Программа подготовки: Электроэнергетические системы и сети, их режимы, устойчивость, надежность и качество электрической энергии Квалификация (степень) выпускника: магистр
| Вид материала | Программа |
- Программа подготовки: Электроэнергетические системы и сети, их режимы, устойчивость,, 145.75kb.
- Программа подготовки: Электроэнергетические системы и сети, их режимы, устойчивость,, 150.43kb.
- Рабочая программа учебной дисциплины "применение ЭВМ в электроэнергетике" Цикл, 191.64kb.
- Программа вступительных испытаний для поступающих в магистратуру по направлению 140400, 76.55kb.
- 140200. 68 Электроэнергетика Программа подготовки, 84.73kb.
- Программа подготовки: Энергоустановки на основе возобновляемых видов энергии Квалификация, 166.95kb.
- Программа подготовки: Энергоустановки на основе возобновляемых видов энергии Квалификация, 134.53kb.
- Рабочая программа учебной дисциплины ф тпу 1- 21/02 Федеральное государственное бюджетное, 348.55kb.
- Научный руководитель программы: Хрущёв Юрий Васильевич, профессор кафедры эсвт, 58.32kb.
- Магистерская программа: Энергоустановки на основе возобновляемых видов энергии Квалификация, 143.24kb.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)
ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ (ИЭЭ)
___________________________________________________________________________________________________________
Направление подготовки: 140400 Электроэнергетика
Программа подготовки: Электроэнергетические системы и сети, их режимы, устойчивость, надежность и качество электрической энергии
Квалификация (степень) выпускника: магистр
Форма обучения: очная
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
«Оптимизация развития энергосистем»
| Цикл: | профессиональный | |
| Часть цикла: | вариативная | |
| № дисциплины по учебному плану: | ИЭЭ; М2.4 | |
| Часов (всего) по учебному плану: | 180 | |
| Трудоемкость в зачетных единицах: | 5 | 2 семестр – 5 |
| Лекции | 54 часа | 2 семестр |
| Практические занятия | 18 часов | 2 семестр |
| Лабораторные работы | 18 часов | 2 семестр |
| Расчетные задания, рефераты | Расчетные задания, рефераты учебным планом не предусмотрены | |
| Объем самостоятельной работы по учебному плану (всего) | 90 часов | 2 семестр |
| Экзамены | | 2 семестр |
| Курсовые проекты (работы) | Курсовой проект (работа) учебным планом не предусмотрен | |
Москва - 2011
1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Целью изучения дисциплины является получение теоретических и практических навыков анализа процессов развития электроэнергетических систем. При этом основное внимание уделяется методам научно обоснованного поиска оптимальных решений по повышению эффективности функционирования ЭЭС в различных схемно-режимных условиях с учетом рыночных отношений в электроэнергетике.
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 осваивать новые достижения науки и техники и 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 выявлять естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, и способностью привлекать для их решения соответствующий физико-математический аппарат (ПК-3);
- способностью использовать углубленные знания в области естественнонаучных дисциплин в своей деятельности (ПК-1);
- способностью находить творческие и принимать нестандартные решения (ПК-4);
- готовностью применять методы и средства АСУ технологическими процессами и использовать современные достижения науки и передовые технологии в научно-исследовательских работах (П-36);
- способностью анализировать технологический процесс как объект управления (ПК-28);
- готовностью участвовать в исследовании объектов и систем электроэнергетики (ПК-38);
- способностью выполнять экспериментальные исследования по заданной методике, обрабатывать результаты экспериментов (ПК-44).
Задачами дисциплины являются:
- ознакомить студентов с задачами управления и основными характеристиками режимов электроэнергетической системы;
- ознакомить студентов с новыми подходами к проблеме управления режимами энергосистем;
- ознакомить студентов с методами теории оптимального управления стационарными и переходными режимами в энергосистеме с учетом действия регулирующих устройств (регуляторов возбуждения и скорости вращения турбин), и других средств автоматики;
- ознакомить студентов с причинами возникновения крупных аварий в энергообъединениях с каскадным их развитием и мероприятиями по их предотвращению;
- научить принимать конкретные решения по выбору методов синтеза алгоритмов управления и средств повышения эффективности управления режимами простых и сложных энергосистем;
- ознакомить студентов с особенностями развития электроэнергетических систем в условиях рыночных отношениях в электроэнергетике.
2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО
Дисциплина относится к вариативной части профессионального цикла основной образовательной программы подготовки магистров по программе «Электроэнергетические системы и сети, их режимы, устойчивость, надежность и качество электроэнергии» направления 140400 – Электроэнергетика и электротехника.
Дисциплина базируется на следующих дисциплинах: «Теоретические основы электротехники», «Теоретическая механика», «Математические задачи электроэнергетики», «Электромагнитные переходные процессы», «Электромеханические переходные процессы», «Электроэнергетические системы и сети» и учебно-производственной практике.
Знания, полученные при освоении дисциплины, необходимы при выполнении магистерской выпускной квалификационной работы.
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
В результате освоения учебной дисциплины обучающиеся должны демонстрировать следующие результаты образования:
Знать:
- основные источники научно-технической информации по теории управления стационарными и переходными режимами электроэнергетических систем (ЭЭС) (ОК-7, ПК-6);
- основные направления и проблемы развития ЭЭС (ПК-2),
- методы синтеза алгоритмов управления для управления развитием ЭЭС (ПК-16);
- влияние систем автоматического регулирования и управления режимами в различных схемно-режимных условиях работы ЭЭС (ПК-24);
- технические способы и средства повышения эффективности функционирования ЭЭС с учетом рыночных отношений в электроэнергетике (ПК-23).
Уметь:
- составлять математические модели для проведения расчётов режимов электроэнергетических систем с учетом действия систем управления (ПК-38);
- формировать алгоритмы управления режимами ЭЭС (ПК-38);
- анализировать перспективы развития электроэнергетики в условиях рыночных отношений (ПК-11, ПК-16, ПК-24);
- выбирать мероприятия и средства и алгоритмы управления по повышению эффективности и безопасности развития ЭЭС (ПК-8, ПК-16, ПК-21, ПК-37);
- проводить расчеты и исследовать эффективность управления развитием и режимами ЭЭС (ПК-44);
- формировать законченное представление о принятых решениях и полученных результатах с его публичной защитой (ПК-7).
Владеть:
- навыками дискуссии по профессиональной тематике (ПК-2, ПК-3);
- терминологией в области управления и развития ЭЭС (ПК-2);
- навыками применения полученной информации при формировании систем управления режимами и развитием ЭЭС (ПК-8);
- методами синтеза и анализа алгоритмов управления работой ЭЭС и их развитием (ПК-3);
- информацией об устройствах управляющих воздействий на режимы ЭЭС (ПК-21).
4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
4.1 Структура дисциплины
Общая трудоемкость дисциплины составляет 5 зачетных единиц, 180 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 | Общие понятия об ЭЭС как объекте управления в процессе ее развития, о режимах работы и проблемах автоматизации | 6 | 2 | 2 | -- | -- | 4 | Тест: Направления развития энергосистем. Понятие об управлении развитием ЭЭС |
| 2 | Методы оптимального управления развитием ЭЭС | 32 | 2 | 14 | 4 | 4 | 10 | Общее и различие в основе методов оптимизации развития ЭЭС |
| 3 | Методы построения систем управления режимами и развитием ЭЭС с элементами искусственного интеллекта | 28 | 2 | 8 | 4 | 4 | 12 | Тест: Описание методов, характеристика элементов искусственного интеллекта |
| 4 | Развитие ЭЭС по пути их интеллектуализации. | 12 | 2 | 4 | -- | 4 | 4 | Контрольная работа |
| 5 | Новые методы и подходы к созданию систем управления ЭЭС | 20 | 2 | 6 | 4 | 4 | 6 | Тест: Суть новых методов, их характерные особенности |
| 6 | Особенности развития ЭЭС в условиях рыночных отношений | 26 | 2 | 12 | 4 | -- | 10 | Контрольная работа |
| 7 | Анализ причин возникновения аварий в энергообъединениях с их каскадным развитием | 6 | -- | 4 | -- | -- | 2 | Тест: Общее в причинах возникновения и развития аварий |
| 8 | Перспективы развития ЕЭС России по пути «интеллектуализации» с внедрением высокотехнологичных систем управления | 12 | 2 | 4 | 2 | 2 | 4 | Тест: Концепция развития и предпосылки для ее реализации |
| | Зачет | 2 | 2 | -- | -- | -- | 2 | Проверка готовности студента к экзамену |
| | Экзамен | 36 | 2 | -- | -- | -- | 36 | устный |
| | Итого: | 180 | 2 | 54 | 18 | 18 | 90 | |
4.2 Содержание лекционно-практических форм обучения
4.2.1. Лекции:
2 семестр
- Общие понятия об ЭЭС как объекте управления в процессе ее развития, о режимах работы и проблемах автоматизации
Характеристика электроэнергетической системы (ЭЭС), как управляемой развивающейся системы со сложными взаимосвязями между отдельными ее элементами. Понятия оптимизация и развитие. Применение теории больших систем к анализу стратегии развития ЭЭС. Экономические, энергетические, социальные и законодательные аспекты, определяющие эффективность управления развитием ЭЭС.
2. Методы оптимального управления развитием ЭЭС
Задача оптимизации управления развитием ЭЭС. Метод динамического программирования применительно к решению задач, описываемых алгебраическими уравнениями. Принцип оптимальности по Беллману. Дифференциальное уравнение Беллмана для оптимизации перехода динамических систем из одного состояния в другое. Уравнение Эйлера. Определение понятия гладкие функции и функционала. Применение уравнения Эйлера для решения задач оптимизации. Частные случаи решения уравнения Эйлера. Определение вида экстремума функционала при решении задач отыскания оптимального перехода из одного состояния при развитии в другое. Условие Лежандра, матрица Гессе. Обобщение задачи оптимизации. Оптимизация с использованием условия Эйлера-Пуассона. Применение такого метода оптимизации к решению конкретной задачи оптимизации.
- Методы построения систем управления режимами и развитием ЭЭС с элементами искусственного интеллекта
Каноническая форма записи уравнения Эйлера. Применение методов теории оптимального и кибернетического управления для поиска алгоритмов оптимального управления эффективностью функционирования ЭЭС. Системы экстремального управления, принцип их действия. Принципы построения оптимальных самоорганизующихся систем автоматического управления и направления их применения при рассмотрении перспектив развития ЭЭС при создании сложных систем управления режимами объединенной ЕЭС России. Принципы построения сложных кибернетических самоорганизующихся систем управления (больших систем). Анализ структурного устройства кибернетической самоорганизующейся системы «Робот», «Луноход». Принципы построения обучаемых и самообучающихся систем. Системы распознавания образов, их структурные особенности.
- Развитие ЭЭС по пути их интеллектуализации
Реализация принципов искусственного интеллекта при создании систем диагностики аварийного состояния ЭЭС и ее элементов. Применение новых технологий при создании систем автоматизированного управления состоянием ЭЭС и их объединений в нормальных и аварийных условиях. Исследования по созданию системы «искусственный разум». Принципы построения систем управления с элементами «искусственного интеллекта». Применение таких систем при разработке новых технологий. Система мониторинга переходных режимов СМПР (WAMS) и перспективы ее создания в ЕЭС России. Основные блоки системы СМПР, их взаимосвязь и характеристики условий оптимального функционирования. Применение СМПР в ЕЭС России и за рубежом. Автоматические регуляторы возбуждения с элементами «искусственного интеллекта». Блок-схема регулятора с нечеткой логикой (с искусственной «нейронной сетью»). Принцип построения и анализ эффективности их применения на энергоагрегатах в энергосистемах.
5. Новые методы и подходы к созданию систем управления ЭЭС
Новые подходы к построению систем управления работой энергоагрегатов с применением новых технологий – микропроцессорных устройств. Характеристики регуляторов АРВ-М и их разновидностей. Энергетический подход к определению алгоритмов управления работой энергоагрегатов в ЭЭС. Экспертные системы как интеллектуальные системы с элементами «искусственного разума». Принципы их построения. Блок-схема системы. Перспективы их применения. Алгоритмы принятия решений, реализуемые в экспертных системах.
6. Особенности развитие ЭЭС в условиях рыночных отношений
Оптовый рынок электроэнергии. ФОРЭМ. Структурные изменения в процессе реформирования электроэнергетики страны. Создание коммерческой инфраструктуры. Регулируемый и конкурентный рынки в электроэнергетике, их взаимодействие. Технология использования рыночных рычагов для модернизации и обновления парка генерирующих мощностей в электроэнергетике. Балансирующий рынок. Рынок резервов и дополнительных услуг. Развитие структуры рынка электроэнергии. Стратегия развития электроэнергетики России до 2020 и 2030 годов. Строительство высокотехнологичных парогазовых установок ПГУ, использование нетрадиционных источников энергии, а также АЭС. Развитие электроэнергетики по пути повышения надежности, экономической эффективности и энергетической безопасности – основные направления на перспективу. Приоритетные источники электроэнергии и их характеристика (новые крупные ГЭС, АЭС, ПГУ).
7. Анализ аварий в энергообъединениях с каскадным развитием
Аварии в 2003-2005 годах в энергообъединениях США, Канады, Европы и России. Причины их возникновения и мероприятия по предотвращению. Связь аварий с введением рынков электроэнергии. Анализ аварии в Московской энергосистеме в 2005 г. Авария на Саяно-Шушенской ГЭС, причины возникновения и этапы ее развития. Мероприятия по предотвращению таких аварий.
8. Развитие ЕЭС России по пути «интеллектуализации с внедрением высокотехнологичных систем управления
Развитие Единой национальной электрической сети России (ЕНЭС России) по пути превращения ее в управляемую адаптивную электрическую сеть. Оснащение ЕНЭС устройствами FACTS и энергоагрегатами нового типа (СТАТКОМ, АСТГ, АСК). Объединение ЕЭС России для совместной работы с энергосистемами других стран. Развитие системы мониторинга СМПР России по пути создания автоматизированной системы управления переходными режимами ЕЭС России. Концепция создания системы управления переходными режимами и перспективы ее применения в России и за рубежом. Заключительная лекция (резервная с подведением итогов освоения всех разделов дисциплины).
4.2.2. Практические занятия:
2 семестр
Применение метода динамического программирования для решения сетевой задачи.
Оптимизация ввода новых мощностей на электростанции.
Применение метода Лагранжа для распределения мощности между электростанциями.
Контрольная работа №1.
Выбор проводов в электрической сети по методу Лагранжа с минимизацией потерь электроэнергии.
Определение характеристик СТК при установке в промежуточном узле межсистемной связи.
Определение напряжения и мощности СТК при управлении перетоком мощности.
Контрольная работа №2.
Конкурентный рынок электроэнергии.
4.3. Лабораторные работы:
2 семестр
Ознакомление с экспертной системой EXSYS.
Разработка базы знаний для задачи развития генерирующих мощностей.
Регулирование напряжения в узлах электрической сети.
4.4. Расчетные задания:
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 компьютерного моделирования переходных процессов и просмотр учебного фильма с последующим обсуждением.
Самостоятельная работа включает: подготовку к лекционным и практическим занятиям, к тестам, контрольным работам, выполнение домашних заданий, 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.
В приложение к диплому вносится оценка за 2 семестр.
7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
7.1. Литература:
а) основная литература:
- Прогнозирование развития сложных систем / Под ред. В.А. Веникова. М.: МЭИ, 1985.
- Калентионок Е.В. Оперативное управление в энергосистемах: учеб. пособие / Е.В. Калентионок, В.Г. Прокопенко, В.Т. Федин; под общ. ред. В.Т. Федина. – Минск. Высш. школа. 2007.
- Автоматизация диспетчерского управления в электроэнергетике / В.А. Баринов и др. под общ. ред. Ю.Н. Руденко и В.А. Семенова. М. 2000.
б) дополнительная литература:
- Якушина Ю.А. Построение экспертных систем поддержки принятия решений в электроэнергетике. Учебное пособие по курсу «Оптимизация развития энергосистем». – М.: Изд. МЭИ. 2002.
- Дьяков А.Ф., Моржин Ю.И., Рабинович М.А. Режимный тренажер «КАСКАД» для диспетчера энергосистем и энергообъединений. – М.: Изд. МЭИ. 1996.
7.2. Электронные образовательные ресурсы:
а) лицензионное программное обеспечение и Интернет-ресурсы:
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 мультимедиа для представления презентаций лекций и показа учебных фильмов. Для проведения практических и лабораторных занятий необходимо наличие компьютерного класса и лаборатории, оснащённой стендами для проведения лабораторных работ.
Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО и с учетом рекомендаций ПрООП ВПО по направлению подготовки 140400 – Электроэнергетика и электротехника.
ПРОГРАММУ СОСТАВИЛ:
д.т.н. проф. Зеленохат Н.И.
"УТВЕРЖДАЮ":
Зав. кафедрой электроэнергетических систем
к.т.н., доцент Шаров Ю.В.