"Island power systems development with load management and energy efficiency programs"

The power systems of islands, especially of the Aegean Sea, are distinguished by their peculiarities, since they are currently autonomous, with the prospect that in the near future most of the islands will be interconnected with the mainland power system by shutting down the operation of oil power plants. However, the interconnection is not fully assured in terms of reliability, doubting whether it is ultimately possible to discontinue conventional units. While an additional issue is the penetration of renewable energy sources, due to the high wind potential and high solar radiation and the formulation of hybrid systems, even with the use of energy storage devices. However, despite the initial steps towards load management and energy efficiency measures by the PPC and the guidelines of the International Energy Agency, which took place twenty years ago, the corresponding interest in Greece has diminished over the last few years.
In this context, a holistic economic and technical study on the development of an island electricity system is being considered, taking into account not only the penetration of renewable sources, but also the possibility of utilizing load management, demand and energy efficiency programs. In particular, the load fluctuation of the autonomous islands over the years and its dependence on weather conditions (temperature, sunshine, wind) will be studied by applying statistical analysis and/ or pattern recognition methods. Furthermore, the effect of seasonal population changes on load demand will be studied, due to the increased tourist flows of these islands during the summer season. Afterwards, a relative load forecast will be conducted both in the short and long term, using regression models and/ or artificial intelligence. At the same time, there will be a systematic recording of electricity load management plans and the possibility of application to island electric power networks, as well as ways for their economic evaluation. Moreover, the economic planning of the development/ expansion of power stations will be analyzed, with or without renewable energy sources, with or without interconnection with the mainland system, with or without load management programs using appropriate optimization methods and taking into account the relevant loss of demand load and unserved energy reliability indices. In addition, the economic operation of each configured island electricity system will be performed for typical days of future years using appropriate optimization methods. The most appropriate development scenario of the island's electric power production system will be selected from the comparative study. This methodology will be applied to a number of islands of the Aegean Sea, in order to identify additional similarities and differences between them and the possibility of generalizing the relevant results.

"Wireless charging and discharging of electric vehicles and optimization of their integration in Smart Grids"

Τhe subject of the PhD is multidisciplinary and belongs to the area of Power Electronics, Electromagnetism and Smart Grids. In the proposed PhD thesis,thatdeals with the IPTS (Inductive Power Transfer System)of electromotive vehicles and the purpose is the theoretical analysis of the wireless inductive charging system via the mathematical systemanalysisand the physical systemdesign and installationin an outdoors environment and its interconnection with smart grids. The main issue is the analysis of the problems that hinder it and the problems that it creates due to its particular electromagnetic nature. Consequently, the thesis reviews international research and the provisions that have been created so far, as well as the innovations in the solutions to problems faced by inductive wireless charging systems.
More specifically, the thesis is divided into two parts. The first partwill be the mathematical part of the thesis and shows how an wireless inductive charging system that is essentially a transformer, can work without a core and how the valuesof transformers parametersbe affected during its operation and the correction done by the system inverter.Finally, a software simulation is presented that shows how a DC voltage can eventually feed a battery of an electromotive vehicle.
The second part of the thesis deals with the physical system, the installation of a wireless inductive charging system with an inverter and its strong electromagnetic interference (EMI). Considering that the system is mostly intended for outdoor use, the IP (International Protection Marking) standards are presented, thus giving solutions through it in order to preserve immunity to nature's elements and at the same time maintaining immunity to the electromagnetic radiation produced by the transformer and internal elements of the inverter. This sectiondeals the designing of the housing for the inverter, the cooling system and choosing the cooling method as well as magnetically shielding all the components of the system.
Finally, the magnetic field modulus methodology is described, that significantly increases the efficiency of the wireless inductive charging system, allowing for easier shielding and safer usage of the transformer. Furthermore, the wireless inductive charging system interconnection with the smart grids is examinedand presented.

"Ανάπτυξη συστήματος παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας νήσων με προγράμματα διαχείρισης και εξοικονόμησης φορτίου"

Τα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας των νησιών, ειδικά του Αιγαίου πελάγους, διακρίνονται για τις ιδιαιτερότητές τους, καθώς είναι επί της παρούσης στιγμής αυτόνομα, με την προοπτική στο κοντινό μέλλον τα περισσότερα νησιά να διασυνδεθούν με το ηπειρωτικό σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας διακόπτοντας τη λειτουργία των πετρελαϊκών μονάδων ηλεκτροπαραγωγής. Ωστόσο η διασύνδεση δεν είναι πλήρως εξασφαλισμένη από πλευράς αξιοπιστίας θέτοντας σε αμφιβολία αν τελικά είναι δυνατή η διακοπή της λειτουργίας των συμβατικών μονάδων. Ενώ ένα επιπλέον ζήτημα είναι ο βαθμός διείσδυσης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας λόγω του πλούσιου αιολικού δυναμικού και της υψηλής ηλιακής ακτινοβολίας και η διαμόρφωση υβριδικών συστημάτων, ακόμη με τη χρήση διατάξεων συσσώρευσης ενέργειας. Ωστόσο παρά τα αρχικά βήματα σε μέτρα διαχείρισης και εξοικονόμησης φορτίου από πλευράς Δ.Ε.Η. και τις οδηγίες του Διεθνούς Οργανισμού Ενέργειας προ εικοσαετίας τα τελευταία χρόνια έχει ατονήσει το αντίστοιχο ενδιαφέρον στον ελλαδικό χώρο.
Υπό αυτό το πλαίσιο ζητείται η ολιστική οικονομοτεχνική μελέτη ανάπτυξης ενός συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας νήσου λαμβάνοντας υπόψη πέρα της διείσδυσης ανανεώσιμων πηγών και τη δυνατότητα αξιοποίησης προγραμμάτων διαχείρισης φορτίου ζήτησης και εξοικονόμησης ενέργειας. Ειδικότερα θα μελετηθεί η διαχρονική εξέλιξη των φορτίων των αυτόνομων νήσων και η εξάρτησή τους από τις καιρικές συνθήκες (θερμοκρασία, ηλιοφάνεια, άνεμος) εφαρμόζοντας μεθόδους στατιστικής ανάλυσης ή / και αναγνώρισης προτύπων. Επίσης θα μελετηθεί η επίδραση που έχουν στην ζήτηση φορτίου οι εποχικές μεταβολές του πληθυσμού στα νησιά αυτά λόγω των αυξημένων τουριστικών ροών κατά τη θερινή περίοδο. Στη συνέχεια θα γίνει η σχετική πρόβλεψη φορτίου τόσο βραχυπρόθεσμα, όσο και μακροπρόθεσμα, με χρήση μεθόδων παλινδρομικών μοντέλων ή / και τεχνητής νοημοσύνης. Παράλληλα θα υπάρξει συστηματική καταγραφή προγραμμάτων διαχείρισης ηλεκτρικού φορτίου και των δυνατοτήτων εφαρμογής σε δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας νήσων, καθώς των τρόπων οικονομικής αξιολόγησής τους. Ακολούθως θα γίνει ο οικονομικός προγραμματισμός ανάπτυξης / επέκτασης μονάδων παραγωγής, με ή χωρίς ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, με ή χωρίς διασύνδεση με το ηπειρωτικό σύστημα, με ή χωρίς προγράμματα διαχείρισης φορτίου με τη χρήση κατάλληλων μεθόδων βελτιστοποίησης και λαμβάνοντας υπόψη και τους σχετικούς δείκτες αξιοπιστίας απώλειας φορτίου και απώλειας ενέργειας. Στη συνέχεια θα εκτελεστεί η οικονομική λειτουργία του εκάστοτε διαμορφωμένου συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας νήσου για τυπικές ημέρες των μελλοντικών ετών με τη χρήση κατάλληλων μεθόδων βελτιστοποίησης. Από τη συγκριτική μελέτη θα επιλεχθεί η καταλληλότερη διαμόρφωση ανάπτυξης του συστήματος παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας νήσου. Η μεθοδολογία αυτή θα εφαρμοστεί σε σειρά νησιών του Αιγαίου πελάγους, προκειμένου να διαπιστωθούν επιπλέον ομοιότητες και διαφορές μεταξύ τους και οι δυνατότητές γενίκευσης των σχετικών αποτελεσμάτων.

"Ασύρματη φόρτιση και εκφόρτιση ηλεκτρικών οχημάτων με βελτιστοποίηση ένταξής τους σε ευφυή δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας (smart grids)"

Το θέμα της διδακτορικής διατριβής είναι διαθεματικό κι εμπλέκει τις περιοχές των Ηλεκτρονικών Ισχύος, του Ηλεκτρομαγνητισμού και των Ευφυών Δικτύων. Στην προτεινόμενη διδακτορική διατριβή που πραγματεύεται την ασύρματηεπαγωγική φόρτιση ηλεκτροκίνητωνοχημάτωνκαι σκοπός είναι ηθεωρητικήανάλυση τωνσυστημάτωνασύρματης επαγωγικής φόρτισης, από την μαθηματικήανάλυση μέχρι την φυσική σχεδίασηκαι εγκατάσταση του συστήματος σε εξωτερικό χώρο και την διασύνδεσή του με ευφυή δίκτυα. Το κύριο θέμα είναι η ανάλυση των προβλημάτων που την δυσχεραίνουν καθώς και των προβλημάτων που δημιουργεί η ίδια εξαιτίας της ιδιαίτερης ηλεκτρομαγνητικής της φύσης. Στην συνέχεια γίνεται ανασκόπηση στην διεθνή έρευνα και στις διατάξεις που έχουν δημιουργηθεί μέχρι τώρα αλλά και στις καινοτομίες σε λύσεις προβλημάτων που αντιμετωπίζουν τα ασύρματα συστήματα φόρτισης.
Πιο συγκεκριμένα, η διατριβή διαιρείται σε δύο μέρη. Το πρώτο μέροςθα είναι το μαθηματικό μέρος της διατριβής και δείχνει πώς ένα ασύρματο επαγωγικό σύστημα φόρτισηςπου αποτελεί στην ουσία ένα μετασχηματιστή, μπορεί να εργάζεται χωρίς πυρήνα και πώς επηρεάζονται οι τιμές των παραμέτρων του μετασχηματιστήκατά την διάρκεια της λειτουργίας του,και τις διορθώσεις που γίνονται μέσω της μεταβολής της λειτουργίας του αντιστροφέα του συστήματος.Τέλος παρουσιάζεται μία προσομοίωση λογισμικού που δείχνει πώς μία DC τάση μπορεί τελικά και τροφοδοτεί τον συσσωρευτή ενός ηλεκτροκίνητου οχήματος.
Το δεύτερο μέρος της εργασίας πραγματεύεται το φυσικό σύστημα, την εγκατάσταση ενός ασύρματου επαγωγικού συστήματος φόρτισης με έναν αντιστροφέα και της ισχυρής ηλεκτρομαγνητικής παρεμβολής που δημιουργεί. Δεδομένου ότιτο σύστημα προορίζεται κυρίως για εξωτερική χρήση, παρουσιάζονται τα διεθνήεπίπεδαπροδιαγραφών προστασίας (IPM - International Protection Marking) και πως το σύστημα μπορεί να εγκατασταθεί υπογείως έχοντας ανοσία στα στοιχεία της φύσης και ταυτόχρονα διατηρώντας ανοσία στην ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που παράγεται από τον μετασχηματιστή και από εσωτερικά στοιχεία του αντιστροφέα. Αυτή η ενότητα πραγματεύεται την σχεδίαση του περιβλήματος ενός αντιστροφέα, του συστήματος ψύξης του και στην επιλογή της μεθόδου ψύξης καθώς και στην μαγνητική θωράκιση όλων των στοιχείων του συστήματος.
Τέλος περιγράφεται η μεθοδολογία θωράκισης του μαγνητικού πεδίου, που αυξάνει σημαντικά την απόδοση του ασύρματου επαγωγικού συστήματος φόρτισης, επιτρέποντας την ασφαλέστερη χρήση του μετασχηματιστή. Επιπροσθέτως, εξετάζεται και παρουσιάζεται η διασύνδεση ενός ασύρματου επαγωγικού συστήματος φόρτισης με ευφυή δίκτυα.