Συντάχθηκε 11-11-2025 09:10
Τόπος:
Σύνδεσμος τηλεδιάσκεψης
Έναρξη: 13/11/2025 10:00
Λήξη: 13/11/2025 11:00
ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΚΡΗΤΗΣ
Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών
Πρόγραμμα Προπτυχιακών Σπουδών
ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ
Ελπίδας Ανδρίτσου
με θέμα
Βελτιστοποίηση Αξιοπιστίας Μετατροπέα Ισχύος DC/AC Πολλαπλών Θυρών
Reliability Optimization of Multiport DC/AC Power Converter
Εξεταστική Επιτροπή
Καθηγητής Ευτύχιος Κουτρούλης (επιβλέπων)
Αναπληρωτής Καθηγητής Κωνσταντίνος Γυφτάκης
Επίκουρος Καθηγητής Γεώργιος Πέππας
Περίληψη
Τα τελευταία χρόνια οι Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (ΑΠΕ), τα συστήματα αποθήκευσης ενέργειας και τα ηλεκτρικά οχήματα κάνουν όλο και πιο συχνά την εμφάνισή τους και το ενδιαφέρον σχετικά με αυτά όλο και αυξάνεται. Τα συστήματα μετατροπής ισχύος DC/DC και DC/AC που χρησιμοποιούνται μέχρι σήμερα, παρουσιάζουν προβλήματα όπως το υψηλό κόστος, το μέγεθος και η πολυπλοκότητα του συστήματος λόγω των πολλών εξαρτημάτων. Τα παραπάνω προβλήματα μπορούν να αντιμετωπιστούν με τα κατάλληλα μέσα.
Στην παρούσα διπλωματική εργασία, υλοποιήθηκε η βελτιστοποίηση της αξιοπιστίας ενός μη-απομονωμένου μετατροπέα ισχύος πολλαπλών θυρών (MPC) που ενσωματώνει τέσσερις DC πηγές και μία AC έξοδο. Το συγκεκριμένο σύστημα έχει σχεδιαστεί για τη διαχείριση ισχύος ενός υβριδικού ενεργειακού συστήματος, το οποίο αποτελείται από μία Φ/Β συστοιχία (PV), μία συστοιχία μπαταριών, μία συστοιχία υπερπυκνωτών (SC), μία μπαταρία ηλεκτρικού οχήματος (EV) και τη διασύνδεση με το ηλεκτρικό δίκτυο. Με την εφαρμογή του προτύπου IEC-TR-62380, υλοποιήθηκε το κατάλληλο μαθηματικό μοντέλο ώστε να μπορέσει να επιτευχθεί η βελτιστοποίηση της αξιοπιστίας του συστήματος, βρίσκοντας όσο πιο υψηλό μέσο χρόνο μέχρι την εμφάνιση βλάβης (Mean Times Between Failures-MTBF) ήταν δυνατόν, τηρώντας τους κατάλληλους περιορισμούς.
Τα αποτελέσματα της βελτιστοποίησης έδειξαν πως η διατήρηση της υψηλής αξιοπιστίας του μετατροπέα είναι εφικτή για διαφορετικά προφίλ λειτουργίας, τιμές ισχύος εξόδου και θερμοκρασίες περιβάλλοντος. Τα ημιαγωγικά στοιχεία εμφανίζουν τη μεγαλύτερη συνεισφορά στο συνολικό ρυθμό βλαβών (failure rate) και κατά επέκταση στο χρόνο MTBF, ενώ τα παθητικά στοιχεία επηρεάζουν σε πολύ μικρότερο βαθμό. Η εφαρμογή του αλγορίθμου Particle Swarm Optimization (PSO) οδήγησε σε βελτίωση της αξιοπιστίας μέσω της κατάλληλης επιλογής τιμών πηνίων, πυκνωτών και διακοπτικής συχνότητας, αποδεικνύοντας ότι ο μετατροπέας λειτουργεί αποδοτικά και με σταθερή αξιοπιστία σε υβριδικά ενεργειακά συστήματα διασυνδεδεμένα με το ηλεκτρικό δίκτυο.
Abstract
In recent years, renewable energy sources (RES), energy storage systems, and electric vehicles have become increasingly common, and interest in them continues to grow. The DC/DC and DC/AC power conversion systems that are used so far have problems such as high cost, size, and complexity due to the many components involved. These problems can be addressed with the appropriate means.
In this thesis, the reliability of a non-isolated multi-port converter (MPC) that integrates four DC sources and one AC output was optimized. This system is designed to manage the power of a hybrid energy system, which consists of a photovoltaic (PV) array, a battery array, a supercapacitor (SC) array, an electric vehicle (EV) battery, and the connection to the electrical grid. By applying the IEC-TR-62380 standard, the appropriate mathematical model was implemented to optimize system reliability by finding the highest possible Mean Times Between Failures (MTBF) while adhering to the appropriate constraints.
The optimization results showed that maintaining high converter reliability is possible for different mission profiles, output power values and ambient temperatures. Semiconductor components contribute most to the overall failure rate and, by extension, to the MTBF, while passive components have a much smaller impact. The application of the Particle Swarm Optimization (PSO) algorithm led to improved reliability through the appropriate selection of values of the inductors, the capacitors and the switching frequency, proving that the converter operates efficiently and with consistent reliability in hybrid energy systems connected to the electrical grid.
Meeting ID: 967 8767 2714
Passcode: 259569
