Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Национальный исследовательский Томский политехнический университет»
«УТВЕРЖДАЮ»
Проректор-директор ЭНИН
_______________
«___»__________ 2011 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА учебной ДИСЦИПЛИНЫ
Применение специализированных программных
комплексов для эксплуатации энергосистем
НАПРАВЛЕНИЕ ООП 140400 Электроэнергетика и электротехника
Специализация Управление режимами электроэнергетических систем
КВАЛИФИКАЦИЯ (СТЕПЕНЬ) Магистр
БАЗОВЫЙ УЧЕБНЫЙ План ПРИЕМА 2011 г.
ГОД ОБУЧЕНИЯ – первый СЕМЕСТР – весенний
КОЛИЧЕСТВО КРЕДИТОВ 4
ПРЕРЕКВИЗИТЫ «Энергетические расчетно-исследовательские комплексы»
КОРЕКВИЗИТЫ нет
ВИДЫ УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ВРЕМЕННОЙ РЕСУРС:
Лекции 9 час.
Практические занятия 27 час.
Лабораторные работы 36 час.
Курсовая работа _в весеннем семестре
АУДИТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ 72 час.
САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА 90 час.
ИТОГО 161 час.
ФОРМА ОБУЧЕНИЯ Очная
ВИД ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ экзамен
ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЕ ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ Кафедра электроэнергетических сетей и систем (ЭСС)
ЗАВЕДУЮЩИЙ КАФЕДРОЙ ЭСС _____________
РУКОВОДИТЕЛЬ ООП ______________
ПРЕПОДАВАТЕЛЬ ______________
2011 г.
1. Цели освоения дисциплины
Основной целью дисциплины является подготовка выпускников для решения задач, связанных с разработкой инновационных методов, повышающих эффективность эксплуатации и проектирования электроэнергетических систем.
В результате освоения данной дисциплины обеспечивается достижение целей Ц1, Ц2 и Ц5 основной образовательной программы «Управление режимами электроэнергетических систем».
Приобретенные знания, умения и навыки позволят подготовить выпускника:
– к научным исследованиям для решения задач, связанных с разработкой инновационных методов, повышающих эффективность эксплуатации и проектирования электроэнергетических систем (Ц1);
– к проектно-конструкторской деятельности, связанной с практическими задачами эксплуатации и проектирования электроэнергетических систем при выполнении требований по защите окружающей среды и правил безопасности производства электрической энергии (Ц2);
– к самостоятельному обучению и освоению новых знаний и умений для реализации своей профессиональной карьеры (Ц5).
Достижение этих целей позволит выпускникам успешно решать профессиональные задачи, связанные с проектированием, обслуживанием и эксплуатацией объектов электроэнергетики, находить творческие решения профессиональных задач, проводить технические испытания и научные эксперименты, оценивать результаты выполненной работы.
2. Место дисциплины в структуре ООП
Дисциплина относится к общенаучному циклу вариативной части ООП. Указанная дисциплина основывается на знаниях и умениях, полученных при изучении дисциплины «Энергетические расчетно-исследовательские комплексы»
Для успешного освоения дисциплины слушателю необходимо:
знать:
– основные математические модели и алгоритмы, на основе которых построены современные программные комплексы;
уметь:
- подготовить исходные данные по заданному реальному объекту в соответствии с формальными правилами современных профессиональных программных комплексов для расчета режимов энергосистем;
- отладить расчеты установившихся и переходных режимов, основываясь на знаниях о допустимых и реальных режимах энергосистем и отдельных ее элементов;
- разработать план проведения расчетных экспериментов и анализировать полученные результаты;
- выбрать средства защиты и автоматики на основе расчетов, смоделировать и отладить их функционирование в рамках правил программного комплекса;
владеть:
– навыками работы со справочной литературой и нормативно-техническими материалами.
Пререквизитом данной дисциплины является дисциплина: «Энергетические расчетно-исследовательские комплексы».
3. Результаты освоения дисциплины
В соответствии с поставленными целями после изучения дисциплины магистры приобретают знания, умения и опыт, которые определяют результаты обучения в соответствии с основной образовательной программой: Р2, Р3, Р4, Р5, Р6, Р7*.
Соответствие знаний, умений и опыта указанным результатам представлено в таблице № 1.
Таблица № 1
Декомпозиция результатов обучения
Код результатов обучения в соответствии с ООП* | Составляющие результатов освоения дисциплины | |
Код | Перечень знаний, умений, владение опытом | |
В результате освоения дисциплины магистр должен знать: | ||
Р2 | З2.3 | – современные аналитические методы и модели комплексного инженерного анализа; |
Р3 | З3.2 | – оригинальные методы проектирования для реализации конкурентоспособных инженерных проектов; |
Р3 | З3.1 | – современные программно-технические комплексы, применяемые в энергетике и задачи, решаемые этими комплексами; |
Р2 | З2.2 | – задачи эксплуатации и проектирования, которые решаются с применением энергетических программных комплексов. |
В результате освоения дисциплины магистр должен уметь: | ||
Р3 | У3.1 | – анализировать информацию о состоянии ЭЭС, получаемую с помощью программно-технических комплексов; |
Р4 | У4.3 | – решать комплексные проблемы на основе интеграции различных методов и методик с целью достижения определенного результата; |
Р3 | У3.3 | – подготовить исходные данные по заданному реальному объекту в соответствии с формальными правилами современных профессиональных программных комплексов для расчета режимов энергосистем; |
Р5 | У5.1 | – разработать план проведения расчетных экспериментов и анализировать полученные результаты; |
В результате освоения дисциплины магистр должен владеть опытом: | ||
Р6 | В6.2 | – анализа автоматических систем управления технологическими процессами в ЭЭС; |
Р3 | В3.1 | – подготовки исходные данных по заданному объекту в соответствии с формальными правилами современных профессиональных программных комплексов; |
Р4 | В4.3 | – использования специализированного программного обеспечения для решения профессиональных задач; |
Р7 | В7.2 | – анализа поведения устройств РЗ и А при возникновении аварийной ситуации в энергосистеме. |
*Расшифровка кодов результатов обучения и формируемых компетенций представлена в Основной образовательной программе подготовки магистров «Управление режимами электроэнергетических систем» по направлению 140400 «Электроэнергетика и электротехника».
Курсивом отмечены уникальные знания, умения и опыт, соответствующие данной дисциплине.
Уровень подготовки магистров определяется общекультурными и общепрофессиональными компетенциями, которые сформулированы в основной образовательной программы на основе ФГОС ВПО и в соответствии с задачами профессиональной деятельности выпускников.
Компетенции, формируемые в рамках данной дисциплины в соответствии с планируемыми результатами обучения в соответствии с основной образовательной программой Р2, Р3, Р4, Р8, Р11, Р12* представлены в табл. №2.
Таблица № 2
Планируемые результаты обучения
Код результатов обучения в соответствии с ООП* | Результаты обучения (компетенции) |
Р8 | В результате освоения дисциплины магистр должен сформировать общекультурные компетенции: – осуществлять коммуникации в профессиональной среде и в обществе в целом, активно владеть иностранным языком, разрабатывать документацию, презентовать и защищать результаты инженерной деятельности; |
Р11 | – демонстрировать знание правовых, социальных, экологических и культурных аспектов инженерной деятельности, компетентность в вопросах охраны здоровья и безопасности жизнедеятельности. |
Р12 | – осознавать необходимость и демонстрировать способность к самостоятельному обучению в течение всей жизни и непрерывному самосовершенствованию в инженерной профессии. |
В результате освоения дисциплины магистр должен сформировать профессиональные компетенции: | |
Р2 | – способность ставить и решать задачи инженерного анализа в области электроэнергетики с использованием глубоких фундаментальных и специальных знаний, аналитических методов и сложных моделей в условиях неопределенности; |
Р3 | – способность выполнять инновационные инженерные проекты с применением оригинальных методов проектирования ЭЭС для достижения новых результатов, обеспечивающих конкурентные преимущества электроэнергетического производства в условиях жестких экономических и экологических ограничений. |
Р4 | – способность проводить инженерные исследования в области электроэнергетики, с применением принципиальных знаний и оригинальных методов для достижения требуемых результатов. |
4. Структура и содержание дисциплины
4.1. Аннотированное содержание разделов дисциплины
1. Раздел 1.
Общая характеристика и классификация расчетных программных комплексов, применяемых в деятельности инженеров-электроэнергетиков. Расчеты установившихся режимов, теоретические основы расчета установившихся режимов (2 часа).
Практическое занятие 1. Итеративные методы решения систем нелинейных алгебраических уравнений. Набор задаваемых и расчетных электрических режимных параметров (2 часа).
Практическое занятие 2. Вывод уравнений установившегося режима (2 час).
Лабораторная работа 1. Подготовка исходных данных на примере учебной энергосистемы для расчета установившихся режимов. Расчет и отладка установившегося режима (4 часа).
Лабораторная работа 2. Целенаправленное управление установившимся режимом (4 часа).
2. Раздел 2.
Модели элементов энергосистемы в расчетах установившихся режимов. Модели пассивных элементов (2 часа).
Практическое занятие 1. Задание ограничений по режиму работы генераторов в установившемся режиме. Регулируемые статические источники реактивной мощности. Модели нагрузки. (2 час.).
Практическое занятие 2. Расчет электромеханических переходных процессов. Общая функциональная структура модели энергосистемы для расчета электромеханических переходных процессов (2 часа).
Практическое занятие 3. Задачи эксплуатации и проектирования, решаемые на основе расчетов электромеханических переходных процессов (2 часа).
Лабораторная работа 1. Определение суммарных потерь активной и реактивной мощности в элементах схемы электрической станции (4 часа).
Лабораторная работа 2. Подготовка исходных данных по генераторам для расчета электромеханических переходных процессов (4 часа).
3. Раздел 3.
Модель агрегата турбина-генератор. Уравнение движения ротора агрегата. Модели турбин. Модели автоматических регуляторов частоты вращения турбин.
Практическое занятие 1. Моделирование импульсной и длительной разгрузки турбин для сохранения устойчивости. Моделирование электромагнитного момента генератора (4 часа).
Практическое занятие 2. Моделирование нагрузки в расчетах электромеханических переходных процессов (2 час.)
Практическое занятие 3. Решение тестовой задачи – 3-х фазное короткое замыкание на выводах генератора. Исследование переходных процессов при включении и отключении местной нагрузки, коротких замыканиях на линии и отключении участков линии (4 часа).
Лабораторная работа 1. Моделирование систем возбуждения и автоматических регуляторов возбуждения синхронных машин (4 часа).
Лабораторная работа 2. Подготовка исходных данных по асинхронным и синхронным двигателям и решение задачи пуска и самозапуска двигателей (4 часа).
4. Раздел 4.
Моделирование действий релейной защиты (РЗ), автоматического повторного включения (АПВ), автоматического включения резерва (АРВ) (4 часа).
Практическое занятие 1. Моделирование действия противоаварийной автоматики для сохранения статической и динамической устойчивости (4 часа).
Практическое занятие 2. Разгрузка генераторов, импульсная и длительная разгрузка турбин, отключение нагрузки (2 часа).
Лабораторная работа 1. Моделирование автоматического включения резервного питания потребителей с асинхронной нагрузкой (4 час.).
Лабораторная работа 2. Моделирование автоматики для сохранения устойчивости (4 часа).
Лабораторная работа 3. Моделирование процессов изменения частоты в энергосистеме при возникновении небаланса мощности (4 часа).
4.2. Распределение компетенций по разделам дисциплины
Распределение по разделам дисциплины планируемых результатов обучения в соответствии с основной образовательной программой, формируемых в рамках данной дисциплины и указанных в пункте 3, приведено в табл. № 4.
Таблица № 3
№ | Формируемые компетенции |
| |||||||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | ||
1. | З2.3 | х | х | ||||||||
2. | З3.2 | х | х | х | х | х | |||||
3. | З3.1 | х | х | х | |||||||
4. | З2.2 | х | х | х | х | х | х | ||||
5. | У3.1 | х | х | х | х | ||||||
6. | У4.3 | х | х | х | х | х | |||||
7. | У3.3 | х | х | х | |||||||
8. | У5.1 | х | х | ||||||||
9. | В6.2 | х | |||||||||
10. | В3.1 | х | х | х | х | х | х | х | |||
11. | В4.3 | х | х | х | |||||||
12. | В6.2 | х | х | ||||||||
5. Образовательные технологии
В процессе обучения для достижения планируемых результатов освоения дисциплины используются следующие методы образовательных технологий:
· работа в команде;
· опережающая самостоятельная работа;
· методы IT;
· междисциплинарное обучение;
· проблемное обучение;
· обучение на основе опыта;
· исследовательский метод.
Для изучении дисциплины предусмотрены следующие формы организации учебного процесса: лекции, лабораторные работы, самостоятельная работа студентов, индивидуальные и групповые консультации,
Специфика сочетания перечисленных методов и форм организации обучения отражена в таблице 2.
Таблица 4.
Методы и формы организации обучения (ФОО)
Формы ОО Методы | Лекц. | Лаб. раб. | СРС | Консуль- тации |
Работа в команде |
| Х | Х | |
Опережающая самостоятельная работа |
| Х | Х | |
Методы IT | Х |
|
| |
Междисциплинарное обучение |
|
| ||
Проблемное обучение |
| Х | ||
Обучение на основе опыта |
| |||
Исследовательский метод | Х |
|
|
6. Организация и учебно-методическое обеспечение
самостоятельной работы студентов
Самостоятельная работа является наиболее продуктивной формой образовательной и познавательной деятельности студента в период обучения.
Для реализации творческих способностей и более глубокого освоения дисциплины предусмотрены следующие виды самостоятельной работы: 1) текущая и 2) творческая проблемно-ориентированная.
6.1. Текущая СРС направлена на углубление и закрепление знаний студента, развитие практических умений. Текущая СРС включает следующие виды работ:
– работу с лекционным материалом, поиск и обзор литературы и электронных источников информации по индивидуальному заданию;
– опережающую самостоятельную работу;
– изучение тем, вынесенных на самостоятельную проработку;
– подготовку к лабораторным работам;
– подготовку к контрольным работам, зачету.
6.2. Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа (ТСР) направлена на развитие интеллектуальных умений, комплекса универсальных и профессиональных компетенций, повышение творческого потенциала студентов. ТСР предусматривает:
– исследовательскую работу и участие в научных студенческих конференциях, семинарах и олимпиадах;
– анализ научных публикаций по тематике, определенной преподавателем;
– поиск, анализ, структурирование и презентацию информации;
– углубленное исследование вопросов по тематике лабораторных работ.
– анализ статистических материалов по заданной тематике, проведение расчетов, составление схем и моделей.
6.3. Содержание самостоятельной работы студентов по дисциплине
6.3.1. При изучении данной дисциплины студентам предлагается следующие темы для самостоятельной работы:
- Общая функциональная структура модели энергосистемы для расчета электромеханических переходных процессов.
- Переходные процессы относительного движения роторов синхронных машин, связанные с проблемой статической и динамической устойчивости параллельной работы генераторов и связанных частей энергосистемы.
- Значение адекватного отображения зависимости электромагнитного момента генератора и момента турбины от параметров движения ротора и электрического режима сети на характер переходного процесса и на параметры установившегося режима после окончания переходного процесса.
- Специальные демпферные обмотки и эквивалентные демпферные контуры.
- Физический смысл составляющих уравнений Парка-Горева. Упрощенные формы уравнений Парка-Горева.
6.3.2. Тема курсовой работы – «Расчет установившихся режимов и переходных процессов в энергосистеме»
Курсовая работа позволяет проявить творческие навыки, приобрести практический опыт решения инженерных задач, закрепить и усвоить теоретический материал. Вопросы курсовой работы охватывают 60-65% теоретического лекционного материала и практических занятий.
Таблица 5
Содержание и трудоемкость курсовой работы
Наименование разделов курсовой работы | Трудоемкость час | Часов консультаций | |
Сам. раб. | % | ||
Задание 1. Подготовка исходных данных для расчета. Задание 2. Расчет и отладка установившегося режима. Задание 3. Расчет переходных процессов при различных возмущениях. Задание 4. Моделирование действий релейной защиты трансформатора. Задание 5. Оформление курсовой работы. ИТОГО | 12 8 11 4 5 40 | 30 20 27 10 13 100 | 6 4 5 1 16 |
6.4. Контроль самостоятельной работы студентов
Контроль самостоятельной работы студентов и качество освоения дисциплины осуществляется посредством:
– защиты лабораторных работ в соответствии графиком выполнения;
– защиты рефератов и научно-исследовательских работ по проведенным исследованиям;
– ответов на контрольные вопросы (вопросы предоставляются студентам в электронной форме на первом занятии).
Оценка текущей успеваемости студентов определяется в баллах в соответствии рейтинг-планом, предусматривающем все виды учебной деятельности.
6.5. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов
При выполнении самостоятельной работы студенты имеют возможность пользоваться специализированной литературой, программным обеспечением и учебными пособиями (см. раздел 8).
7. Средства (ФОС) текущей и итоговой оценки качества освоения дисциплины
Для текущей оценки качества освоения дисциплины разработаны и используются следующие средства:
– контрольные вопросы по темам лекций (приложения 1, 2);
– контрольные вопросы к лабораторным работам;
– темы рефератов по наиболее проблемным задачам и вопросам теоретического и практического плана изучаемой дисциплины (п. 6.3);
Для итоговой аттестации подготовлены зачетные билеты – 25 шт. Билеты содержат три теоретических вопроса (приложение 3).
8. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
Основная литература
1) , , Окин устойчивости и противоаварийной автоматики в энергосистемах. – М.: Энергоатомиздат,1990.
2) , , Федин управление в энергосистемах. – Минск: Высшая школа, 2007. – 351 с.
3) Куликов процессы в электрических системах. – Новосибирск: НГТУ, 2006. – 283 с.
Дополнительная литература
1) , Федин и распределение электрической энергии, – Красноярск: «Высшее образование», 2006, 718с.
2) Автоматизация электрических систем. Под редакцией , – М.: 1977.
3) Иофьев аварийное управление мощностью энергосистем.- М.: Энергия, 1974.
4) , Семенов управление в энергосистемах.– М: Энергия, 1988.
5) , Рабинович энергосистемами для обеспечения устойчивости. – М.: Энергия, 1978.
Программное обеспечение и Internet-ресурсы:
1. Профессиональный программный комплекс для расчета установившихся режимов и переходных процессов «Мустанг».
2. Профессиональный программный комплекс для расчета установившихся режимов «РАСТР».
3. Программные комплексы общего назначения: «MATLAB», «Mathcad», «Electronics Workbench», «Classic».
4. Internet-ресурсы:
http://e-le. lcg. *****/public/URS_iep8/index. html
9. Материально-техническое обеспечение дисциплины
Лабораторные работы проводятся в компьютерных классах, где установлены лицензионные промышленные программные комплексы и программные комплексы общего назначения:
· профессиональный программный комплекс для расчета установившихся режимов и переходных процессов «Мустанг».
· профессиональный программный комплекс для расчета установившихся режимов «РАСТР».
· программные комплексы общего назначения: «MATLAB», «Mathcad», «Electronics Workbench», «Classic».
Лекции читаются в учебных аудиториях с использованием технических средств, материал лекций представлен в виде презентаций в Power Point.
Программа составлена на основе Стандарта ООП ТПУ в соответствии с требованиями ФГОС по направлению 140400 «Электроэнергетика и электротехника» подготовки магистров по магистерской программе «Автоматика энергосистем».
Программа одобрена на заседании кафедры «Электроэнергетические сети и системы»
(протокол от «30» августа 2011 г.).
Автор _____________ , к. т.н., доцент кафедры ЭСС
Рецензент ___________, к. т.н., доцент кафедры ЭСС
Приложение 1
Примеры вопросов текущего контроля
1. Какой режим называют установившимся?
2. Назовите возможные варианты задания режимных параметров узлов для расчета установившегося режима.
3. Какие величины определяют в результате расчета УР.
4. Какими причинами обусловлены ограничения по реактивной мощности генераторов.
5. Расчет параметров схемы замещения двухобмоточного трансформатора.
6. Расчет параметров схемы замещения трехобмоточного трансформатора.
7. Расчет параметров схемы замещения одинарного и сдвоенного реакторов при одинаковой нагрузке ветвей.
8. Расчет параметров схемы замещения ЛЭП. Какие существуют способы, чтобы учесть распределенность параметров протяженной ЛЭП.
9. Что представляет собой РПН, его назначение.
10. Почему передача реактивной мощности на большие расстояния нецелесообразна?
Приложение 2
Примеры вопросов итогового контроля
Какие зависимости называются статическими характеристиками нагрузки? Какое математическое выражение может использоваться для аналитического представления СХН? Какому условию должны удовлетворять значения коэффициентов
для любой СХН? Какие характеристики называются типовыми (обобщенными) СХН? Перечислите примерный состав нагрузки, соответствующий типовым (обобщенным) СХН. Какая нагрузка составляет основную долю обобщенной нагрузки (около 50%)? Что такое предел статической апериодической устойчивости? Запишите выражение для предела мощности по статической апериодической устойчивости при передаче мощности от генератора с постоянной ЭДС в систему бесконечной мощности через линию, в схеме замещения которой учитывается только реактивное сопротивление? К каким последствиям приводит дефицит реактивной мощности на станции? Приложение 3
Билет №10
1. Принципы составления исходной комплексной схемы замещения для расчета несимметричных КЗ.
2. Что такое периодическая и апериодическая составляющие тока КЗ?
3. Как определить ударный ток КЗ? В какой момент времени он имеет место?
Билет №14
Почему у СГ ток установившегося КЗ меньше, чем номинальный ток? Как изменится ток возбуждения, если ток в обмотке ротора равен току КЗ. Почему при КЗ, электрически близких к генераторам, имеет место изменение периодической составляющей тока замыкания?