Программа подготовки: Оптимизация структур, параметров и режимов систем электроснабжения и повышение эффективности их функционирования Квалификация (степень) выпускника: магистр

Вид материала

Содержание

Подобный материал:

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

ИНСТИТУТ электроэнергетики (ИЭЭ)
___________________________________________________________________________________________________________

Направление подготовки: 140400 - Электроэнергетика и электротехника

Программа подготовки: Оптимизация структур, параметров и режимов систем электроснабжения и повышение эффективности их функционирования

Квалификация (степень) выпускника: магистр

Форма обучения: очная

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

"Основы расчета установившихся режимов систем электроснабжения"

Цикл:	профессиональный
Часть цикла:	по выбору
№ дисциплины по учебному плану:	ИЭЭ; М2.5б
Часов (всего) по учебному плану:	144
Трудоемкость в зачетных единицах:	4	2 семестр – 4
Лекции	36 часов	2 семестр
Практические занятия	36 часов	2 семестр
Лабораторные работы	Лабораторные работы учебным планом не предусмотрены
Расчетные задания, рефераты	20 часов самостоят. работы	2 семестр
Объем самостоятельной работы по учебному плану (всего)	72 часа
Экзамены		2 семестр
Курсовые проекты (работы)	Курсовой проект (работа) учебным планом не предусмотрен

Москва - 2011

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Целью дисциплины является получение необходимых знаний о современных методах математического моделирования и алгоритмах расчета установившихся режимов работы сложных систем электроснабжения.

По завершению освоения данной дисциплины студент способен и готов:

способностью и готовностью использовать углубленные знания в области естественнонаучных и гуманитарных дисциплин в профессиональной деятельности (ПК-1);
способностью анализировать естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности (ПК-5);
способностью и готовностью применять современные методы исследования проводить технические испытания и (или) научные эксперименты, оценивать результаты выполненной работы (ПК-6);
готовностью использовать современные и перспективные компьютерные и информационные технологии (ПК-9);
готовностью использовать прикладное программное обеспечение для расчета параметров и выбора устройств электротехнического и электроэнергетического оборудования (ПК-14).

Задачами дисциплины являются:

знакомство обучающихся с принципами формирования исходных данных для расчета установившихся режимов сложных систем электроснабжения;
дать информацию об основных уравнениях, описывающих установившийся режим, от вида которых зависит эффективность расчета режима сложной системы электроснабжения;
изучение методов формирования уравнений установившегося режима; таких как обобщённое уравнение состояния, узловые и контурные уравнения;
дать информацию о многочисленных методах решения узловых уравнений, записанных в форме баланса токов или мощностей и их эффективности в процессе расчета установившихся режимов сложных систем электроснабжения;
научить обучающихся принимать и обосновывать конкретные решения по вводу режимов сложных систем электроснабжения в область существования и далее – в область допустимых значений;
познакомить обучающихся с современными программно-вычислительными комплексами, предназначенными для расчета и анализа установившихся режимов сложных систем электроснабжения.

2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО

Дисциплина относится к части профессионального цикла М.2 по выбору основной образовательной программы подготовки магистров по программе «Оптимизация структур, параметров и режимов систем электроснабжения и повышение эффективности их функционирования» направления 140400 – Электроэнергетика и электротехника.

Дисциплина базируется на следующих дисциплинах: "Специальная математика", "Системы электроснабжения городов и промышленных предприятий" и учебно-производственной практике.

Знания, полученные по освоению дисциплины, необходимы при выполнении магистерской выпускной квалификационной работы и изучении дисциплины "Оптимизация структур и параметров систем электроснабжения".

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

В результате освоения учебной дисциплины, обучающиеся должны демонстрировать следующие результаты образования:

Знать:

методы анализа и моделирования линейных и нелинейных электрических цепей постоянного и переменного тока (ПК-1, ПК-5);

основные уравнения, описывающие установившиеся режимы сложных систем электроснабжения (ПК-1, ПК-5);
методы расчета режимов систем электроснабжения;
современные российские и зарубежные программно-вычислительные комплексы, позволяющие рассчитывать нормальные и предельные по мощности установившиеся режимы сложных систем электроснабжения, их характеристики и особенности (ПК-9).

Уметь:

составлять расчетные схемы и схемы замещения систем электроснабжения и их элементов для последующих расчетов;
рассчитывать режимы систем электроснабжения;
выполнять расчет нормальных и предельных по мощности режимов сложных систем электроснабжения, используя современные программно-вычислительные комплексы (ПК-9, ПК-14);
разобраться в причинах возможного отсутствия решения уравнений установившегося режима системы электроснабжения (ПК-6);

Владеть:

навыками применения программно-вычислительных комплексов при расчетах режимов и проектировании систем электроснабжения (ПК-9, ПК-14);
методами анализа режимов работы систем электроснабжения (ПК-6).

4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

4.1 Структура дисциплины

Общая трудоемкость дисциплины составляет 4 зачетные единицы, 144 часа.

№ п/п	Раздел дисциплины. Форма промежуточной аттестации (по семестрам)	Всего часов на раздел	Семестр	Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и трудоемкость (в часах)				Формы текущего контроля успеваемости (по разделам)
№ п/п		Всего часов на раздел	Семестр	лк	пр	лаб	сам.	Формы текущего контроля успеваемости (по разделам)
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1	Задачи расчетов установившихся режимов сложных систем электроснабжения. Классификация элементов схем замещения.	8	2	2	4	--	2	Тест
2	Основные уравнения, описывающие установившиеся режимы сложных систем электроснабжения.	14	2	6	4	--	4	Тест
3	Методы решения систем линейных алгебраических уравнений. Принципы учета слабой заполненности сетевых матриц при использовании метода Гаусса.	24	2	8	8	--	8	Тест
4	Методы расчета установившихся режимов решением нелинейных узловых уравнений в форме баланса токов, коэффициенты которых представлены в комплексной форме.	22	2	6	8	--	8	Тест.
5	Методы расчета установившихся режимов, требующие разделения узлового уравнения, представленного в комплексной форме, на два уравнения с действительными коэффициентами.	28	2	10	10	--	8	Тест.
6	Обзор современных российских и зарубежных программно-вычислительных комплексов в части расчета установившихся режимов сложных систем электроснабжения.	10	2	4	2	--	4	Тест
	Зачет	2	2	--	--	--	2	Собеседование
	Экзамен	36	2	--	--	--	36	Устный
	Итого:	144		36	36	--	72

4.2 Содержание лекционно-практических форм обучения

4.2.1. Лекции:

2 семестр

1. Задачи расчетов установившихся режимов сложных систем электроснабжения. Классификация элементов схем замещения.

Задачи расчетов установившихся режимов сложных систем электроснабжения. Факторы, определяющие эффективность решения инженерных задач на ПЭВМ. Классификация элементов схемы замещения системы электроснабжения (активные, пассивные, узловые, линейные). Классификация узлов. Модель ветви, модель узла. Исходная информация для расчета установившихся режимов. Информационно-вычислительная система – банк данных, СУБД и ее функции. Модели данных.

2. Основные уравнения, описывающие установившиеся режимы

сложных систем электроснабжения.

Основные уравнения, описывающие установившиеся режимы систем электроснабжения Узловое уравнение состояния системы электроснабжения (в форме баланса токов, мощностей). Базисный и балансирующий узлы. Требования к выбору балансирующего узла. Эффективность расчета режима на этапе формирования уравнений и на этапе их решения итерационными методами. Формирование матрицы узловых проводимостей (матрицы Y) – исходные данные, алгоритм, программная реализация формирования матрицы Y. Учет трансформаторных связей в расчетах УР.

Методы решения систем линейных алгебраических уравнений – прямые, итерационные. Метод Гаусса с обратным ходом. Вычислительная схема прямого и обратного хода, основные формулы. Программная реализация метода Гаусса с обратным ходом.

Преимущества, недостатки метода. Принципы учета слабой заполненности сетевых матриц при использовании метода Гаусса. Алгоритмы упорядочения, их классификация.

Хранение слабо заполненных матриц: требования к схемам хранения (упаковки) матриц, различные схемы упаковки, схема связанного списка. Формирование матрицы Y в компактной форме.

Алгоритм формирования матрицы, основные массивы, представляющие матрицу Y в компактной форме. Программная реализация формирования матрицы Y в компактной форме.

Методы расчета установившихся режимов решением нелинейных

узловых уравнений в форме баланса токов, коэффициенты

которых представлены в комплексной форме.

Итерационные методы расчета установившихся режимов. Поузловые методы, методы одновременного решения уравнений. Области сходимости, вычислительная эффективность. Алгоритм и подпрограмма расчета установившегося режима методом Зейделя. Свойства метода Зейделя, коэффициент ускорения. Достоинства, недостатки метода. Вычислительная схема метода Зейделя при задании опорных генераторных узлов (узлов в форме Pг-Uг).

Метод Гаусса применительно к решению нелинейного узлового уравнения в форме баланса токов. Блок-схема решения уравнения на основе метода Гаусса. Недостаток метода. Решение нелинейного узлового уравнения в форме баланса токов на основе обращения матрицы Y, блок-схема решения, недостаток метода. L-H факторизация матриц. Алгоритм вычисления элементов факторизованной матрицы, программная реализация L-H факторизации матриц.

Решение нелинейного узлового уравнения в форме баланса токов на основе L-H факторизации матрицы Y. Вычислительная схема прямой и обратной подстановки. Блок-схема решения, достоинства метода. Метод расчета режимов, основанный на сочетании методов Зейделя и Гаусса при решении нелинейного узлового уравнения в форме баланса токов. Достоинства и недостатки метода.

Методы расчета установившихся режимов, требующие

разделения узлового уравнения, представленного в комплексной

форме, на два уравнения с действительными коэффициентами.

Методы расчета установившихся режимов, требующие разделения узлового уравнения в комплексной форме на два уравнения с действительными коэффициентами. Прямоугольная и полярная системы координат. Узловое уравнение состояния электрической системы в форме баланса мощностей, записанное в прямоугольной и полярной системах координат.

Сущность метода Ньютона, Формы записи уравнений в прямоугольной и полярной системах координат. Решение узловых уравнений в форме баланса мощностей, записанных в прямоугольной и полярной системах координат, методом Ньютона.

Зависимость размерности задачи расчета установившегося режима методом Ньютона, размерности матрицы Якоби от формы записи уравнений (в прямоугольной или полярной системах координат) и формы представления генераторных узлов.

Свойства матрицы Якоби. Свойства метода Ньютона, проявляющиеся при решении нелинейных узловых уравнений с целью расчета установившегося режима сложных систем электроснабжения. Модификации метода Ньютона.

Сущность градиентного метода. Понятие градиента и антиградиента. Алгоритм расчета установившегося режима сложной системы электроснабжения методом градиентного спуска. Выбор шага t движения в направлении антиградиента. Достоинства и недостатки метода.

Обзор современных российских и зарубежных программно-вычислительных

комплексов в части расчета установившихся режимов

сложных систем электроснабжения.

Обзор современных российских и зарубежных ПВК, возможности которых включают расчет установившихся режимов сложных систем электроснабжения.

4.2.2. Практические занятия:

2 семестр

Выдача расчетных заданий и схемы для расчета режима по программе RastrWin. Методические указания по выполнению расчетного задания.

Расчет установившегося режима сложной системы электроснабжения методом в два этапа и решением узлового уравнения в форме баланса токов. Сопоставительный анализ результатов расчета режима двумя методами.

Формирование матрицы узловых проводимостей Y с учетом трансформаторных связей. Формирование узловых уравнений в форме баланса токов для сложной системы электроснабжения.

Решение комплексных уравнений в форме баланса токов методом Зейделя при представлении генераторного узла опорным и не опорным.

Решение уравнений в форме баланса токов, записанных в прямоугольной системе координат, методом Зейделя.

Решение нелинейного узлового уравнения в форме баланса мощности для сложной электроэнергетической системы, записанного в прямоугольной и полярной системах координат, методом Ньютона.

Решение узлового уравнения, записанного в форме баланса мощности в прямоугольной системе координат, методом градиентного спуска. Сопоставление результатов расчета, полученного различными методами.

4.3. Лабораторные работы:

Лабораторные работы учебным планом не предусмотрены.

4.4. Расчетные задания:

2 семестр

Расчет режима сложной системы электроснабжения, используя современный программно-вычислительный комплекс RastrWin.

4.5. Курсовые проекты и курсовые работы.

Курсовой проект (курсовая работа) учебным планом не предусмотрен.

5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Лекционные занятия проводятся как в традиционной форме, так и в форме лекций с использованием компьютерных презентаций. Презентации лекций содержат большое количество схем и фотоматериалов.

Практические занятия проводятся в традиционной форме в виде рассмотрения и обсуждения решения типовых задач.

Самостоятельная работа включает подготовку к тестам, выполнение расчетного задания и подготовка к его защите, подготовку к зачету и экзамену.

6. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ, ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Для текущего контроля успеваемости используются различные виды тестов и защита расчетного задания.

Аттестация по дисциплине – зачет и экзамен.

Оценка за освоение дисциплины определяется как оценка на экзамене.

В приложение к диплому вносится оценка за 2 семестр.

7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

7.1. Литература:

а) основная литература:

1. Электрические системы. Электрические сети./ Под ред. В.А. Веникова, В.А. Строева М.: Высшая школа, 1998.

2. Электрические системы и сети в примерах и иллюстрациях./ Под ред. В.А. Строева М.: Высшая школа, 1999.

б) дополнительная литература:

1. Т.И. Шелухина. Расчет нормальных и предельных по мощности установившихся режимов сложных энергосистем. Учебное пособие. М.: Издательство МЭИ, 2005.

2. В.А. Строев, Н.Г. Филиппова, Т.И. Шелухина, С.В. Шульженко. Изучение методов расчета установившихся режимов сложных энергосистем. Лабораторный практикум по курсу “Алгоритмы задач электроэнергетики”. Учебное пособие. М.: Издательство МЭИ, 2005.

7.2. Электронные образовательные ресурсы:

а) лицензионное программное обеспечение и Интернет-ресурсы:

http//www.RastrWin.ru

б) другие:

набор слайдов по тематике лекций.

8. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Для обеспечения освоения дисциплины необходимо наличие учебной аудитории, снабженной мультимедийными средствами для представления презентаций лекций и компьютерные классы для проведения практических занятий.

Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО и с учетом рекомендаций ПрООП ВПО по направлению подготовки 140400 – Электроэнергетика и электротехника.

ПРОГРАММУ СОСТАВИЛ:

к.т.н., доцент Шведов Г.В.

"УТВЕРЖДАЮ":

Зав. кафедрой электроэнергетических систем

к.т.н., доцент Шаров Ю.В.

Blog

Содержание

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ