ΕΙΣΗΓΗΤΙΚΗ ΕΚΘΕΣΗ. Για τον υποψήφιο διδάκτορα κ. Γεώργιο Χρηστίδη

Transcript

1 Της Τριµελούς Συµβουλευτικής Επιτροπής Θέµα διδακτορικής διατριβής: ΕΙΣΗΓΗΤΙΚΗ ΕΚΘΕΣΗ Για τον υποψήφιο διδάκτορα κ. Γεώργιο Χρηστίδη «Βέλτιστος σχεδιασµός µικρο-αντιστροφέα τύπου Flyback για τη σύνδεση φωτοβολταϊκού πλαισίου µε το δίκτυο χαµηλής τάσης» Επιβλέπων Καθηγητής: Συµβουλευτική Επιτροπή: Εµµανουήλ Τατάκης, Καθηγητής Εµµανουήλ Τατάκης, Καθηγητής Στέφανος Μανιάς, Καθηγητής, ΕΜΠ Νικόλαος Παπανικολάου, Επίκουρος Καθηγητής, ΔΠΘ σύµφωνα µε τις αποφάσεις των Γενικών Συνελεύσεων µε Ειδική Σύνθεση του Τµήµατος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών του Πανεπιστηµίου Πατρών, υπ' αριθµ /10/2011 και υπ' αριθµ /1/2014, κατά τις διατάξεις του άρθρου 9, Ν3685/ Βιογραφικό Σηµείωµα του Υποψηφίου 1.1 Σπουδές 9/7/2010: Δίπλωµα Ηλεκτρολόγου Μηχανικού και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστηµίου Πατρών µε βαθµό «ΛΙΑΝ ΚΑΛΩΣ» (7,57/10,0). 20/10/2010: Εγγραφή στο Πρόγραµµα Μεταπτυχιακών Σπουδών του Τµήµατος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών του Πανεπιστηµίου Πατρών (έγινε δεκτός για εκπόνηση διδακτορικής διατριβής σύµφωνα µε την απόφαση υπ' αριθµ /10/2010 της Γενικής Συνέλευσης µε Ειδική Σύνθεση του Τµήµατος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών του Πανεπιστηµίου Πατρών). Ακαδηµαϊκά Έτη και : Παρακολούθηση και ολοκλήρωση του κύκλου µεταπτυχιακών σπουδών που περιελάµβανε τα ακόλουθα µαθήµατα: Τίτλος Μαθήµατος Βαθµός Ηλεκτρικοί Κινητήρες Μικρής Ισχύος Δοµή και Έλεγχος 9 Προηγµένος Έλεγχος Ηλεκτρικών Μηχανών 10 Δοκιµές και Μετρήσεις Υψηλών Τάσεων 7 Αξιοπιστία 10 Προστασία από Υπερτάσεις Αλεξικέραυνα 8 Δυναµική και Έλεγχος E-L Ηλεκτροµηχανικών Συστηµάτων 9 Μέσος όρος µεταπτυχιακών µαθηµάτων: 8,83 Το ακαδηµαϊκό έτος εγκρίθηκε από τη Γενική Συνέλευση µε Ειδική Σύνθεση του Τµήµατος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών του Πανεπιστηµίου Πατρών, υπ αριθµ. αριθµ /10/2011, η εκπόνηση διδακτορικής διατριβής στην επιστηµονική περιοχή «Διατάξεις Ηλεκτρονικών Ισχύος για Ανύψωση Τάσης». 1

2 1.2 Διδακτική Εµπειρία Επίβλεψη Εργαστηριακών Ασκήσεων των µαθηµάτων «Ηλεκτρικές Μηχανές Ι» και «Ηλεκτρικές Μηχανές ΙΙ», του τρίτου έτους του προγράµµατος σπουδών του Τµήµατος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών του Πανεπιστηµίου Πατρών, από τον Οκτώβριο του 2010 έως και τον Ιούνιο του 2015 (155 ώρες συνολικά), στα πλαίσια του θεσµού του Επικουρικού και Εκπαιδευτικού Έργου του Τµήµατος. Επίβλεψη Εργαστηριακών Ασκήσεων των µαθηµάτων «Ηλεκτρονικά Ισχύος Ι» και «Ηλεκτρονικά Ισχύος ΙΙ», του τέταρτου έτους του προγράµµατος σπουδών του Τµήµατος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών του Πανεπιστηµίου Πατρών, από τον Οκτώβριο του 2010 έως και το Μάιο του 2016 (735 ώρες συνολικά), στα πλαίσια του θεσµού του Επικουρικού και Εκπαιδευτικού Έργου του Τµήµατος. Επίβλεψη Εργαστηριακών Ασκήσεων του µαθήµατος «Τεχνικό Σχέδιο», του πρώτου έτους του προγράµµατος σπουδών του Τµήµατος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών του Πανεπιστηµίου Πατρών, από τον Οκτώβριο του 2012 έως και τον Ιανουάριο του 2016 (104 ώρες συνολικά), στα πλαίσια του θεσµού του Επικουρικού και Εκπαιδευτικού Έργου του Τµήµατος. Συµµετοχή στην επίβλεψη δεκαεννέα (19), συνολικά, διπλωµατικών εργασιών που εκπονήθηκαν/εκπονούνται στο Εργαστήριο Ηλεκτροµηχανικής Μετατροπής Ενέργειας, στο επιστηµονικό πεδίο των Ηλεκτρονικών Ισχύος, από το Νοέµβριο του Εξ αυτών οι δεκαέξι (16) έχουν ήδη ολοκληρωθεί. Συµβολή στην επιµέλεια πανεπιστηµιακών σηµειώσεων για το εργαστηριακό τµήµα του µαθήµατος «Ηλεκτρονικά Ισχύος Ι» του τέταρτου έτους του προγράµµατος σπουδών του Τµήµατος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών του Πανεπιστηµίου Πατρών, καθώς και ανανέωση συνολικά τεσσάρων (4) εργαστηριακών ασκήσεων των µαθηµάτων «Ηλεκτρονικά Ισχύος Ι» και «Ηλεκτρονικά Ισχύος ΙΙ». 1.3 Συµµετοχή σε Ερευνητικά και Αναπτυξιακά Προγράµµατα Συµµετοχή στο ερευνητικό πρόγραµµα «Renergise Innovative Management of Energy Recovery for Reduction of Electrical Power Consumption on Fuel Consumption» µε κωδικό στα πλαίσια του CleanSky JTI-CS GRC-3-004, χρηµατοδοτούµενο κατά 75% από την Ευρωπαϊκή Ένωση, µε επιστηµονικό υπεύθυνο τον Καθηγητή Ε. Τατάκη, για το χρονικό διάστηµα από 1/7/2011 έως 31/7/2014. Συµµετοχή στο ερευνητικό πρόγραµµα «Ενεργειακά Μοντέλα Ανελκυστήρων», χρηµατοδοτούµενο από την KLEEMAN HELLAS ABEE, µε επιστηµονικό υπεύθυνο τον Καθηγητή Ε. Τατάκη, για το χρονικό διάστηµα από 1/4/2012 έως 31/3/2015. Συµµετοχή στο ερευνητικό πρόγραµµα «LESS Εξοικονόµηση Ενέργειας σε Ανελκυστήρες» µε κωδικό 09ΣΥΝ στα πλαίσια της εθνικής δράσης «Συνεργασία Συνεργατικά έργα µικρής και µεσαίας κλίµακας», χρηµατοδοτούµενο από την ΕΥΚΕ-ΕΤΑΚ (επιχειρησιακό πρόγραµµα «Ανταγωνιστικότητα και Επιχειρηµατικότητα»), µε επιστηµονικό υπεύθυνο τον Καθηγητή Ε. Τατάκη, για το χρονικό διάστηµα από 18/5/2012 έως 17/5/2015. Συµµετοχή στο ερευνητικό πρόγραµµα «UPSAT University of Patras Satellite» στα πλαίσια του προγράµµατος QB50, χρηµατοδοτούµενο από το Πανεπιστήµιο Πατρών και 2

3 την Ευρωπαϊκή Ένωση, µε επιστηµονικό υπεύθυνο τον Καθηγητή Β. Κωστόπουλο από το 1/5/2012 έως 29/2/2016. Συµµετοχή στην υποστήριξη και υλοποίηση των απαραίτητων διαδικασιών δηµιουργίας, επιµέλειας και τεκµηρίωσης των ανοικτών µαθηµάτων α) Ηλεκτρονικά Ισχύος Ι, β) Ηλεκτρονικά Ισχύος ΙΙ, γ) Ηλεκτρονικά Στοιχεία Ισχύος και Βιοµηχανικές Εφαρµογές, δ) Τεχνικό Σχέδιο του τµήµατος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών, στα πλαίσια του έργου «Ανοικτά Ακαδηµαϊκά Μαθήµατα Πανεπιστηµίου Πατρών» (ΚΩΔ: ΑΜ-ΤΟΕ-ΗΛΕΚ-37/14) µε επιστηµονικό υπεύθυνο τον Καθηγητή Ν. Αβούρη από 28/7/2014 έως 30/6/ Επαγγελµατική Εµπειρία Συµβολή στη βελτιστοποίηση και παραµετροποίηση του δικτύου Η/Υ του Εργαστηρίου Ηλεκτροµηχανικής Μετατροπής Ενέργειας από τον Απρίλιο του Δηµοσιεύσεις Από το ερευνητικό του έργο του κ. Χρηστίδη έχουν προκύψει, συνολικά, τρεις (3) δηµοσιεύσεις σε διεθνή επιστηµονικά περιοδικά, εννέα (9) δηµοσιεύσεις σε διεθνή επιστηµονικά συνέδρια, καθώς και δύο (2) δηµοσιεύσεις σε επιστηµονικά συνέδρια της ηµεδαπής. Στο συνολικό του έργο υπάρχουν 16 ετεροναναφορές. Δηµοσιεύσεις σε διεθνή επιστηµονικά περιοδικά [1] A. Ch. Nanakos, G. C. Christidis, E. C. Tatakis, "Weighted efficiency optimization of flyback micro-inverter under improved boundary conduction mode (i-bcm), IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 30, no. 10, Oct [2] G. C. Christidis, A. Ch. Nanakos, E. C. Tatakis, "Hybrid discontinuous/boundary conduction mode of flyback micro-inverter for ac-pv modules, IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 31, no. 6, June [3] G. C. Christidis, A. C. Kyritsis, N. P. Papanikolaou, and E. C. Tatakis, Investigation of Parallel Active Filters Limitations for Power Decoupling on Single-Stage/Single-Phase Microinverters, IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, accepted for publlication. Δηµοσιεύσεις σε διεθνή επιστηµονικά συνέδρια [4] E. C. Tatakis, M. Kalogeropoulou, G. C. Christidis, "Behavioral analysis of a single-switch step up converter," 14th European Conference on Power Electronics and Applications (EPE 2011), 30 Aug.-1 Sept [5] G. C. Christidis, Ap. Charalambous, E. C. Tatakis, High DC Voltage Step-up Conversion for Marine Applications, 1st International Marinelive Conference on All Electric Ship, 3-5 June 2012, pp [6] G. C. Christidis, I. Ch. Karatzaferis, I. Perpinias, M. Sautreuil, N. P. Papanikolaou, M. Loupis, I. Spanoudakis and E. C. Tatakis, Innovative Waste Heat Recovery Systems in Rotorcrafts, International Conference on Electrical Systems for Aircraft, Railway and Ship Propulsion (ESARS 12), Oct

4 [7] Ap. Charalambous, G. C. Christidis and E. C. Tatakis, Comparative Study of the dc/dc Boost Converter with SiC and Si Power Devices, International Conference on Electrical Systems for Aircraft, Railway and Ship Propulsion (ESARS 12), Oct [8] G. C. Christidis, I. Ch. Karatzaferis, M. Sautreuil, E. C. Tatakis, N. P. Papanikolaou, "Modeling and Analysis of an Innovative Waste Heat Recovery System for Helicopters", 15th European Conference on Power Electronics and Applications (EPE 2013), 3-5 Sept [9] P. Chatzidakis, G. C. Christidis, E. C. Tatakis, "Comparative Study of MPPT Algorithms for Thermoelectric Generators", 15th European Conference on Power Electronics and Applications (EPE 2013), 3-5 Sept [10] S. Saridakis, N. Papanikolaou, D. Voglitsis, E. Koutroulis, E. Tatakis, G. C. Christidis, I. Karatzaferis, Reliability Analysis for a Waste Heat Recovery Power Electronic Interface Applied at All-Electric Aircrafts, 3rd International Conference on Electrical Systems for Aircraft, Railway and Ship Propulsion (ESARS 15), 3-5 Mar [11] G. C. Christidis, A. Ch. Nanakos, E. C. Tatakis, "Analysis of a flyback inverter under hybrid DCM-BCM operation", 17th European Conference on Power Electronics and Applications (EPE 2015), 8-10 Sept [12] G. C. Christidis, A. Ch. Nanakos, E. C. Tatakis, Optimum Design of a Flyback PV Microinverter under Hybrid DCM/BCM Operation, 18th European Conference on Power Electronics and Applications (EPE 2016), 5-9 Sept. 2016, provisionally accepted. Δηµοσιεύσεις σε επιστηµονικά συνέδρια της ηµεδαπής [13] Γ. Χρηστίδης, Θ. Στουραΐτης, «Μελέτη, σχεδίαση και υλοποίηση επεξεργαστή IDCT µεταβλητού µήκους λέξης για µείωση της κατανάλωσης ενέργειας», 4o Συνέδριο Φοιτητών ΗΜΜΥ, Νοεµβρίου 2010, σσ [14] Σ. Αλειφέρης, A. Εµερετλής, Γ. Χρηστίδης, «Πειραµατικές διατάξεις για τη µετάδοση αναλογικού και ψηφιακού σήµατος µέσω οπτικού καναλιού», 4o Συνέδριο Φοιτητών ΗΜΜΥ, Νοεµβρίου 2010, σσ Συµµετοχή σε Επιστηµονικούς Φορείς Μέλος του Τεχνικού Επιµελητηρίου Ελλάδος, από το Μέλος της IEEE (Student Member) από το

5 2. Αντικείµενο της διατριβής Η παρούσα διδακτορική διατριβή αναφέρεται σε κτηριακά φωτοβολταϊκά (Φ/Β) συστήµατα, στα οποία κάθε Φ/Β πλαίσιο συνδέεται µε το δίκτυο χαµηλής τάσης ξεχωριστά και ανεξάρτητα, µε χρήση µικρο-αντιστροφέων, δηλαδή µονάδων ηλεκτρονικών µετατροπέων ισχύος µέσω των οποίων η συνεχής τάση εξόδου κάθε Φ/Β πλαισίου ανυψώνεται και µετατρέπεται σε εναλλασσόµενη. Τα συστήµατα αυτά θα πρέπει να παρουσιάζουν υψηλό βαθµό απόδοσης σε µεγάλο εύρος λειτουργίας για τη µέγιστη εκµετάλλευση της παρεχόµενος ηλιακής ενέργειας, καθώς και να πληρούν όλες τις διεθνείς προδιαγραφές για την ασφαλή λειτουργία τους. Βασικός σκοπός της παρούσας διατριβής είναι η συµβολή της στον τοµέα των Φ/Β µονάδων διεσπαρµένης παραγωγής µε την ενδελεχή διερεύνηση και βελτίωση της λειτουργικής συµπεριφοράς του µικρο-αντιστροφέα τύπου Flyback, που στόχο έχει την επίτευξη του υψηλότερου δυνατού σταθµισµένου βαθµού απόδοσης. Ο µετατροπέας αυτός είναι ένας µικρο-αντιστροφέας µίας βαθµίδας που ενσωµατώνει, µε τον καλύτερο δυνατό τρόπο, τα πλεονεκτήµατα της συγκεκριµένης τοπολογίας (απλότητα τοπολογίας, µικρός αριθµός στοιχείων, χαµηλό κόστος, υψηλή αξιοπιστία, ηλεκτρική αποµόνωση µέσω υψίσυχνου µετασχηµατιστή, απλός έλεγχος). Για την επίτευξη του προαναφερθέντος στόχου αναπτύχθηκε µία νέα υβριδική µέθοδος ελέγχου για το συγκεκριµένο αντιστροφέα (ονοµάστηκε Discontinuous Boundary Conduction Mode, DBCM), µέσω της οποίας, κατά τη διάρκεια µίας περιόδου του ηλεκτρικού δικτύου, ο µετατροπέας λειτουργεί σε διαφορετικές καταστάσεις αγωγής, µε σκοπό την αύξηση της απόδοσής του. Για τη συγκεκριµένη µέθοδο παλµοδότησης περιγράφονται οι απώλειες που εµφανίζονται στα επιµέρους στοιχεία του µετατροπέα, µε τον υπολογισµό των απαιτούµενων ηλεκτρικών µεγεθών, µε σκοπό να εφαρµοστεί ένας αλγόριθµος βελτιστοποίησης των παραµέτρων σχεδιασµού που αποσκοπεί στη µεγιστοποίηση του σταθµισµένου βαθµού απόδοσής του. Στη συνέχεια, η νέα µέθοδος επεκτείνεται και για εφαρµογή σε µετατροπέα Flyback πολλαπλών κλάδων, για τον οποίο προτείνεται µία νέα µεθοδολογία λειτουργίας του, υπολογίζονται εκ νέου τα ηλεκτρικά µεγέθη του και εφαρµόζεται µέθοδος βέλτιστου σχεδιασµού για την αύξηση του βαθµού απόδοσής του. Επιπρόσθετα γίνεται διερεύνηση δευτερευουσών πτυχών του µικρο-αντιστροφέα, οι οποίες απορρέουν από τις σύγχρονες απαιτήσεις και τα διεθνή πρότυπα που αναφέρονται στα Φ/Β συστήµατα. Πρώτος στόχος της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η ανάλυση µίας νέας µεθόδου ελέγχου (DBCM) η οποία βασίζεται στο συνδυασµό των ήδη υπαρχουσών µεθόδων λειτουργίας σε Ασυνεχή Αγωγή (Discontinuous Conduction Mode, DCM) και στο Όριο µεταξύ Συνεχούς και Ασυνεχούς Αγωγής (Boundary Conduction Mode, BCM) και η οποία εκµεταλλεύεται τα πλεονεκτήµατα κάθε µίας εξ αυτών. Για τη νέα υβριδική µέθοδο λειτουργίας υπολογίζονται αναλυτικά οι σχέσεις που περιγράφουν τον τρόπο παλµοδότησης του µετατροπέα, ώστε να παρέχεται στο δίκτυο καθαρά ηµιτονοειδές ρεύµα, βελτιστοποιώντας τη διαδικασία µετάβασης µεταξύ αυτών. Δεύτερος στόχος της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η πλήρης ανάλυση των ηλεκτρικών µεγεθών του ελεγχόµενου µε την προτεινόµενη υβριδική µέθοδο αντιστροφέα, µε σκοπό την περιγραφή των απωλειών κάθε στοιχείου του µετατροπέα, ώστε µέσω µίας τεχνικής βελτιστοποίησης να επιλέγονται κατάλληλα όλες οι λειτουργικές και κατασκευαστικές παράµετροι, για να επιτευχθεί ο µέγιστος δυνατός σταθµισµένος βαθµός απόδοσης για τις εκάστοτε προδιαγραφές. 5

6 Τρίτος στόχος της διδακτορικής διατριβής είναι η επέκταση της προτεινόµενης µεθόδου παλµοδότησης σε µικρο-αντιστροφέα τύπου Flyback πολλαπλών κλάδων (interleaved). Αναπτύσσεται µία µέθοδος ενεργοποίησης ενός εκάστου κλάδου και εξετάζεται πώς µπορεί να αυξηθεί έτι περαιτέρω ο σταθµισµένος βαθµός απόδοσής του. Τέλος, τέταρτος και τελευταίος στόχος της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η κατασκευή ενός ολοκληρωµένου µικρο-αντιστροφέα, για τον οποίο να αξιοποιούνται όλες οι παραπάνω τεχνικές βελτίωσης του σταθµισµένου βαθµού απόδοσής του. Για το λόγο αυτό χρησιµοποιείται µικρο-ελεγκτής υψηλών δυνατοτήτων, ώστε, εκτός από την εφαρµογή της προτεινόµενης υβριδικής παλµοδότησης, να ενσωµατώνονται στη στρατηγική ελέγχου και άλλες υποχρεωτικές από τους διεθνείς κανονισµούς λειτουργίες, όπως προστασία από το φαινόµενο νησίδας (anti-islanding), καθώς και µέθοδος εντοπισµού σηµείου µέγιστης ισχύος του Φ/Β πλαισίου. Διερευνάται, επιπρόσθετα, η δυνατότητα παροχής άεργου ισχύος από το µετατροπέα και η χρήση ενεργού φίλτρου στην είσοδο, µε σκοπό την αντικατάσταση του ηλεκτρολυτικού πυκνωτή και την αύξηση της αξιοπιστίας του µικρο-αντιστροφέα. 3. Περιεχόµενο της διατριβής Η εργασία περιλαµβάνει την εισαγωγή και επτά κεφάλαια: Στην Εισαγωγή αναλύονται τα κίνητρα για την έρευνα στην περιοχή των ηλεκτρονικών µετατροπέων ισχύος για φωτοβολταϊκά (Φ/Β) συστήµατα και καταγράφονται οι στόχοι της παρούσας διδακτορικής διατριβής. Στο Κεφάλαιο 1 παρουσιάζεται, εν συντοµία, η κατηγοριοποίηση των διασυνδεδεµένων Φ/Β συστηµάτων µε το δίκτυο µε ιδιαίτερη έµφαση στα κτηριακά Φ/Β συστήµατα. Καταγράφονται οι διαφορετικές µέθοδοι παροχής ενέργειας από τα Φ/Β πλαίσια προς το ηλεκτρικό δίκτυο και τα πλεονεκτήµατα και µειονεκτήµατα κάθε µεθόδου. Παρουσιάζεται η βασική δοµή ενός µικρο-αντιστροφέα, οι διεθνείς κανονισµοί που ορίζουν τον τρόπο λειτουργίας του, ενώ αναλύονται και οι σύγχρονες απαιτήσεις για τη συγκεκριµένη εφαρµογή. Στο Κεφάλαιο 2 γίνεται ανασκόπηση της λειτουργίας του µικρο-αντιστροφέα τύπου Flyback τόσο στην κατάσταση ασυνεχούς αγωγής (Discontinuous Conduction Mode, DCM), όσο και στην οριακή κατάσταση µεταξύ συνεχούς και ασυνεχούς αγωγής (improved Boundary Conduction Mode, i-bcm). Καταγράφονται οι βασικές εξισώσεις που διέπουν τα ηλεκτρικά µεγέθη του αντιστροφέα και οι οποίες θα χρειαστούν στα επόµενα κεφάλαια, ενώ παράλληλα παρουσιάζονται οι βασικοί µηχανισµοί απωλειών του µετατροπέα, καθώς και η λογική του βέλτιστου σχεδιασµού για επίτευξη υψηλού βαθµού απόδοσης. Το κεφάλαιο ολοκληρώνεται µε την παρουσίαση πειραµατικών αποτελεσµάτων που διεξήχθησαν, ώστε να τεθεί η βάση για τη διερεύνηση της βελτίωσης της λειτουργίας του µετατροπέα µε τις προτεινόµενες µεθόδους. Στο Κεφάλαιο 3 εισάγεται η προτεινόµενη υβριδική µέθοδος παλµοδότησης DBCM, µε την οποία στόχος είναι να βελτιωθεί ο σταθµισµένος βαθµός απόδοσης του µικρο-αντιστροφέα τύπου Flyback, περιορίζοντας τη µέγιστη διακοπτική συχνότητα λειτουργίας του. Παρουσιάζεται η µαθηµατική ανάλυση για την οµαλή µετάβαση µεταξύ των διαφορετικών καταστάσεων αγωγής, η οποία στη συνέχεια επιβεβαιώνεται µέσω προσοµοίωσης αλλά και πειραµατικά. Μετρήσεις του βαθµού απόδοσης φανερώνουν τη βελτίωση που µπορεί να επιτευχθεί χρησιµοποιώντας τη συγκεκριµένη µέθοδο. 6

7 Στο Κεφάλαιο 4 εφαρµόζεται µέθοδος βέλτιστου σχεδιασµού του µετατροπέα, µε στόχο να επιλεγούν κατάλληλα οι κατασκευαστικές και λειτουργικές παράµετροι, ώστε να επιτευχθεί ο µέγιστος δυνατός σταθµισµένος βαθµός απόδοσης. Για το σκοπό αυτό, αναλύονται και υπολογίζονται εκ νέου όλες οι απώλειες που εµφανίζονται στον αντιστροφέα όταν λειτουργεί µε την υβριδική µέθοδο DBCM, καθώς και οι µέσες και ενεργές τιµές των ρευµάτων εισόδου και εξόδου. Η επιβεβαίωση της ανάλυσης γίνεται µέσω πειραµατικών αποτελεσµάτων σε εργαστηριακό πρωτότυπο. Στο Κεφάλαιο 5 η υβριδική µέθοδος DBCM επεκτείνεται και για χρήση σε µικρο-αντιστροφέα τύπου Flyback πολλαπλών κλάδων (interleaved). Εξετάζονται οι πιθανοί συνδυασµοί ενεργοποίησης εκάστου κλάδου κατά τη διάρκεια µίας ηµιπεριόδου του ηλεκτρικού δικτύου. Αφού παρουσιαστούν οι µαθηµατικές σχέσεις που ορίζουν την ορθή παλµοδότηση για τη συγκεκριµένη διάταξη, παρουσιάζονται αποτελέσµατα προσοµοίωσης αλλά και πειραµατικά αποτελέσµατα για να επιβεβαιωθεί η ορθή λειτουργία και να φανεί η βελτίωση της απόδοσης που οφείλεται στην κατάλληλη επιλογή των παραµέτρων σχεδιασµού και λειτουργίας µε την εφαρµογή ελαχιστοποίησης των απωλειών για τη συγκεκριµένη διάταξη. Στο Κεφάλαιο 6 εξετάζονται υπόλοιπες λειτουργίες και χαρακτηριστικά τα οποία θα πρέπει να έχει ο µικρο-αντιστροφέας ώστε να είναι σύµφωνος µε τους διεθνείς κανονισµούς και να πληροί τις προϋποθέσεις και τις νέες απαιτήσεις που υπάρχουν στο χώρο των Φ/Β συστηµάτων. Πιο συγκεκριµένα, αναλύεται η λειτουργία του µικρο-αντιστροφέα σε περίπτωση εµφάνισης φαινοµένου νησίδας και παρουσιάζεται η λειτουργία της µεθόδου ανίχνευσης του σηµείου µέγιστης ισχύος του Φ/Β πλαισίου. Εξετάζεται, επίσης, η δυνατότητα παροχής άεργου ισχύος µέσω προσοµοίωσης και αναφέρονται οι τροποποιήσεις οι οποίες απαιτούνται για τη συγκεκριµένη λειτουργία τόσο στο κύκλωµα ισχύος όσο και στον αλγόριθµο ελέγχου. Τέλος, διερευνάται η χρήση ενός ενεργού φίλτρου συνδεδεµένου παράλληλα στην είσοδο του αντιστροφέα και εξετάζεται η λειτουργία του προτεινόµενου βελτιωµένου τρόπου ελέγχου του φίλτρου αυτού. Ολοκληρώνοντας, στο Κεφάλαιο 7 γίνεται µία ανακεφαλαίωση της εργασίας, συνοψίζονται τα πρωτότυπα σηµεία αυτής και αναδεικνύεται η συµβολή της στην επιστηµονική περιοχή των µικρο-αντιστροφέων για Φ/Β συστήµατα. 4. Συµβολή της διατριβής Πρωτότυπα Στοιχεία Η συµβολή της παρούσας εργασίας στον τοµέα των Φ/Β µονάδων διεσπαρµένης παραγωγής, επικεντρώνεται στον τοµέα του βέλτιστου σχεδιασµού ενός µικρο-αντιστροφέα τύπου Flyback, για την επίτευξη του µέγιστου σταθµισµένου βαθµού απόδοσης, αλλά και της λειτουργίας του µε βάση τις προδιαγραφές και τις σύγχρονες απαιτήσεις που θα πρέπει να πληρούνται. Αναλυτικότερα: 1. Προτείνεται µία νέα υβριδική µέθοδος παλµοδότησης του µικρο-αντιστροφέα τύπου Flyback, η DBCM, η οποία συνδυάζει τα πλεονεκτήµατα των ήδη υπαρχουσών µεθόδων DCM και i-bcm. Μέσω της συγκεκριµένης µεθόδου περιορίζεται η µέγιστη διακοπτική συχνότητα λειτουργίας του αντιστροφέα, µε αποτέλεσµα τη βελτίωση του βαθµού απόδοσης, ειδικά για χαµηλά επίπεδα ισχύος. Παράλληλα, βελτιώνεται και η ποιότητα ισχύος εξόδου του µετατροπέα, σε σχέση µε την i-bcm. 7

8 2. Για τη συγκεκριµένη µέθοδο παλµοδότησης διατυπώνονται αναλυτικές εξισώσεις για όλα τα µεγέθη που διέπουν τη λειτουργία του µετατροπέα. Μέσω αυτού του υπολογισµού περιγράφονται οι απώλειες που εµφανίζονται στα επί µέρους στοιχεία του αντιστροφέα, ώστε να εφαρµοστεί ένας αλγόριθµος βέλτιστης επιλογής των λειτουργικών και κατασκευαστικών παραµέτρων του µετατροπέα, µε σκοπό την επίτευξη του µέγιστου δυνατού σταθµισµένου βαθµού απόδοσης για τις εκάστοτε προδιαγραφές. 3. Διερευνάται η εφαρµογή της υβριδικής µεθόδου σε µικρο-αντιστροφέα τύπου Flyback πολλαπλών κλάδων και προτείνεται µία µεθοδολογία βέλτιστης ενεργοποίησης ενός εκάστου. Εξάγονται οι σχέσεις που περιγράφουν την ορθή λειτουργία του µετατροπέα για αυτή την περίπτωση, καθώς και τις απώλειες που εµφανίζονται στα στοιχεία, µε σκοπό ο αλγόριθµος βελτιστοποίησης να επεκταθεί και για έναν τέτοιου τύπου µετατροπέα, ώστε να αυξηθεί σηµαντικά ο σταθµισµένος βαθµός απόδοσής του. 4. Εξετάζεται η δυνατότητα παροχής άεργου ισχύος από ένα µικρο-αντιστροφέα τύπου Flyback, οι µαθηµατικές σχέσεις που περιγράφουν τον τρόπο παλµοδότησής του, καθώς και οι κυκλωµατικές τροποποιήσεις που απαιτούνται για την ορθή λειτουργία του. 5. Προτείνεται και αναλύεται ένας βελτιωµένος τρόπος ελέγχου για ενεργό φίλτρο που συνδέεται παράλληλα στην έξοδο του Φ/Β πλαισίου και είσοδο του µικροαντιστροφέα. Με το ενεργό φίλτρο αντικαθίσταται ο ηλεκτρολυτικός πυκνωτής που ήταν απαραίτητος για τη µείωση της κυµάτωσης του ρεύµατος εξόδου του Φ/Β πλαισίου αλλά λόγω των περιορισµών στο χρόνο ζωής του επιβάρυνε την αξιοπιστία της όλης διάταξης. Σύµφωνα µε τα παραπάνω η συµβουλευτική επιτροπή κρίνει ότι η διδακτορική διατριβή του κ. Γεωργίου Χρηστίδη ολοκληρώθηκε και είναι πολύ υψηλής στάθµης, εισηγείται δε τη συγκρότηση της Επταµελούς Εξεταστικής Επιτροπής. Η Τριµελής Συµβουλευτική Επιτροπή Εµµανουήλ Τατάκης, Καθηγητής Επιβλέπων Στέφανος Μανιάς, Καθηγητής Μέλος Νικόλαος Παπανικολάου, Επίκουρος Καθηγητής Μέλος Πάτρα, 23/06/2016 8