλογής των μέσων υλοποίησης του ιδιωτικού Υ/Σ ΜΤ – ΧΤ παροχής τύπου Α1 που θα το τροφοδοτήσει. Ακολουθούν τρία σχέδια, της χωροθέτησης των μηχανών παραγωγής έργου του Μηχανουργείου, της κάτοψης του κτιρίου του Υ/Σ ΜΤ και το μονογραμμικό του διάγραμμα στο οποίο φαίνονται όλα τα απαραίτητα στοιχεία για την κατασκευή των ηλεκτρικών πινάκων και την σχεδίαση της ηλεκτρολογικής εγκατάστασης. / Intention of the present diplomatic essay is the study of a Middle/Low Voltage’s Substation. The means used for the implementation of a private Middle Voltage’s Substation are being analyzed, whereas there is a further study of the procedure used to choose the specific means that are necessary for the power supply of a machine shop, which is consisted of movement and lighting loads. This essay is divided into two parts. In the first part, which is the introduction, all the essential theoretical information for calculating and designing a Substation is given. More specific, there is an analysis of the means of connection-disconnection and Middle Voltage protection structures, as well as the equipment for The M/V network. There is a presentation of the types of supplying private Substations and the proper grounding methods which protect people who work at them or stand close to them from dangerous types of voltages. Also the necessary protection of the Substation from overvoltage is mentioned. The technical characteristics, and the ways to select and to protect the Transformers, whose role is to transform the Middle Voltage to Low Voltage are presented next. There is a reference to the M/L Voltage cables and to the means of connection-disconnection and Low Voltage protection structures. Furthermore there is a description of the electrical boards, in which the means of connection and protection are placed. The necessity for counterbalancing the reactive power is highlighted and also the fire protection systems and the obligatory maintenance of the Substation are referred. Concluding the first part there is a presentation of the information needed to estimate electrical installations of industrial buildings, which are composed of motion and lighting installations. In the second part, there is an installation study for motion and lighting of a machine shop as well as a case study of the different structures available for setting up a private Substation M/L Voltage type A1 that will provide electrical power. Then there are three drawings. The first is about placing the different types of product machines of the machine shop, the ground plan of the M/V Substation’s building and the monoline diagram, in which all the essential information for constructing the electrical board and designing the electrical installation are showed.

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.

Κατά τη διάρκεια των τελευταίων δεκαετιών, το διεθνές ενδιαφέρον για την φωτοβολταϊκή μετατροπή της ηλιακής ακτινοβολίας αυξάνει συνεχώς. Έχει δοθεί ιδιαίτερη σημασία στην ανάπτυξη φωτοβολταϊκών συστημάτων για την σύνδεσή τους με το δίκτυο, έτσι ώστε να αξιοποιείται η ηλιακή ακτινοβολία για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας με τον καλύτερο δυνατό τρόπο. Στην παρούσα εργασία γίνεται μελέτη των φωτοβολταϊκών συστημάτων παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας και σκοπός αυτής είναι η κατασκευή ενός συστήματος μετατροπής συνεχούς τάσης σε εναλλασσόμενη για τη διασύνδεση μιας πηγής συνεχούς τάσης με το μονοφασικό δίκτυο. Το σύστημα αυτό αποτελείται από ένα ηλεκτρονικό μετατροπέα ισχύος διπλής βαθμίδας. Το πρώτο τμήμα είναι ένας μετατροπέας συνεχούς τάσης σε συνεχή τάση υψηλότερης τιμής. Συγκεκριμένα, ο μετατροπέας αυτός ανυψώνει την τάση του φωτοβολταϊκού συστήματος του Εργαστηρίου στα 400V. Στη συνέχεια υπάρχει το δεύτερο τμήμα, αποτελούμενο από το σύστημα μετατροπής συνεχούς τάσης σε εναλλασσόμενη, το οποίο μετατρέπει την εισερχόμενη συνεχή τάση των 400V σε εναλλασσόμενη τάση συχνότητας 50 Hz και ενεργού τιμής 220V. Η διπλωματική αυτή εργασία πραγματοποιήθηκε στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών, υπό την επίβλεψη του Ομότιμου Καθηγητή Δρ.-Μηχ. Αθανασίου Σαφάκα. Αρχικά, αναλύεται η αρχή λειτουργίας των ηλιακών κυττάρων και περιγράφονται οι υπάρχουσες τεχνολογίες τους. Έπειτα γίνεται αναφορά στα φωτοβολταϊκά συστήματα και τους τρόπους που μπορεί να χρησιμοποιηθούν, δηλαδή συνδεδεμένα με το δίκτυο ή αυτόνομα. Στη συνέχεια, αναφέρονται και αναλύονται διάφορες τεχνικές συγχρονισμού μετατροπέων με το μονοφασικό δίκτυο και τρόποι ρύθμισης της ενεργού και αέργου ισχύoς που παρέχεται από τις πηγές ενέργειας στο δίκτυο. Παρατίθενται στοιχεία του μετατροπέα συνεχούς τάσης σε συνεχή και γίνεται η μελέτη του μονοφασικού αντιστροφέα που πρόκειται να κατασκευαστεί. Επιπρόσθετα γίνεται προσομοίωση του συστήματός στο λογισμικό MATLAB/Simulink. Συγκρίνεται η λειτουργία του αντιστροφέα με τη μέθοδο παλμοδότησης SPWM (Ημιτονοειδής Διαμόρφωση του Εύρους Παλμών) με διπολική και μονοπολική τάση εξόδου και παρουσιάζονται αποτελέσματα της προσομοίωσης για παραλληλισμό του συστήματος με το δίκτυο και προσφορά ισχύος από πηγή συνεχούς τάσης προς το δίκτυο. Αναλύονται τα τεχνικά χαρακτηριστικά του αντιστροφέα που κατασκευάστηκε, καθώς και ο τρόπος κατασκευής των απαραίτητων κυκλωμάτων για την οδήγηση του. Τέλος, παρατίθενται πειραματικά αποτελέσματα από τη λειτουργία του συστήματος. / During the last decades, the international interest in the photovoltaic conversion of solar radiation is increasing. Special attention has been given to the development of photovoltaic systems for their connection to the utility grid, in order to use solar radiation for electricity generation in the best possible way. In this diploma thesis, the photovoltaic power generation is studied and the purpose of this work is to construct a single phase grid connected dc/ac converter system in order to connect a dc voltage source to the grid. This system consists of a dual-stage electronic power converter. The first part is a dc-dc converter, which converts a source of direct current (dc) from one voltage level to another, with an output voltage greater than its input voltage. Specifically, the dc/dc converter increases the voltage of the photovoltaic system, which is installed on the laboratory, to 400V DC. The second part consists of a dc/ac inverter, which converts the incoming voltage of 400V DC to 220V AC at 50Hz. The work presented on this diploma thesis was carried out at the Laboratory of Electromechanical Energy Conversion, Department of Electrical and Computer Engineering, University of Patras, under the supervision of Emeritus Professor Dr.-Ing. Athanasios Safacas. Initially, the working principle of solar cells is analysed and its current technologies are described. Then, reference is given to the photovoltaic systems and their applications, i.e. stand-alone PV systems and grid-connected PV systems. Next, reference and analysis are given to the various grid synchronization techniques for single phase inverter systems and control methods to regulate the active and reactive power supplied from sources of energy into the grid. Data are presented about the dc/dc converter and the study of the single-phase inverter to be constructed. Additionally, the system is simulated with MATLAB/Simulink software and the simulation results of the specific system are presented. A comparison of the operation of the inverter is made using sinusoidal pulse width modulation technique (“SPWM”) with bipolar and unipolar output voltage and simulation results of the grid connected converter system are presented. The technical characteristics of the constructed inverter and the design of its necessary integrated circuits are analysed. Finally, experimental results from the operation of the grid connected dc/ac inverter are presented.

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται τη μελέτη και κατασκευή ενός τριφασικού αντιστροφέα και το συγχρονισμό-σύνδεση αυτού με το τριφασικό δίκτυο. Η εργασία εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών. Σκοπός της εργασίας αυτής είναι η μελέτη και η κατασκευή ενός τριφασικού αντιστροφέα, ο οποίος θα συνδεθεί με το τριφασικό δίκτυο και θα αποτελέσει μέρος ενός συστήματος με πηγή ενέργειας μία συστοιχία κυψελών καυσίμου (fuel cells) και ενός μετατροπέα ανύψωσης συνεχούς τάσης σε συνεχή, με διαδοχική αγωγή δύο παράλληλων κλάδων (interleaved boost converter). Η είσοδος του τριφασικού αντιστροφέα συνδέεται στην έξοδο του μετατροπέα ανύψωσης συνεχούς τάσης σε συνεχή, με διαδοχική αγωγή δύο παράλληλων κλάδων, ο οποίος τροφοδοτεί τον αντιστροφέα με σταθερή τάση 80 V. Στην έξοδο του αντιστροφέα πρόκειται να συνδεθεί ένα φίλτρο LC για την αποκοπή των υψίσυχνων σημάτων της τάσης και στη συνέχεια ένας τριφασικός μετασχηματιστής, ο οποίος προσφέρει γαλβανική απομόνωση και ανυψώνει την τάση στην επιθυμητή τιμή, που είναι και η τιμή της τάσης του δικτύου. Καταρχάς έγινε θεωρητική μελέτη των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, του τριφασικού αντιστροφέα, του φίλτρου LC, του τριφασικού μετασχηματιστή, καθώς και μεθόδων συγχρονισμού με το δίκτυο. Επίσης έγινε μελέτη με το πρόγραμμα εξομοίωσης MATLAB/Simulink της διασύνδεσης του αντιστροφέα με το δίκτυο. Τέλος ακολούθησε η κατασκευή της διάταξης και η διεξαγωγή πλήθους πειραματικών δοκιμών. / The present diploma thesis deals with the design and manufacture of a three-phase inverter to synchronize and connect to the three-phase grid. This work was developed in the Laboratory of Electromechanical Energy Conversion at the Department of Electrical Engineering and Computer Technology of the School of Engineering in the University of Patras, Greece. The purpose of this thesis is the design and manufacture of a three-phase inverter, which will be connected to the three-phase grid and will be part of a system with source of energy a fuel cell stack and an interleaved boost converter, with two parallel branches. The input of the three-phase inverter is connected to the output of the interleaved boost converter with two parallel branches, which feeds the inverter with a dc voltage of 80 V. The output of the inverter is connected to an LC filter, in order to cut off the high frequency voltage signals and subsequently a three-phase transformer, which provides galvanic isolation and lifts the voltage to the appropriate value, which is the voltage value of the grid. At first a theoretical study of the renewable sources of energy, the three-phase inverter, the LC filter, the three-phase transformer, as well as the methods of synchronization with the grid was made. Study was also made with the simulation program MATLAB/Simulink at the interface of the inverter to the grid. Finally the construction of the device followed and numerous experimental trials were conducted.

Στην παρούσα διπλωματική εργασία γίνεται αναλυτική περιγραφή της λειτουργίας της διάταξης του Μεταγωγέα Τάσης Υπό Φορτίο ενός μετασχηματιστή υψηλής τάσης 150 kV/ 21 kV. Επίσης, περιγράφονται και αναλύονται σφάλματα που εμφανίζονται σε μετασχηματιστές με Μεταγωγέα Τάσης Υπό Φορτίο με χρήση εμπειρικών δεδομένων από την εταιρεία Δ.Ε.Η. Α.Ε. και τη θεωρητική ανάλυση και εξήγησή τους μέσα από βιβλιογραφική μελέτη . Συγκεκριμένα, περιγράφονται τα αίτια που δημιουργούν αυτά τα σφάλματα, τα συμπτώματα που εμφανίζονται στο μετασχηματιστή και το μεταγωγέα τάσης , οι επιπτώσεις των σφαλμάτων αυτών στο μετασχηματιστή και τη διάταξη του μεταγωγέα τάσης . Επιπλέον, γίνεται αναφορά στα συστήματα προστασίας που διαθέτει ο μετασχηματιστής και ο μεταγωγέας τάσης προκειμένου να προστατευθεί από τις επιπτώσεις αυτών των σφαλμάτων. Στη συνέχεια, μελετάται συγκεκριμένο σφάλμα, που παρουσιάστηκε στο Μ/Σ 150 kV/21 kV Νο1 του Υ/Σ 150 kV/21 kV των Ελληνικών Ναυπηγείων Σκαραμαγκά, και καταγράφεται η αντιμετώπισή του βήμα προς βήμα σε συνεργασία με την εταιρεία ΠΑΡΑΛΟΣ ΤΕΧΝΙΚΗ Α.Ε., στην οποία ανατέθηκε η επίλυση του σφάλματος. Τέλος, μέσα από την προσομοίωση ενός Μ/Σ υψηλής τάσης με μεταγωγέα τάσης υπό φορτίο με χρήση του λογισμικού πακέτου MatLab/SimuLink κατανοούμε σε βάθος τη λειτουργία του μεταγωγέα τάσης υπό φορτίο. Η προσομοίωση περιλαμβάνει την εφαρμογή διαταραχών της τάσης του δικτύου στο Μ/Σ στην περίπτωση ορθής και εσφαλμένης λειτουργίας του οργάνου του ρυθμιστή τάσης, καθώς η εσφαλμένη λειτουργία του ρυθμιστή τάσης ήταν και η αιτία του σφάλματος στο Μ/Σ του Υ/Σ 150 kV/21 kV των Ελληνικών Ναυπηγείων Σκαραμαγκά. / The particular project deals with the detailed description of the layout and the operation of the on load tap changer belonging to a transformer of high tension 150kV/21 kV. Furthermore, it describes and analyzes faults that occurs to transformers with on load tap changer using empirical data from DEI S.A. (Public Power Corporation) as well as theoretical analysis and explanation based on bibliography. In particular, there are described the reasons behind these faults , the symptoms that appear to the transformer and the tap changer and the consequences to the transformer and the layout of the tap changer. Moreover, there is reference to the protection systems that the transformer and the tap changer have in order to be protected from the consequences of the faults. Further on, a particular troubleshooting is studied that occurred at the transformer 150 kV/21 kV no1 of the high voltage substation 150 kV/21 kV at the Hellenic Shipyards of Skaramagas and its handling is reported step by step in association with PARALOS TECHNICAL S.A. , the company which was assigned to solve the troubleshooting. Finally, the operation of the on load tap changer is studied in depth through simulation of a high voltage transformer with on load tap changer using MatLab/SimuLink software package. The simulation includes the application of voltage variations at the transformer, occurred to the high voltage network in the case of orderly or disorderly operation of the voltage regulator, as the faulty operation of the voltage regulator was the reason behind the troubleshooting of the transformer of the substation of 150 kV/ 21 kV at the Hellenic Shipyards of Skaramagas.

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

Σκοπός της παρούσας εργασίας ήταν να γίνει μια εκτενής καταγραφή και παρουσίαση των ηλεκτρονικών μετατροπέων που χρησιμοποιούνται για τη διασύνδεση των Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (Α.Π.Ε) στο δίκτυο. Αφού γίνεται αρχικά μια αναφορά στις Α.Π.Ε και στα Ηλεκτρονικά Ισχύος, στη συνέχεια παρουσιάζονται οι διαφορετικές τοπολογίες των ηλεκτρονικών μετατροπέων που μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε κάθε εφαρμογή. Για τους μετατροπείς, εξηγείται πρώτα η λειτουργία τους και στη συνέχεια αναφέρονται τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα της κάθε τοπολογίας προκειμένου να παρέχεται στον αναγνώστη η δυνατότητα γρήγορης, εύκολης και άμεσης σύγκρισης. Επίσης, παρουσιάζονται κατάλληλα συστήματα για την αποθήκευση της ενέργειας προερχόμενη από Α.Π.Ε. Τέλος, προσομοιώνεται το ίδιο φωτοβολταϊκό σύστημα χρησιμοποιώντας τρεις διαφορετικούς μετατροπείς, διαφορετικής τοπολογίας ο κάθε ένας, προκειμένου να συγκριθούν και να αναλυθούν τα αποτελέσματα με βάση τη θεωρητική ανάλυση που έχει προηγηθεί. / The aim of this dissertation was to present the power-electronic systems for the grid integration of renewable energy sources. Once both the renewable energy sources and the power electronics are discussed, different topologies of power converters that can be used in such systems are presented. Converters’ operation is firstly explained, followed by a list of advantages and disadvantages of them so as the reader can make an easy, fast and direct comparison. Storage systems appropriate for renewable energy sources systems are also shown. At the end, a simulation of a photovoltaic system with three different kinds of inverter is performed in order to compare and analyze the results based on the theoretical analysis previously presented.