Рабочая программа учебной дисциплины «устойчивость электроэнергетических систем» Цикл
| Вид материала | Рабочая программа |
- Рабочая программа учебной дисциплины " автоматика электроэнергетических систем" Цикл, 210.8kb.
- Рабочая программа учебной дисциплины "автоматизация электроэнергетических систем" Цикл, 179.92kb.
- Рабочая программа учебной дисциплины «технические средства диспетчерского и технологического, 129.92kb.
- Рабочая программа учебной дисциплины "устойчивость механических систем" Цикл, 154kb.
- Рабочая программа учебной дисциплины "применение ЭВМ в электроэнергетике" Цикл, 191.64kb.
- Рабочая программа учебной дисциплины Ф тпу 1-21/01 Ф тпу 1 21/02, 560.57kb.
- Рабочая программа учебной дисциплины «надежность систем энергоснабжения» Цикл, 137.12kb.
- Рабочая программа учебной дисциплины " гидропривод и гидропневмоавтоматика в системах, 187.84kb.
- Рабочая программа учебной дисциплины "современные проблемы науки и производства в энергетическом, 157.72kb.
- Рабочая программа учебной дисциплины "системы автоматизированного контроля и управлени, 120.44kb.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)
ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ (ИЭЭ)
___________________________________________________________________________________________________________
Направление подготовки: 140400 Электроэнергетика
Профили подготовки: Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем
Квалификация (степень) выпускника: бакалавр
Форма обучения: очная
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
«УСТОЙЧИВОСТЬ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ»
| Цикл: | профессиональный | |
| Часть цикла: | по выбору | |
| № дисциплины по учебному плану: | ИЭЭ; Б.3.23.3б | |
| Часов (всего) по учебному плану: | 216 | |
| Трудоемкость в зачетных единицах: | 6 | 8 семестр – 6 |
| Лекции | 45 часов | 8 семестр |
| Практические занятия | 30 часов | 8 семестр |
| Лабораторные работы | 15 часов | 8 семестр |
| Расчетные задания, рефераты | | |
| Объем самостоятельной работы по учебному плану (всего) | 126 часов | |
| Экзамены | | 8 семестр |
| Курсовые проекты (работы) | Курсовой проект (работа) учебным планом не предусмотрен | |
Москва - 2010
1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Целью изучения дисциплины является получение теоретических и практических навыков анализа переходных электромеханических процессов и устойчивости при малых и больших возмущениях в электроэнергетических системах. При этом основное внимание уделяется методам анализа статической, динамической и результирующей устойчивости, стабилизации режимов и мероприятиям по их обеспечению.
По завершению освоения данной дисциплины студент способен и готов:
- готовностью к кооперации с коллегами, работе в коллективе (ОК-3);
- к самостоятельной, индивидуальной работе, принятию решений в рамках своей профессиональной компетенции (ОК-7);
- способностью демонстрировать базовые знания в области естественнонаучных дисциплин и готовностью использовать основные законы в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ПК-2);
- готовностью выявить естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, и способностью привлечь для их решения соответствующий физико-математический аппарат (ПК-3);
- способностью рассчитывать режимы работы электроэнергетических установок различного назначения, определять состав оборудования и его параметры, схемы электроэнергетических объектов (ПК-16);
- готовностью определять и обеспечивать эффективные режимы технологического процесса по заданной методике (ПК-23);
- способностью контролировать режимы работы оборудования объектов электроэнергетики (ПК-24);
- готовностью обеспечивать соблюдение заданных параметров технологического процесса и качество продукции (ПК-37);
- способностью анализировать технологический процесс как объект управления (ПК-28);
- готовностью участвовать в исследовании объектов и систем электроэнергетики и электротехники (ПК-38);
- способностью выполнять экспериментальные исследования по заданной методике, обрабатывать результаты экспериментов (ПК-44).
Задачами дисциплины являются:
- ознакомить студентов с основными характеристиками режимов электроэнергетической системы и соотношениям между их параметрами;
- ознакомить студентов с критериями устойчивости и стабилизации режимов;
- ознакомить студентов с методом площадей и методом малых колебаний при анализе динамической и статической устойчивости;
- ознакомить студентов с методиками расчета устойчивости и переходных процессов в сложной энергосистеме с учетом действия регулирующих устройств (регуляторов возбуждения и скорости вращения турбин), а также анализа асинхронных режимов, возникающих в энергосистеме после нарушения устойчивости;
- научить принимать конкретные решения по выбору методов и средств улучшения условий сохранения устойчивости и стабилизации режимов простых и сложных энергосистем.
2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО
Дисциплина относится к части профессионального цикла Б.3 по выбору основной образовательной программы подготовки бакалавров по профилю «Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем» направления 140400 Электроэнергетика.
Дисциплина базируется на следующих дисциплинах: «Теоретические основы электротехники», «Теоретическая механика», «Электромагнитные переходные процессы», «Электроэнергетические системы и сети» и учебно-производственной практике.
Знания, полученные при освоении дисциплины, необходимы при выполнении бакалаврской выпускной квалификационной работы, для изучения дисциплины «Основы проектирования релейной защиты», «Основы проектирования систем автоматики», «Расчеты релейной защиты энергообъектов», «Расчеты параметров автоматики энергосистем», «Элементы автоматических устройств», «»Средства диспетчерского и технологического управления», а также программы магистерской подготовки.
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
В результате освоения учебной дисциплины обучающиеся должны демонстрировать следующие результаты образования:
Знать:
- основные источники научно-технической информации по статической, динамической и результирующей устойчивости электроэнергетических систем (ОК-7, ПК-6);
- проблемы устойчивости и стабилизации ЭЭС (ПК-2),
- методы расчётов устойчивости и стабилизации электроэнергетических систем (ПК-16);
- влияние систем автоматического регулирования режима на условия устойчивости ЭЭС (ПК-24);
- технические способы и средства улучшения условий статической, динамической и результирующей устойчивости электроэнергетических систем (ПК-23);
Уметь:
- самостоятельно применять требования нормативных документов при определении условий устойчивости электроэнергетических систем (ПК-4);
- составлять математические модели для проведения расчётов устойчивости и стабилизации режимов ЭЭС (ПК-38);
- рассчитывать параметры электромеханических переходных процессов (ПК-38);
- рассчитывать условия сохранения статической, динамической и результирующей устойчивости ЭЭС (ПК-11, ПК-16, ПК-24);
- выбирать мероприятия и средства по улучшению условий сохранения всех видов устойчивости ЭЭС (ПК-8, ПК-16, ПК-21, ПК-37);
- проводить экспериментальное исследование условий сохранения устойчивости и стабилизации режимов ЭЭС (ПК-44);
- формировать законченное представление о принятых решениях и полученных результатах в виде научно-технического отчета с его публичной защитой (ПК-7).
Владеть:
- навыками дискуссии по профессиональной тематике (ПК-2, ПК-3);
- терминологией в области переходных режимов и устойчивости электроэнергетических систем (ПК-2);
- навыками применения полученной информации при проектировании электроэнергетических систем (ПК-8);
- методами анализа режимов работы электроэнергетического оборудования и систем (ПК-3);
- информацией о технических параметрах электроэнергетических систем для применения при конструировании (ПК-21).
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 | Основные термины и определения, элементы электроэнергетических систем. Переходные процессы в ЭЭС и их классификация | 6 | 8 | 2 | -- | -- | 4 | Тест: Основные термины и определения. Элементы электроэнергетических систем. Переходные процессы в ЭЭС и их классификация |
| 2 | Математические модели электроэнергетической системы и её элементов. Характеристики мощности ЭЭС | 19 | 8 | 4 | 4 | 5 | 6 | Тест: характеристики мощности и их анализ |
| 3 | Динамическая устойчивость ЭЭС. Определение условий динамической устойчивости ЭЭС | 29 | 8 | 6 | 6 | 5 | 12 | Контрольная работа |
| 4 | Статическая устойчивость ЭЭС. Учет действия АРВ | 28 | 8 | 6 | 6 | -- | 16 | Контрольная работа |
| 5 | Устойчивость нагрузки в ЭЭС | 13 | 8 | 2 | 2 | 5 | 4 | Тест: условия устойчивости работы АД |
| 6 | Асинхронный ход в ЭЭС и ресинхронизация | 12 | 8 | 4 | -- | -- | 8 | Тест: изменение параметров режима при асинхронном ходе по межсистемной связи |
| 7 | Мероприятия по улучшению устойчивости ЭЭС | 11 | 8 | 3 | 2 | -- | 6 | Тест: выбор необходимых мероприятий |
| 8 | Эквивалентирование ЭЭС, критерии анализа результатов расчета переходных процессов, программное обеспечение | 8 | 8 | 2 | 2 | -- | 4 | Тест: анализ переходных процессов по критериям |
| 9. | Управляемая стабилизация ЭЭС после больших возмущений (методы Ляпунова, Беллмана, искусственной нейронной сети с нечеткой логикой и другие) | 12 | 8 | 4 | 2 | -- | 6 | Тест: стабилизация режима ЭЭС по разным изучаемым методам |
| 10 | Влияние управляющих устройств (FACTS) на режимы межсистемных связей | 14 | 8 | 4 | 2 | -- | 8 | Тест: суть воздействия FACTS на режим связи |
| 11 | Стабилизация режимов ЭЭС после возмущений с помощью регуляторов возбуждения и скорости турбин | 14 | 8 | 4 | 2 | -- | 8 | Тест: составляющие алгоритмов, влияющих на стабилизацию режимов |
| 12 | Влияние противоаварийной автоматики на устойчивость ЭЭС. Системы управления в реальном времени | 12 | 8 | 4 | 2 | -- | 6 | Тест: принцип действия основных устройств автоматики |
| | Зачет | 2 | 8 | -- | -- | -- | 2 | Защита расчётных заданий |
| | Экзамен | 36 | 8 | -- | -- | -- | 36 | устный |
| | Итого: | 216 | | 45 | 30 | 15 | 126 | |
4.2 Содержание лекционно-практических форм обучения
4.2.1. Лекции:
8 семестр
1. Основные термины и определении,. Элементы электроэнергетических систем. Переходные процессы и устойчивость в ЭЭС, их классификация
Основные понятия и определения: энергетическая система, электроэнергетическая система (ЭЭС). Элементы ЭЭС. Классификация режимов ЭЭС и задачи управления ими. Переходные процессы и устойчивость в ЭЭС, их характеристика. Математическое описание различных переходных процессов и задачи управления ими. Общие понятия об устойчивости ЭЭС.
2. Математическое описание электроэнергетической системы и её элементов.
Характеристики мощности ЭЭС
Уравнения электромагнитных переходных процессов в обмотках статора синхронного генератора. Преобразование Парка-Горева. Упрощение уравнений Парка-Горева для анализа электромеханических переходных процессов в ЭЭС. Представление генератора как элемента электрической цепи. Уравнение электромагнитного переходного процесса в обмотке возбуждения синхронного генератора. Упрощение уравнения синхронного генератора и его векторные диаграммы. Уравнение движения ротора генератора. Электромагнитный момент генератора. Понятие «шины бесконечной мощности» ЭЭС. Векторная диаграмма. Выражения для активной и реактивной мощности на шинах генератора. Область существования установившихся режимов и область статической устойчивости простейшей ЭЭС. Практический критерий статической устойчивости. Мощность генератора в сложной ЭЭС.
3. Динамическая устойчивость ЭЭС, методы расчета и анализа.
Понятие динамическая устойчивость ЭЭС. Определение, основные допущения при расчетах. Метод площадей. Аналитическое определение максимального угла выбега ротора. Определение запаса динамической устойчивости по методу площадей. Определение предельного времени отключения трехфазного короткого замыкания в простейшей ЭЭС. Основы методов численного интегрирования нелинейных дифференциальных уравнений. Метод последовательных интервалов – основные допущения, вычислительная схема. Обобщение метода последовательных интервалов на сложную ЭЭС. Расчеты динамической устойчивости в простой ЭЭС при учете электромагнитных переходных процессов в обмотке возбуждения генератора. Учет релейной форсировки возбуждения. Понятие о стандартных программах расчета переходных процессов.
4. Статическая устойчивость ЭЭС, учет действия АРВ.
Статическая устойчивость электроэнергетических систем. Определение устойчивости состояния равновесия по Ляпунову. Линеаризация дифференциальных уравнений переходных процессов. Характеристическое уравнение, его корни. Необходимые и достаточные условия статической устойчивости. Понятие о стандартных программах и заложенных в них критериях устойчивости. Составление линеаризованных уравнений переходных процессов для системы «станция - шины»
= const при неучете электромагнитных переходных процессов в обмотке возбуждения генератора. Анализ статической устойчивости нерегулируемой ЭЭС с учетом электромагнитных переходных процессов в обмотке возбуждения и асинхронной мощности. Условия самовозбуждения и самораскачивания. Необходимые условия устойчивости. Виды нарушения статической устойчивости. Критерии устойчивости. Критерий Гурвица. Параметрическое самораскачивание. Требования к регулированию возбуждения генераторов электростанций. Принципиальная схема АРВ пропорционального действия. Статические характеристики генератора при различных значениях коэффициента 
. Характеристическое уравнение простейшей системы с безынерционным АРВ пропорционального действия. Учет влияния постоянной времени 
на условие самораскачивания. Влияние гибкой обратной связи, охватывающей возбудитель, на его инерционность. АРВ сильного действия. Статическая устойчивость простейшей системы с АРВ, реагирующим на отклонение напряжения и скорость вращения ротора генератора. Возможные виды нарушения статической устойчивости и меры по их предотвращению.5. Устойчивость нагрузки в ЭЭС
Переходные электромеханические процессы в узлах нагрузки. Уравнение движения асинхронного двигателя. Практический критерий статической устойчивости асинхронного двигателя. Лавина напряжения. Предотвращение лавины напряжения средствами РЗиА. Устойчивость узла нагрузки при больших возмущениях: пуск двигателя, резкопеременная нагрузка на валу, короткие замыкания, затянутые КЗ.
6. Асинхронный ход в ЭЭС. Ресинхронизация
Причины возникновения асинхронного ход в ЭЭС, его влияние на работу генератора и режимы системы. Условия ресинхронизации. Асинхронный ход по межсистемной связи. Характеристики режима при асинхронном ходе. Мероприятия по ликвидации асинхронного хода в ЭЭС.
7. Мероприятия по улучшению устойчивости ЭЭС
Мероприятия по обеспечению устойчивости ЭЭС. Основные, дополнительные и режимные мероприятия по улучшению устойчивости ЭЭС, предусматривающие изменение параметров электроэнергетического оборудования, применение дополнительных устройств автоматического управления, а также непосредственное воздействие на режим ЭЭС.
8. Эквивалентирование ЭЭС, критерии анализа результатов расчета переходных процессов, программное обеспечение
Методы структурного эквивалентирования сложных ЭЭС для сведения схемы замещения к простому виду. Эквивалентное представление взаимного движения генераторов в двухмашинной ЭЭС одним уравнением движения. Анализ устойчивости в эквивалентной ЭЭС. Эквивалентное представление подсистем в сложной многоподсистемной ЭЭС.
9. Управляемая стабилизация ЭЭС после больших возмущений.
Определение условий стабилизации режима ЭЭС после больших возмущений с использованием второго метода Ляпунова. Использование метода Беллмана для решения задачи стабилизации. Использование метода искусственной нейтронной сети (ИНС) с нечеткой логикой. Формирование алгоритмов управления, исследования их эффективности.
10. Влияние управляющих устройств типа FACTS на режимы межсистемных связей
Принципы работы и характеристики электронных устройств FACTS для применения в электрических сетях ЭЭС. Анализ эффективности применений FACTS на межсистемных связях и оценка их эффективности по критерию повышения пропускной способности межсистемной связи и по условию снижения потерь мощности в неоднородной сложнозамкнутой электрической сети. Применение энергетического подхода к синтезу алгоритмов управления FACTS при асинхронном ходе по линии связи. Анализ их эффективности.
11. Стабилизация режимов ЭЭС с помощью автоматических регуляторов возбуждения и скорости турбин
Разработка алгоритмов управления возбуждением и скоростью вращения вала турбины (АРВ и АРС), исходя из условия интенсивного затухания переходных процессов в послеаварийном режиме. Анализ эффективности таких алгоритмов. Аналитическое выражение критерия затухания переходных процессов и их использование при исследованиях. Примеры расчета переходных процессов с учетом управления с оценкой интенсивности затухания переходных процессов.
12. Влияние противоаварийной автоматики на устойчивость ЭЭС
Назначение противоаварийной автоматики в ЭЭС. Автоматика ликвидации асинхронного режима (АЛАР), ее принципы действия. Применение автоматического электрического торможения генераторов. АПНУ, АОСЧ, АОСН и др.
4.2.2. Практические занятия:
8 семестр
Собственные и взаимные проводимости расчетных схем. Метод единичных токов.
Векторная диаграмма синхронного генератора и получение расчетных формул для определения активной мощности.
Расчет идеального и действительного предела передаваемой мощности для явнополюсного и неявнополюсного генератора .
Определение предела передаваемой мощности электропередачи и коэффициентов запаса статической устойчивости при установке на генераторах автоматических регуляторов возбуждения пропорционального и сильного действия. Анализ угловых характеристик мощности.
Способ площадей.
Определение предельного времени отключения трехфазного КЗ.
Расчет переходного процесса в простейшей ЭЭС при несимметричных КЗ методом последовательных интервалов без учета и с учетом электромагнитных переходных процессов в обмотке возбуждения генератора.
Определение максимального угла расхождения ЭДС двух электростанций при качаниях.
Устойчивость асинхронного двигателя.
Устойчивость узла нагрузки.
Использование критериев оценки качества переходных процессов.
Решение задачи синтеза алгоритмов управления с использованием метода Ляпунова.
Решение задачи синтеза алгоритмов управления с использованием метода Беллмана.
Анализ влияния устройств FACTS на режим межсистемной связи.
Стабилизация режима воздействием на возбуждение генераторов.
Расчеты влияния электрического торможения на динамическую устойчивость ЭЭС.
4.3. Лабораторные работы:
8 семестр
№ 1. Статическая устойчивость ЭЭС.
№ 2. Динамическая устойчивость ЭЭС.
№ 3. Устойчивость асинхронной нагрузки ЭЭС.
4.4. Расчетные задания:
8 семестр
Расчетное задание учебным планом не предусмотрено.
4.5. Курсовые проекты и курсовые работы:
Курсовой проект (курсовая работа) учебным планом не предусмотрен.
5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
Лекционные занятия проводятся в форме лекций с использованием презентаций. Презентации лекций содержат большое количество схем, чертежей и фотоматериалов.
Практические и лабораторные занятия проводятся как в традиционной форме, так и с применением современных компьютерных средств анализа переходных процессов и устойчивости ЭЭС.
Самостоятельная работа включает: подготовку к лекционным и практическим занятиям, к тестам, контрольным работам, выполнение домашних заданий, подготовку и оформление рефератов, работу над расчётным заданием, 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 контрольные работы.
Аттестация по дисциплине – экзамен.
Оценка за освоение дисциплины, определяется как оценка за экзамен.
7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
7.1. Литература:
а) основная литература:
- Веников В.А. Переходные электромеханические процессы в электрических системах. М.: Высшая школа, 1985.
- Жданов, П. С. Вопросы устойчивости электрических систем / П. С. Жданов ; Ред. Л. А. Жуков . – М. : Энергия, 1979 . – 456 с.
б) дополнительная литература:
- Электроэнергетические системы в примерах и иллюстрациях. Под ред. В.А .Веникова. М.: Энергоатомиздат,1983.
- Переходные процессы электрических систем в примерах и иллюстрациях. Под ред. В.А. Строева. М.: Знак, 1996.
- Зеленохат Н.И. Элементы теории управления переходными режимами электроэнергетических систем. Учебное пособие по курсу “Теория управления переходными режимами электроэнергетических систем”. М.: МЭИ, 1992. – 80 с.
7.2. Электронные образовательные ресурсы:
а) лицензионное программное обеспечение и Интернет-ресурсы:
Программный комплекс «Векторная диаграмма и характеристики мощности ЭЭС».
www.regimov.net; www.so-ups.ru; www.niipt.ru; www.exponenta.ru.
б) другие:
набор слайдов по тематике лекций.
8. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Для обеспечения освоения дисциплины необходимо наличие учебной аудитории, снабженной средствами для представления презентаций лекций. Для проведения практических и лабораторных занятий необходимо наличие компьютерного класса и лаборатории, оснащённой стендами для проведения лабораторных работ по электромеханическим переходным процессам.
Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО и с учетом рекомендаций ПрООП ВПО по направлению подготовки 140400 «Электроэнергетика и электротехника» и профилю №3 «Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем».
ПРОГРАММУ СОСТАВИЛ:
д.т.н., профессор Зеленохат Н.И.
"УТВЕРЖДАЮ":
Зав. кафедрой Релейная защита
и автоматизация энергосистем
д.т.н. профессор Дьяков А.Ф.