In this thesis, a Reinforcement Learning (RL) method called Sarsa is used to dynamically tune a PI-controller for a Continuous Stirred Tank Heater (CSTH) experimental setup. The proposed approach uses an approximate model to train the RL agent in the simulation environment before implementation on the real plant. This is done in order to help the RL agent initially start from a reasonably stable policy. Learning without any information about the dynamics of the process is not practically feasible due to the great amount of data (time) that the RL algorithm requires and safety issues. The process in this thesis is modeled with a First Order Plus Time Delay (FOPTD) transfer function, because almost all of the chemical processes can be sufficiently represented by this class of transfer functions. The presence of a delay term in this type of transfer functions makes them inherently more complicated models for RL methods. RL methods should be combined with generalization techniques to handle the continuous state space. Here, parameterized quadratic function approximation compounded with k-nearest neighborhood function approximation is used for the regions close and far from the origin, respectively. Applying each of these generalization methods separately has some disadvantages, hence their combination is used to overcome these flaws. The proposed RL-based PI-controller is initially trained in the simulation environment. Thereafter, the policy of the simulation-based RL agent is used as the starting policy of the RL agent during implementation on the experimental setup. As a result of the existing plant-model mismatch, the performance of the RL-based PI-controller using this primary policy is not as good as the simulationresults; however, training on the real plant results in a significant improvement in this performance. On the other hand, the IMC-tuned PI-controllers, which are the most commonly used feedback controllers are also compared and they also degrade because of the inevitable plant-model mismatch. To improve the performance of these IMC-tuned PI-controllers, re-tuning of these controllers based on a more precise model of the process is necessary. The experimental tests are carried out for the cases of set-point tracking and disturbance rejection. In both cases, the successful adaptability of the RL-based PI-controller is clearly evident. Finally, in the case of a disturbance entering the process, the performance of the proposed model-free self-tuning PI-controller degrades more, when compared to the existing IMC controllers. However, the adaptability of the RL-based PI- controller provides a good solution to this problem. After being trained to handle disturbances in the process, an improved control policy is obtained, which is able to successfully return the output to the set-point. / Process Control

No description available.

Η παρούσα διπλωματική εργασία αποτελεί μια μελέτη επί του ελέγχου των κινητήρων επαγωγής που στόχο έχει τη διερεύνηση της επίδασης των διαφορετικών σημάτων ανάδρασης (ανάλογο στροφών και ανάλογο του τετραγώνου στοφών) στην απόκριση του συστήματος κίνησης. Για το σκοπό αυτό αναπτύχθηκε ενδελεχώς η σχετική θεωρία, μελετήθηκε η παθητικότητα ηλεκτρομηχανικών συστημάτων, χρησιμοποιήθηκε συγκεκριμένος ηλεκτρονικός μετατροπέας και κατασκευάστηκε μετατροπέας σήματος συνεχούς ρεύματος ανάλογος του αριθμού των στροφών και του τετραγώνου του. Στα πλαίσια της εργασίας εξετάστηκε PI έλεγχος βασισμένος στον βαθμωτό (Scalar V/f) έλεγχο, με σήμα αρνητικής ανάδρασης ρεύμα ανάλογο του αριθμού και του τετραγώνου του αριθμού των στροφών. Μελετήθηκε η απόκριση του κινητήρα και για τους δύο ελέγχους για διαφορετικές τιμές των παραμέτρων KP και KI, και διερευνήθηκε ποιες είναι αυτές ώστε να έχουμε βέλτιστη απόκριση. Συγκεκριμένα ποιες παρουσιάζουν την μικρότερη υπερύψωση, τον μικρότερο χρόνο αποκατάστασης, το μικρότερο σφάλμα μόνιμης κατάστασης. Επίσης εξετάστηκε η επίδραση της κάθε παραμέτρου στην διαμόρφωση της εσωτερικής ενέργειας του κινητήρα. / This diploma thesis forms a study on control techniques of induction motors which comes with the intention to explore the effets of different signals of feedback (proportional to the number of revolutions and to the square of the number of revolutions) on the output of the motor. For this purpose sedulous analysis of relevant theory was carried out, passivity of electromechanical systems was studied, a specific electronic commutator was used and a converter of constant current signal proportional to the number of revolutionsand to the square of the number of revolutions was developed. In this thesis a PI controller based on the Scalar V/f control with a signal of current of negative feedback was examined. The output of the motor for both the controls aid for different values of the parameters KP and KI was examined, and it was investigated which of them lead to an optimal output of the motor. It was studied more specifically which of them result in the optimal overshoot, settling time and the error of the permanent mode. Furthermore, it was inquired the impact of its parameter on the modulation of the intrinsic power of the motor.

This paper presents renewable energy, power electronics, and distributed generators. The focus is on wind farm generator, photovoltaic cell, and battery bank system. Power Conditioning system improves the performance of a power system. Apart from the benefits of converting between DC/AC, there is adequate control of real power and additional control of economic reactive power. This is possible because of multiple sources in the system. This project throws light on the basic principle of power system conditioning, its operation and control, and the economic studies.

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται τη μελέτη μιας διάταξης ανεμογεννήτριας με σύγχρονη μηχανή με μόνιμους μαγνήτες 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 τελικά 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. / This thesis deals with the study of a wind turbine device with a permanent magnet synchronous machine which is connected with the grid side via a dc interconnection. The dc link is created by a dc capacitor and on the machine side there is an ac / dc power converter while on the grid side there is a dc / ac power converter, both of which are totally controlled. 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 calculate the state space equations and propose a control system based on PI controllers. Finally, we simulate the complete system with the MATLAB Simulink and having studied the results, we draw conclusions.

Η παρούσα διπλωματική ασχολείταιμε τις σύγχρονες μεθόδους που εφαρμόζονται στα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας για την βελτίωση των χαρακτηριστικών τους χρησιμοποιώντας αφενός τις τεχνολογικές εξελίξεις στον τομέα των ημιαγωγικών διακοπτικών στοιχείων και αφετέρου την εγκατεστημένη θεωρία ελέγχου. Στο κεφάλαιο 1 επιχειρείται μια εισαγωγή στις έννοιες των συστημάτων μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας (ΣΗΕ) καθώς και στην αρχή λειτουργίας τους.Στη συνέχεια γίνεται αναφορά στην έννοια της ποιότητας ισχύος και στα προβλήματα που παρουσιάζονται στα ηλεκτρικά δίκτυα. Τέλος αναφέρονται τα προβλήματα εκείνα που με την πάροδο του χρόνου έκαναν επιτακτική την εισχώρηση της τεχνολογίας των ηλεκτρονικών ισχύος στο πεδίο τους και ιδιαίτερα στην κατεύθυνση της αντιστάθμισης αέργου ισχύοςπου αποτελεί ένα απο τα κυριότερα προβλήματα. Στο κεφάλαιο 2 συνεχίζουμε αναλύοντας τη μορφή που παίρνουν τα σύγχρονα ΣΗΕ μετά την είσοδο της τεχνολογίας των FACTS ξεκινώντας από τα θυρίστορ ,ηλεκτρονικούς διακόπτες ισχύος,που αποτελούν δομικά στοιχεία των νέων διατάξεων και επόμενα τις γενικότερες διατάξεις που χρησιμοποιούνται στα ΣΗΕ που συνδυάζουν τα νέα στοιχεία ακόμα και με τους μηχανικούς διακόπτες που ήταν ο προηγούμενος τρόπος ελέγχου των ΣΗΕ. Στο κεφάλαιο 3 γίνεται μια πιο ενδελεχή αναφορά στα κυκλώματα τεχνολογίας ηλεκτρονικών ισχύος που χρησιμοποιύνται ώστε να πάρουν μορφή οι προηγούμενες διατάξεις ,ξεκινώντας από τη βασική μονάδα του μετατροπέα ημιγέφυρας δομικό στοιχείο των DC/AC μετατροπέων.Ακόμα στο κεφάλαιο αυτό αναφερόμαστε στον έλεγχοτων διατάξεων ,αναλύοντας τα συστήματα αναφοράς και τις τεχνικές που υπάρχουν για να καταστεί δυνατή η οδήγησή τους. Στο κεφάλαιο 4 τα πράγματα γίνονται πιο συγκεκριμένα και αναφερόμαστε στο στατικό αντισταθμιστή (STATCOM).Παρουσιάζονται τα κυκλώματα ελέγχου που περιέχει έτσι ώστε να γίνεται δυνατός ο έλεγχος τάσης είτε διάφορες άλλες δυνατότητες που μπορεί να προσφέρει στο πλαίσιο της καλύτερης λειτουργίας των σύγχρονων ΣΗΕ.Επίσης αναπτύσσεται το μαθηματικό και δυναμικό μοντέλο με τις εξισώσεις στα βήματα του οποίου θα κινηθεί και η προσομοίωση του επόμενου κεφαλαίου. Στο κεφάλαιο 5 γίνεται προσομοίωση της λειτουργίας του στατικού αντισταθμιστή και παρουσιάζονται διάφορα διαγράμματα από τα επιμέρους κυκλώματα που αναδεικνύουν τη λειτουργία του.Κύριο αντικείμενο και εδώ αποτελεί η θεωρία ελέγχου και ιδιαίτερη μνεία γίνεται στην χρησιμοποίηση των PI ελεγκτών εκείνω οι οποίοι ρυθμίζουν παραμέτρους του συστήματος και μετουσιώνουν τη μετάβαση από τα παλαιότερα συστήματα που χρησιμοποιούνταν στα ΣΗΕ όπως ο έλεγχος με μηχανικούς διακόπτες. Στο κεφάλαιο 6 τέλος προχωράμε σε κάποιες ιδέες και προτάσεις για μελλοντική έρευνα ως αποτέλεσμα της ενασχόλησης με την συγκεκριμένη διπλωματική εργασία. / In capter 1 there is an intoduction to the Electrical Power Systems terminology,as well as their function and principles.Next,the meaining of power quality is presented along with the problems that occur at the electrical main grids.More emphsis is given to the ones that gradually enforced the use power electronics for reactive power compensation. In chapter 2,an analysis is made about the form of the modern Electrical Power Systems after the development of the FACT technology,starting from thyristors ,electronic power switches,which are elementsof the new layout and continuing with other modern devices which combine these new elements even with the old mechanical switches. In chapter 3,the electronic power systems' circuits are examined more thorouglyin order to understand the layout of the aforementioned structures,starting from the elementary unit of the half bridge power converter.Moreover,the control of these structures is examined,analyzing the reference systems and the various techniques in order to drive them. Chapter 4, presents the static compensator (STATCOM) along with its control circuits.In addition, the mathematical and dynamic model is developed, forming equations where the simulation of the next chapter is based. In chapter 5,there is a simulation of STATCOM's function (in MATLAB software) and various diagrams are presented showing different variables during its operation.Main purpose of this section is the presentation of the control theory,highlighting the use of PI controllers which adjust the system's parameteres and realize the transition from the older structures used in Electrical Power Systems ,such us mechanical switching. In chapter 6,we present some ideas in terms of future survey as a result of our dealing with the certain thesis

No description available.

This degree project studies the integration of carbon capture system into biomass fired combined heat and power (bio-CHP) plants. The key disturbances from bio-CHP plants include flue gas flow rate, carbon dioxide (CO2) concentration and available heat for the reboiler because the use of versatile biomass and the dynamic operation of CHP plants results in large fluctuations in the properties of flue gas and the heat input for CO2 capture. To clearly understand the impacts of these disturbances on the performance of CO2 capture, a dynamic CO2 capture model is developed in Aspen Plus Dynamics by using monoethanolamine (MEA) based chemical absorption. Proportional-Integral (PI) feedback controllers are then implemented to further study and compare the performance of the CO2 capture process under different control strategies, the performance with general control settings and fine-tuned controllers are obtained and compared, including both the control performance and system performance. The control performance includes the maximum deviation and settling time, which could reflect only the performance of the controllers.  The system performance includes Captured CO2, reboiler duty and Energy penalty per unit CO2 captured, which could reflect CO2 capture system performance. An equilibrium stage steady state model is first developed for the key components in the CO2 capture plant in Aspen Plus, consisting of the absorber, the stripper, and lean-rich heat exchanger. By sizing the components and employing the pressure driven mode, the steady state model is enabled to be a dynamic model. The disturbances about flue gas and reboiler heat are taken from a real bio-CHP plant in Sweden. Considering the higher flue gas flowrate, the model has been scaled up to meet the requirement of this bio-CHP plant. The addition of controllers are done for the flexible operation of the CO2 capture system and the controlled variables considered in this study are the percentage of CO2 absorbed in the absorber column, reboiler temperature and rich solvent flow in the stripper column. The results show the effects of fluctuations in the key influencing factors on the control performance and the system performance . The fine-tuned controller implemented system showcases better performance when the quantity of CO2 captured is compared with that of the system in the absence of controllers, where a 1.1% increase in the amount of captured CO2 is observed when the flue gas flow rate is increased by 30%. The system also maintains a 1.8% higher capture rate when controllers are implemented. This showcases better system performance when controllers are implemented in the system. To further analyse the effects of control strategies two different control strategies are compared where controllers with general settings are compared to the controllers which are fine-tuning achieved by implementing tuning parameters which were obtained through Internal Model control (IMC) based on the system requirements. The fine tuning of the controllers results in improved system performance where the amount of captured CO2 increases by 1.4% when the reboiler duty is increased by 30% and a 1.7% decrease in the energy penalty per unit CO2 captured. Additionally, the results show that the settling time and maximum deviation are different for the two controllers where the controller which underwent fine tuning maintained the steady set point whereas the controller with general controller tuning showcases deviation before it attained stability. Therefore, the fine-tuned controller is more efficient to enable the flexible operation of CO2 capture when facing disturbance. It is studied that the tuning parameters implemented in the controllers affect the transient operation of the plant and improved the dynamic performance of the capture system. The tuned controllers offered more stability to the capture system while attaining their respective set points in a shorter time frame. It is also found that there exists a big difference between the system’s performance without controllers and that with finely tuned controllers. The difference in captured CO2 amount is approximately 26 ton/h when flue gas flow rate increases by 30%. The percentage difference is 1.1%, 7.7% and  5.9% for Captured CO2, reboiler duty and Energy penalty per unit CO2 captured respectively. In conclusion the control of the transient operation of the CO2 capture system needs the control system implemented and requires fine tuning parameters to achieve the desirable performance.

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται την ανάλυση και σχεδίαση απευθείας ελέγχου πραγματικής και άεργου ισχύος σε αιολικό σύστημα με επαγωγική γεννήτρια διπλής τροφοδοσίας (Doubly-Fed Induction Generator, DFIG). Κύριος σκοπός της εργασίας είναι η εξαγωγή ενός κατάλληλου δυναμικού μοντέλου του συστήματος, το οποίο περιέχει ως καταστάσεις τις ισχείς. Επιπλέον, μέσω του διανυσματικού ελέγχου με προσανατολισμό στην τάση του δικτύου (Voltage-Oriented Control, VOC) επιτυγχάνεται ο απευθείας έλεγχος των ισχύων χρησιμοποιώντας αναλογικό-ολοκληρωτικούς (Proportional-Integral, PI) ελεγκτές, επιβάλλοντας με αυτόν τον τρόπο την επιθυμητή μεταβατική συμπεριφορά. Τελικά, η ανάλυση και η συμπεριφορά του αιολικού συστήματος επιβεβαιώνεται με τα αποτελέσματα της εξομοίωσης σε περιβάλλον MATLAB/Simulink. Ειδικότερα, στο κεφάλαιο 1 παρουσιάζονται το ενεργειακό πρόβλημα και τα διάφορα είδη ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Στο κεφάλαιο 2 αναφέρονται τα συστήματα αιολικής ενέργειας. Πιο συγκεκριμένα, περιγράφονται οι κυριότεροι τύποι ανεμογεννητριών και η δομή της, οι γεννήτριες και οι συσκευές ηλεκτρονικών ισχύος που χρησιμοποιούνται σε ένα αιολικό σύστημα, καθώς και ο μηχανικός έλεγχος ισχύος που μπορεί να εφαρμοστεί. Στη συνέχεια, στο κεφάλαιο 3 πραγματοποιείται η ανάλυση του αιολικού συστήματος με την DFIG όπου εξάγεται με την βοήθεια του μετασχηματισμού Park, το ζητούμενο μαθηματικό μοντέλο. Έπειτα, στο κεφάλαιο 4 αναφέρονται οι μέθοδοι ελέγχου που χρησιμοποιούνται στις ανεμογεννήτριες, εφαρμόζεται ο VOC στο αιολικό σύστημα που μελετάται και σχεδιάζονται οι απαιτούμενοι ελεγκτές PI ώστε να ελεγχθεί η ισχύς μέσω των δύο μετατροπέων ισχύος. Τέλος, στο κεφάλαιο 5 παρουσιάζεται η εξομοίωση του συστήματος και τα αποτελέσματα που προέκυψαν. / This diploma thesis deals with the analysis and design of a direct active and reactive power control system for a Doubly-Fed Induction Generator (DFIG) wind power system. The main purpose of this thesis is to extract a suitable dynamic model of the system that contains as states the active and reactive power. In addition, the direct control of the active and reactive power is achieved through voltage-oriented control (VOC) and the use of PI controllers, imposing the desirable transient behavior. Finally, the analysis and the performance of the wind system are verified through simulation results in MATLAB/Simulink. Specifically, in chapter 1 the energy problem and the different types of renewable energy sources are presented. The second chapter deals with the wind energy systems. In particular, the main types and the structure of wind turbines, the generators, the power electronic devices and the mechanic power control used in a wind power system are presented. Then, in chapter 3 the DFIG wind system is analysed and the required mathematical model is extracted using Park’s transformation. Next, in the fourth chapter the control methods for a wind turbine are presented and, using the VOC in the wind power system studied, the required PI controllers for the two power converters are designed. Finally, in chapter 5 the simulation results are presented and conclusions are drawn.

Οι συνεχώς αυξανόμενες απαιτήσεις σε ηλεκτρική ενέργεια από τη μια, και η ραγδαία κλιματική αλλαγή από την άλλη οδηγούν στην ανάγκη για παραγωγή ενέργειας χαμηλού κόστους, περιβαλλοντικά φιλική και υψηλής ποιότητας, η οποία μπορεί να επιτευχτεί με κατανεμημένα συστήματα παραγωγής. Έτσι οι Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας αποκτούν μεγάλο ενδιαφέρον για τον στόχο αυτό, αλλάζοντας τόσο ευρωπαϊκό όσο και τον παγκόσμιο ενεργειακό χάρτη. Η ραγδαία εξέλιξη της τεχνολογίας μας δίνει πολλές επιλογές για μας επιτρέπει την αντικατάσταση των κλασικών επαγωγικών μηχανών, σύγχρονων και ασύγχρονων, με μηχανές νέας τεχνολογίας. Μια τέτοια μηχανή είναι η σύγχρονη μηχανή μόνιμου μαγνήτη. Τα πλεονεκτήματα που παρουσιάζουν, όπως υψηλή πυκνότητα ισχύος, υψηλή ροπή, ευκολία στον έλεγχο, με σχετικά χαμηλό κόστος, μικρότερο μέγεθος και αρκετά άλλα, τις έκαναν να χρησιμοποιούνται σε πολλές εφαρμογές προσελκύοντας πολύ το ενδιαφέρον των ερευνητών και της βιομηχανίας. Έτσι στη συγκεκριμένη εργασία ασχολούμαστε με τη μη γραμμική ανάλυση και τη δυναμική συμπεριφορά σύγχρονης μηχανής μόνιμου μαγνήτη. Ξεκινώντας από λεπτομερή, μη γραμμικά μοντέλα για την ΣΜΜΜ, και με τη χρήση του μετασχηματισμού Παρκ, την αναλύσαμε στο στρεφόμενο σύστημα κάθετων αξόνων d-q. Στη συνέχεια, εφαρμόζοντας την κατάλληλη μέθοδο ελέγχου, ελέγξαμε ρεύματα, ροπή, ταχύτητα. Τέλος, από τις προσομοιώσεις του μοντέλου που σχεδιάσαμε στο Simulink του Matlab, εξάγαμε συμπεράσματα. / The ongoing increase in electric power demand from one, and the rapid climate change on the other, lead to the need for low-cost energy production, environmentally friendly and high quality, which can attain with distributed generation systems. So, Renewable Energy Sources acquire great interest for this objective, changing both the European and the global energy map. The rapid evolution of technology gives us many options allows us to replace the classical induction machines, synchronous and asynchronous, with new technology engines. Such a machine is the permanent magnet synchronous machine. The advantages that afford, such as high power density, high torque, easy control, with relatively low cost, smaller size and several others, made them used in many applications attracting much interest among researchers and industry. So, at this thesis we deal with the non-linear analysis and dynamics permanent magnet synchronous machine. Starting from detailed, non-linear models for PMSM, and using the Park transformation, we analyse it at a rotating system with vertical axes dq. Then, applying the appropriate control method, we tested currents, torque, speed. Finally, from the simulations of the model that was built at Simulink of Matlab, we draw conclusions.