Рабочая программа учебной дисциплины "применение ЭВМ в электроэнергетике" Цикл

Вид материала

Рабочая программа

Содержание Рабочая программа учебной дисциплины Часть цикла Часов (всего) по учебному плану Лабораторные работы Объем самостоятельной работы по учебному плану (всего) 1. Цели и задачи освоения дисциплины 2. Место дисциплины в структуре ооп впо 3. Результаты освоения дисциплины 4. Структура и содержание дисциплины 4.2 Содержание лекционно-практических форм обучения 4.2.2. Практические занятия 4.4. Расчетные задания 5. Образовательные технологии Самостоятельная работа 6. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины 7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины Мустанг (mustang)/ 8. Материально-техническое обеспечение дисциплины

Подобный материал:

• Рабочая программа учебной дисциплины "менеджмент и маркетинг в электроэнергетике" Цикл, 167.94kb.
• Рабочая программа учебной дисциплины "тепломассообмен" Цикл, 224.46kb.
• Рабочая программа учебной дисциплины "микропроцессорные средства управления в электроэнергетике", 187.49kb.
• Рабочая программа учебной дисциплины "автоматизация электроэнергетических систем" Цикл, 179.92kb.
• Рабочая программа учебной дисциплины "перенапряжения и координация изоляции" Цикл, 232.54kb.
• Рабочая программа учебной дисциплины «технологические энергоносители и энергосистемы, 188.29kb.
• Рабочая программа учебной дисциплины "устройства генерирования и формирование сигналов", 264.35kb.
• Рабочая программа учебной дисциплины «дополнительные главы математики» Цикл, 109.75kb.
• Рабочая программа учебной дисциплины " организационное поведение" Цикл, 132.79kb.
• Рабочая программа учебной дисциплины «экономическая статистика» Цикл, 212.99kb.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)


ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ
___________________________________________________________________________________________________________


Направление подготовки: 140400 Электроэнергетика и электротехника

Программа(ы) подготовки: Электроэнергетические системы и сети, их режимы, устойчивость, надежность и качество электрической энергии.

Квалификация (степень) выпускника: магистр

Форма обучения: очная


РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

"ПРИМЕНЕНИЕ ЭВМ В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ"

Цикл:	Профессиональный
Часть цикла:	по выбору
№ дисциплины по учебному плану:	ИЭЭ; М2.3
Часов (всего) по учебному плану:	216
Трудоемкость в зачетных единицах:	6	1 семестр – 6
Лекции	36 час	1 семестр
Практические занятия	учебным планом не предусмотрены
Лабораторные работы	36 час	1 семестры
Расчетные задания, рефераты	учебным планом не предусмотрены
Объем самостоятельной работы по учебному плану (всего)	144 час	1 семестр
Экзамены		1 семестр
Курсовые проекты (работы)	2 з.е. (72 часа)	2 семестр

Москва - 2011

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Целью дисциплины является получение знаний о современных подходах к решению задач расчета и анализа статической (апериодической и колебательной) и динамической устойчивости сложных электроэнергетических систем.

По завершению освоения данной дисциплины студент способен и готов:

• самостоятельно приобретать и использовать в практической деятельности новые знания и умения, в том числе, в новых областях знаний, непосредственно не связанных со сферой деятельности, расширять и углублять свое научное мировоззрение, в том числе с помощью информационных технологий (ОК-6);
  
• вести библиографическую работу с привлечением современных информационных технологий, анализировать, синтезировать и критически резюмировать информацию (ОК-9);
  
• использовать углубленные теоретические и практические знания, которые находятся на передовом рубеже науки и техники в области профессиональной деятельности (ПК-2);
  
• оформлять, представлять и докладывать результаты выполненной работы (ПК-8);
  
• использовать современные и перспективные компьютерные и информационные технологии (ПК-9);
  
• применять методы анализа вариантов, разработки и поиска компромиссных решений (ПК-11);
  
• использовать прикладное программное обеспечение для расчета параметров и выбора устройств электротехнического и электроэнергетического оборудования (ПК-14);
  
• решать инженерно-технические и экономические задачи с применением средств прикладного программного обеспечения (ПК-19);
  
• внедрять достижения отечественной и зарубежной науки и техники (ПК-24);
  
• использовать современные достижения науки и передовой технологии в научно-исследовательских работах (ПК-36);
  
• представлять результаты исследования в виде отчетов, рефератов, научных публикаций и на публичных обсуждениях (ПК-41);
  
• реализовать различные формы учебной работы (ПК-51);
  
• использовать современные подходы к определению предельных по апериодической статической устойчивости режимов;
  
• формировать математическую модель сложной регулируемой электроэнергетической системы для выбора закона регулирования, настроечных параметров автоматических регуляторов возбуждения (АРВ), оценки динамических свойств энергосистемы;
  
• производить расчеты электромеханических переходных процессов в сложной регули- руемой энергосистеме при больших возмущениях.
  

Задачами дисциплины являются:

• знакомство обучающихся с современными подходами к определению предельных по апериодической устойчивости режимов, коэффициентов запаса по мощности;
  
• дать информацию о математических моделях элементов сложной регулируемой электроэнергетической системы, используемых для выбора настроечных параметров систем автоматического регулирования и оценки динамических свойств энергосистемы;
  
• научить обучающихся принимать и обосновывать конкретные решения по обеспечению статической устойчивости сложной электроэнергетической системы с учетом самораскачивания;
  
• познакомить обучающихся с современными программно-вычислительными комплексами, предназначенными для расчета и анализа статической (апериодической и колебательной) и динамической устойчивости сложных электроэнергетических систем.
  

2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО

Дисциплина относится к выбираемой части профессионального цикла М.2 основной образовательной программы подготовки магистров по программе "Электроэнергетические системы и сети, их режимы, устойчивость, надежность и качество электрической энергии" направления 140400 Энергетика и электротехника.

Дисциплина базируется на дисциплинах "Специальная математика", “Электромеханические переходные процессы”, ''Алгоритмы задач электроэнергетики”, “Управление установившимися режимами ЭЭС”.

Знания, полученные по освоению дисциплины, необходимы при изучении дисциплины "Алгоритмы расчета установившихся режимов и переходных процессов в электроэнергетической системе" и при выполнении магистерской выпускной квалификационной работы.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

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

Знать:

• современные методы исследования и подходы к исследованию электромеханических переходных процессов (ПК-2);
  
• основные принципы формирования математических моделей электроэнергетической системы для расчета и анализа статической устойчивости и электромеханических переходных процессов при больших возмущениях (ПК-6);
  
• различные, по своей сути, методы анализа статической устойчивости (ПК-11);
  
• методы определения оптимальных настроечных параметров автоматических регуляторов возбуждения (АРВ) генераторов и методы численного интегрирования дифференциальных уравнений переходных процессов в сложных электроэнергетических системах (ПК-14);
  
• современные российские и зарубежные программно-вычислительные комплексы для расчета и исследования статической и динамической устойчивости (ПК-9, ПК-36).
  

Уметь:

• оценивать апериодическую статическую устойчивость и пределы мощности в сложной электроэнергетической системе на этапе расчета установившихся режимов (ПК-2);
  
• решать задачи расчета режимов и устойчивости электроэнергетических систем с применением средств прикладного программного обеспечения (ПК-19);
  
• внедрять отечественные и зарубежные программно-вычислительные комплексы для расчета режимов и устойчивости электроэнергетических систем (ПК-24);
  
• использовать современные программно-вычислительные комплексы для выбора настроечных параметров систем автоматического регулирования возбуждения генераторов станций (ПК-19);
  
• приводить математическую модель регулируемой энергосистемы к нормальной форме, формировать матрицу состояния и, используя программно-вычислительный комплекс, исследовать динамические свойства электроэнергетической системы, оценивая собственные значения и собственные вектора матрицы состояния (ПК-19);
  
• решать задачи расчета электромеханических переходных процессов при больших возмущениях (ПК-19);
  
• представлять результаты исследований статической устойчивости и электромеханических переходных процессов при больших возмущениях в виде отчетов, рефератов и научных публикаций (ПК-8, ПК-41);
  

Владеть:

• способностью к самостоятельному обучению новым методам исследования переходных процессов и устойчивости, к изменению научного и научно-производственного профиля в области электроэнергетики (ОК-2);
  
• способностью использовать углубленные теоретические и практические знания, которые находятся на передовом рубеже науки и техники в области электроэнергетики (ПК-2);
  
• способностью представлять и докладывать результаты выполненной работы в области электроэнергетики, оформлять их в виде научных публикаций и отчетов (ПК-8, ПК-41);
  
• готовностью использовать современные и перспективные компьютерные и информационные технологии для решения задач исследования статической и динамической устойчивости электроэнергетических систем (ПК-9, ПК-36);
  
• способностью определять эффективные, с точки зрения устойчивости, режимы работы автоматических регуляторов возбуждения генераторов электростанций (ПК-23);
  
• способностью к внедрению достижений в части разработки отечественных и зарубежных программно-вычислительных комплексов для расчета режимов, статической и динамической устойчивости (ПК-24, ПК-36);
  
• способностью к выполнению профессиональных задач расчета режимов, апериодической, колебательной статической и динамической устойчивости сложных электроэнергетических систем (ПК-19, ПК-24);
  
• способностью проводить практические и лабораторные занятия, консультации по вопросам расчета и анализа статической устойчивости и электромеханических переходных процессов (ПК-51).
  

4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

4.1 Структура дисциплины

Общая трудоемкость дисциплины составляет 6 зачетных единицы, 216 часов.

№ 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)
				лк	пр	лаб	сам.
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1	Задачи расчетов электромеханических переходных процессов и устойчивости электроэнергетической системы.	2	1	2		2	8	Миниконтрольная на лекции
2	Исследование апериодической статической устойчивости электроэнергетической системы.	8	1	8		6	28	Миниконтрольные по теме лекций. Допуск к выполнению лабораторных работ и их защита.
3	Исследование статической устойчивости энергосистемы с учетом самораскачивания частотными методами.	10	1	10		8	36	Миниконтрольные по теме лекций. Допуск к выполнению лабораторных работ и их защита.
4	Модальный анализ динамических свойств электроэнергетической системы.	6	1	6		8	28	Миниконтрольные. Допуск к выполнению лабораторных работ и их защита.
5	Методы расчета собственных значений и собственных векторов матрицы состояния электроэнергетической системы.	4	1	4		4	16	Миниконтрольные по теме лекций. Допуск к выполнению лабораторных работ и их защита.
6	Расчеты электромеханических переходных процессов при больших возмущениях.	6	1	6		8	28	Миниконтрольные. Допуск к выполнению лабораторных работ и их защита.
	Зачет	2	1	--	--	--	2	Результаты лекционных миниконтрольных + защита лабораторных работ.
	Экзамен	36	1	--	--	--	36	устный
	Итого:	216		36	--	36	144

4.2 Содержание лекционно-практических форм обучения

4.2.1. Лекции

1 семестр

1. Задачи расчетов электромеханических переходных

процессов и устойчивости электроэнергетической системы.

Классификация задач расчета статической и динамической устойчивости электроэнергетических систем: цели исследования, причины нарушения устойчивости, математические модели элементов энергосистемы, методы расчета для анализа устойчивости, способы обеспечения и улучшения устойчивости. Необходимость применения ЭВМ, основные требования к разработке алгоритмов и программ, обзор современных программ расчета электромеханических переходных процессов и устойчивости.

2. Исследование апериодической статической устойчивости

электроэнергетической системы.

Задачи исследования апериодической статической устойчивости. Цели исследования, математическое описание, методы исследования. Классический подход к исследованию апериодической статической устойчивости.

Современные алгоритмы проверки статической апериодической устойчивости. Связь якобиана уравнений установившегося режима (J) и свободного члена характеристического уравнения (а_n). Структура матрицы Якоби в расчете установившегося режима (УР).

Структура характеристического определителя для вычисления а_n. Уравнение электромагнитных переходных процессов в обмотке возбуждения и АРВ, закон регулирования. Вид характеристического определителя для D(0)= а_{n .}

Условия совпадения якобиана J и свободного члена характеристического уравнения а_n. Алгоритм расчета предельного по апериодической устойчивости режима. Алгоритм вычисления якобиана J. Особенности расчетов предельных по апериодической устойчивости режимов для сложных схем. Критерий апериодической устойчивости с учетом изменения частоты

3. Исследование статической устойчивости энергосистемы с учетом

самораскачивания частотными методами

Задачи расчета колебательной статической устойчивости электроэнергетических систем. Формирование математической модели сложной энергосистемы для расчетов статической устойчивости с учетом самораскачивания частотными методами. Модель синхронной машины.

Уравнения баланса мощности в узлах примыкания генераторов к системе. Уравнения баланса мощности в сетевых, не генераторных узлах в малых отклонениях. Формирование характеристического определителя D(р) = 0 для расчета статической устойчивости с учетом самораскачивания.

Формирование компактной формы записи математической модели энергосистемы. Расчет областей статической устойчивости методом D-разбиения для выбора настроечных параметров системы автоматического регулирования. Вычислительная сторона метода D-разбиения. Алгоритмические особенности реализации метода D-разбиения. Объем вычислений. Штриховка границы D-разбиения. Особые прямые.

Проверка претендента на устойчивость. Использование критерия Михайлова. Объем вычислений для проверки претендента на устойчивость. Повышение эффективности расчетов статической устойчивости с учетом самораскачивания – понижение порядка характеристического определителя.

Проверка колебательной устойчивости энергосистемы, заданной всеми параметрами, в том числе и настроечными. Структура и объем вычислений, необходимых для определения порядка характеристического уравнения для нерегулируемой и регулируемой ЭЭС. Структура и объем вычислений, необходимых для развертывания характеристического определителя в характеристическое уравнение и вычисления его коэффициентов a_i. Выводы.

4. Модальный анализ динамических свойств

электроэнергетической системы.

Основные определения. Динамические свойства простейшей энергосистемы с упрощенным учетом демпфирования. Матрица состояния R, модальная матрица. Вывод уравнения, представляющего собой основу алгоритма определения динамических свойств энергосистемы. Собственные значения и собственные вектора матрицы состояния.

Основные показатели, характеризующие динамические свойства сложных энергосистем, их определение. Определение подматрицы собственных векторов и их нормирование. Установление иерархии мод электромеханических колебаний и определение синфазных генераторных групп. Определение наблюдаемости и управляемости мод электромеханических колебаний. Модальный анализ тестовой системы.

Приведение к нормальной форме математической модели простейшей нерегулируемой энергосистемы, математических моделей систем автоматического регулирования, заданных передаточными функциями. Приведение к нормальной форме математической модели регулируемой энергосистемы, генераторы которой оснащены АРВ пропорционального действия двухзвенного типа.

5. Методы расчета собственных значений и собственных векторов

матрицы состояния электроэнергетической системы.

Полная проблема собственных значений. Использование QR и LR алгоритмов для решения полной проблемы. Частичная проблема собственных значений. Определение параметров электромеханических форм движения решением частичной проблемы собственных значений.

Методы решения частичной проблемы собственных значений: степенной метод, степенной метод со сдвигом, метод обратных итераций, обобщенный метод и другие. Алгоритмы степенного метода и степенного метода со сдвигом для определения собственных значений и собственных векторов электромеханических форм движения.

6. Расчеты электромеханических переходных процессов

при больших возмущениях.

Задачи расчетов переходных процессов и динамической устойчивости электроэнергетических систем. Математическое описание основных элементов энергосистемы для расчетов электромеханических переходных процессов при больших возмущениях. Способы учета систем автоматического регулирования и противоаварийного управления в расчетах электромеханических переходных процессов.

Методы совместного решения уравнений установившегося режима и дифференциальных уравнений, описывающих электромеханические переходные процессы. Явные и неявные методы численного интегрирования дифференциальных уравнений переходных процессов в энергосистеме: методы Рунге-Кутты, метод прогноза и коррекции, метод трапеций.

Особенности организации вычислительного процесса при расчетах переходных режимов на ЭВМ. Обзор и анализ современных отечественных и зарубежных программно-вычислительных комплексов расчета и анализа режимов, статической и динамической устойчивости сложных электроэнергетических систем.

4.2.2. Практические занятия:

Практические занятия учебным планом не предусмотрены.

4.3. Лабораторные работы:

1 семестр

№1. Оценка апериодической статической устойчивости сложной электроэнергетической системы.

№ 2. Модальный анализ динамических свойств сложной нерегулируемой ЭЭС.

№ 3. Определение настроечных параметров АРВ в сложной электроэнергетической системе.

№ 4. Исследование динамических свойств сложной регулируемой ЭЭС.

№ 5. Оптимизация настроечных параметров АРВ генераторов сложной

электроэнергетической системы численным методом.

№ 6. Исследование переходных процессов в сложной электроэнергетической системе при малых возмущениях.

№ 7. Исследование динамической устойчивости сложной электроэнергетической системы.


4.4. Расчетные задания:

Расчетные задания учебным планом не предусмотрены.


4.5. Курсовые проекты и курсовые работы

2 семестр

Курсовой проект заключается в разработке алгоритма и программы на одном из современных языков высокого уровня FORTRAN, Visual Fortran 5 и выше (Intel Visual Fortran 9.1), PASCAL (среда DELPHI 6.7, теперь и язык DELPHI), C⁺⁺, C⁺⁺ Builder (фирма Borland), C#, MsVisual C⁺⁺ 6 и выше, Visual studio с использованием современных инструментальных оболочек и компиляторов для решения широкого круга задач расчета режимов, статической (апериодической и колебательной) устойчивости, расчета электромеханических переходных процессов при больших возмущениях, надежности и качества электрической энергии.

5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Лекционные занятия проводятся в форме лекций с использованием раздаточного материала. В конце каждой лекции студент пишет миниконтрольную по теме данной лекции.

Самостоятельная работа включает закрепление лекционного материала с анализом результатов выполнения миниконтрольных работ, домашнюю подготовку к выполнению и защите лабораторных работ, каждая из которых оформляется в виде отдельного отчета, подготовку к зачету и экзамену.

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

Для текущего контроля успеваемости используются миниконтрольные в конце каждой лекции с обсуждением результатов их выполнения, защита и оценка качества представления отчета по каждой из семи лабораторных работ, проверка практического освоения работы с современными программно-вычислительными комплексами, используемыми при выполнении лабораторных работ.

Аттестация по дисциплине – зачет, экзамен.

Оценка зачета определяется как среднеарифметическая величина взятых с весовыми коэффициентами оценок по а) работе на лекциях, б) защите и качеству оформления отчетов по лабораторным работам.

Оценка за освоение дисциплины определяется как оценка на экзамене.

В приложение к диплому вносится оценка за 1 и 2 семестр.

7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

7.1. Литература:

а) основная литература:

1. В.А. Веников. Переходные электромеханические процессы в электрических системах. М.: Высшая школа, 1985.

2. Электрические системы. Математические задачи электроэнергетики./Под ред. В.А. Веникова. М.: Высшая школа, 1981.

3. П.С. Жданов. Вопросы устойчивости электрических систем. / Под ред. Л.А. Жукова. М.: Энергия, 1979.

4. В.А. Строев, Ю.В. Шаров, О.Н. Кузнецов. Алгоритмы расчета установившихся режимов и переходных процессов в электроэнергетической системе. Курс лекций. М.: МЭИ, 2006.

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

6. В.А. Строев, Н.Г. Филиппова, Т.И. Шелухина. Исследование переходных процессов и устойчивости сложных регулируемых электроэнергетических систем. Учебное пособие. М.: МЭИ, 2003.

7. Переходные процессы электрических систем в примерах и иллюстрациях. Учебное пособие для вузов. / Под ред. В.А. Строева. М.: Знак, 1996.

б) дополнительная литература:

1. М.Л. Левинштейн, О.В. Щербачев. Статическая устойчивость электрических систем. Учебное пособие. С.-П., Санкт-Петербургский государственный технический университет, 1994.

2. В.К. Шабад. Режимы и устойчивость электроэнергетических систем. Переходные электромеханические процессы, МГОУ, 2009.

3. Строев В.А., Филиппова Н.Г., Шелухина Т.И. Расчеты на ПЭВМ переходных режимов сложных регулируемых электроэнергетических систем. Лабораторный практикум по курсу “Применение ЭВМ для решения задач электроэнергетики”. М.: Изд-во МЭИ, 1998.

4. В. В. Штыков. Fortran & WIN32 API: Создание программного интерфейса для Windows средствами современного Фортрана. М., Диалог-МИФИ, 2001.


7.2. Электронные образовательные ресурсы:

а) лицензионное программное обеспечение:

1. Программно-вычислительный комплекс ОДУ Северо-Запада МУСТАНГ (MUSTANG)/

2. Программно-вычислительный комплекс ОАО “Институт “Энергосетьпроект”, ООО “Элекс” ДАКАР

б) Интернет-ресурсы:

1. DIgSILENT POWER FACTORY DIgSILENT GmbH – Германия

ссылка скрыта

2. EUROSTAG“Electricite de France”, “Tractebel”

ссылка скрыта


8. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

В качестве материально-технического обеспечения дисциплины в части освоения лекционного материала требуется обеспечение студентов раздаточным материалом. Для обеспечения освоения дисциплины в части выполнения лабораторных работ необходимо использование классов персональных компьютеров, загруженных учебными программными продуктами, разработанными сотрудниками кафедры ЭЭС, а также лицензионными программными продуктами.


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 Шелухина Т.И.


"УТВЕРЖДАЮ":

Зав. кафедрой ЭЭС

к.т.н., доцент Шаров Ю.В.