Рабочая программа учебной дисциплины АСДУ, оптимизация режимов энергосистем (стр. 1 )

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ Томский политехнический университет

УТВЕРЖДАЮ

Проректор-директор ЭНИН

_____________

«___»________________2010 г.

Рабочая программа учебной дисциплины

АСДУ, ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМОВ ЭНЕРГОСИСТЕМ

Направление – 140200 «Электроэнергетика»

Профиль подготовки – «Электроэнергетические системы и сети»

Квалификация – Бакалавр

Базовый учебный план приема – 2007 г.

Курс – 4; семестр – 8

Количество кредитов – 5

Пререквизиты – «Электроэнергетические системы и сети»

Кореквизиты – отсутствуют

Виды учебной деятельности и временной ресурс

Лекции	40 час.
Лабораторные занятия	16 час.
Практические занятия	8
Всего аудиторных занятий	64
Самостоятельная работа	96 час.
Общая трудоемкость	160 час.

Форма обучения – очная

Вид промежуточной аттестации – экзамен

Обеспечивающее подразделение – каф. «Электроэнергетические сети и системы» ЭНИН

Заведующий кафедрой ЭСС – к. т.н., доц.

Руководитель ООП – нач. УМО ЭНИН; к. т.н., доц.

Преподаватель – , к. пед. н., доц., каф. ЭСС ЭНИН

2010 г.

1. Цели освоения дисциплины

Целями освоения дисциплины являются: формирование знаний о задачах, структуре, особенностях энергетики и энергетических систем, технологических особенностях энергосистем, об электрических режимах и о возможностях управления ими, задачах оперативного управления в условиях автоматизированных систем диспетчерского управления (АСДУ), совместимости системы управления в энергетике с биологическими средами, формирование навыков и умений управления режимами энергосистем, проведения оптимизационных расчетов и анализа технико-экономических показателей сетей; планирования и прогнозирования режимов, выбора оптимального состава работающего оборудования в энергосистеме.

2. Место дисциплины в структуре ООП

Дисциплина относится к «Профессиональному циклу» базовой части модуля «Электроэнергетика». Указанная дисциплина является одной из базовых; имеет как самостоятельное значение, так и является основой для ряда специальных дисциплин.

Для успешного освоения дисциплины слушателю необходимо:

знать:

законы электротехники; основные элементы электрических систем;

уметь:

составлять схемы замещения элементов энергосистемы;

иметь опыт:

расчета токов и напряжений для различных схем в установившихся и переходных режимах.

Пререквизитами данной дисциплины являются: «Электроэнергетические системы и сети».

Кореквизиты – отсутствуют.

3. Результаты освоения дисциплины

В результате изучения данной дисциплины студент должен иметь представление о системе организации АСДУ в энергетике и об оптимальном управлении электрическими режимами энергосистем, обладать знаниями по общим экономическим и энергетическим задачам энергетики, энергетическим системам как большим кибернетическим системам, их структуре и особенностям, технологическим особенностям энергосистем, электрическим режимам и управлению ими, оперативному управлению в условиях АСДУ, совместимости системы управления в энергетике с биологическими средами, ведению оптимизационных расчетов установившихся режимов энергосистем, анализу технико-экономических показателей сетей, снижению потерь энергии и регулированию напряжения, планированию и прогнозированию режимов, выбору оптимального состава работающего оборудования в энергосистеме.

В соответствии с поставленными целями в результате освоения дисциплины студент должен:

знать

-  терминологию, основные понятия и определения,

-  параметры и характеристики элементов энергосистемы, расходные и экономические характеристики агрегатов и электростанций, используемые при расчетах оптимальных режимов энергосистем,

-  условия, для которых выполняются расчеты оптимальных режимов электрических сетей и систем,

-  основные критерии оптимизации режима энергосистемы,

-  основные технические средства, используемые в АСДУ;

уметь

-  использовать полученные знания при освоении учебного материала последующих дисциплин,

-  осуществлять подготовку исходных данных для выполнения расчетов оптимальных режимов при помощи специализированных компьютерных программ,

-  анализировать технико-экономические показатели электрических сетей и систем,

-  составлять и использовать модели оптимизации в энергосистеме по различным критериям;

владеть

-  приёмами работы со справочной литературой и нормативно-техническими материалами,

-  методами и приёмами системного анализа электроэнергетического объекта и формированию требований к критериям и параметрам оптимального режима.

В процессе освоения дисциплины у студентов развиваются следующие компетенции:

1. Универсальные:

-  – способность и готовность освоения основных методов, способов и средств получения, хранения, переработки информации, использования компьютера как средства работы с информацией (ОК-11);

-  – способность и готовность понимать и анализировать экономические проблемы и общественные процессы, быть активным субъектом экономической деятельности (ОК-14);

2. Профессиональные:

-  – способность рассчитывать схемы и элементы основного оборудования, вторичных цепей, устройств защиты и автоматики электроэнергетических объектов (ПК-15);

-  – способность рассчитывать режимы работы электроэнергетических установок различного назначения, определять состав оборудования и его параметры, схемы электроэнергетических объектов (ПК-16);

-  – готовность определять и обеспечивать эффективные режимы технологического процесса по заданной методике (ПК-23);

3. Профильно – специализированные:

-  способность рассчитывать и осуществлять оптимальные режимы работы электроэнергетических систем; осуществлять мероприятия по снижению потерь электроэнергии в силовых элементах энергосистем;

-  способность планировать и прогнозировать режимы, осуществлять выбор оптимального состава работающего оборудования в энергосистеме.

4. Структура и содержание дисциплины

4.1 Аннотированное содержание разделов дисциплины (40 час.)

4.1.1. Введение. Основные сведения об электроэнергетических системах (2 часа)

Технологические особенности работы электроэнергетических систем. Классификация электроэнергетических систем. Объединение энергосистем. Единая энергетическая система страны. Режимы работы электроэнергетических систем. Экономическая эффективность объединения энергосистем.

4.1.2. Исходная информация для решения задачи оптимизации (2 часа)

Значение технико-экономической задачи оптимизации режимов энергосистем. Разграничение функций технической эксплуатации и оперативного управления. Математическая модель оптимизации, ее составляющие.

4.1.3. Задача оптимального распределения активной мощности между тепловыми электростанциями (4 часа)

Оптимизация режимов тепловых электрических станций. Пример оптимального распределения активной мощности в энергосистеме из двух электростанций без учета потерь активной мощности в ней. Практические методы оперативного экономического распределения активных мощностей на тепловых электростанциях.

4.1.4. Метод неопределенных множителей Лагранжа (2 часа)

Общая математическая модель оптимизации. Возможные методы ее решения. Преимущества метода Лагранжа. Алгоритм расчета. Пример решения простейшей модели оптимизации.

4.1.5. Распределение активной мощности между электростанциями с учетом потерь активной мощности в энергосистеме (4 часа)

Составляющие формулы потерь. Методы расчета составляющих формулы потерь. Удельные приросты потерь в сетях. Распределение активных нагрузок между электростанциями с учетом потерь активной мощности в энергосистеме.

4.1.6. Оптимизация режима по активной и реактивной мощности (4 часа)

Возможность раздельного решения задачи оптимизации режима по активной и реактивной мощности. Обоснованность постановки задачи. Перечень необходимых допущений.

4.1.7. Экономические характеристики элементов энергосистем (4 часа)

Эксплуатационные экономические показатели. Энергетические характеристики котельных агрегатов, турбогенераторов, энергетических блоков. Точка экономичной работы агрегата. Экономические характеристики тепловых электростанций. Характеристики гидроэлектростанций. Понятие об экономических характеристиках атомных станций. Удельные расходы затрат. Удельные приросты затрат. Потери мощности в электрических сетях. Распределение активных нагрузок между электростанциями с учетом потерь активной мощности в энергосистеме и учетом расходных характеристик энергетических агрегатов.

4.1.8. Оптимизация режима сети по уровням напряжения и реактивной мощности (4 часа)

Технологические особенности работы электроэнергетических систем. Устройства для управления режимом сети по уровням напряжения Классификация электроэнергетических систем. Объединение энергосистем. Единая энергетическая система страны. Режимы работы электроэнергетических систем. Экономическая эффективность объединения энергосистем.

4.1.9. Оптимизация режима энергосистемы при наличии ГЭС (2 часа)

Оптимизация режимов ГЭС и гидротепловых систем. Понятие режима ГЭС. Коэффициент энергетической эффективности ГЭС.

4.1.10. Выбор состава работающего оборудования (4 часа)

Выбор оптимального состава агрегатов. Факторы, влияющие на выбор экономически обоснованного состава включенного в работу оборудования энергосистемы. Критерий выгодности пуска или останова агрегата на электростанции. Затраты на пуск агрегатов. Требования к алгоритму выбора состава. Оценка области равноэкономичных режимов. Примеры выбора состава оборудования: оптимальная величина резервной мощности в энергосистеме (общая постановка задачи), оптимальное число включенных трансформаторов на многотрансформаторных подстанциях.

4.1.11. Задачи диспетчерской службы (2 часа)

Структура системы оперативного управления электроэнергетикой. Функции человека в управляющей системе. Функции АСДУ. Задачи диспетчерской службы. Значение технико-экономической задачи оптимизации электрических режимов энергосистем. Понятие автоматизированной системы управления энергетическими предприятиями. Условия эффективности управления. Иерархия в решении оптимизационных задач. Иерархия в пространстве и во времени. Декомпозиция и эквивалентирование. Отраслевая автоматизированная система управления «Энергия». Составление, содержание и использование диспетчерского суточного графика работы энергосистемы. Оперативное экономичное распределение активных нагрузок в энергосистемах.

4.1.12. Оснащение диспетчерского пункта вычислительной техникой (2 часа)

Диспетчерский пункт. Его устройство и оснащение. Методы сбора, переработки и передачи информации в АСДУ. Каналы и линии связи. Методы уплотнения передаваемой информации. Ведение диспетчерской документации и отчетности.

4.1.13. Состав задач реального времени (2 часа)

Планирование режима работы энергосистемы на разных временных уровнях. Автоматическое регулирование частоты и активной мощности. Оперативное оценивание текущего и возможных других состояний энергосистемы.

4.1.14. Математический аппарат для оценивания состояния энергосистемы (2 часа)

Применение вычислительных устройств для оптимизации режимов энергосистем. Система математического и программного обеспечения АСДУ. Информационное обеспечение АСДУ. Аналоговое и цифровое представление информации. Система математического и программного обеспечения АСДУ. Информационное обеспечение АСДУ. Использование и организация локальных компьютерных сетей.

4.2. Содержание практического раздела дисциплины

4.2.1. Тематика практических занятий (8 час.)

4.2.1.1. Применение метода Лагранжа в расчетах оптимального распределения нагрузки между агрегатами тепловой электростанции – 2 часа.

4.2.1.2. Применение метода Лагранжа в расчетах оптимального распределения нагрузки между электростанциями с учетом потерь активной мощности в энергосистеме – 2 часа.

4.2.1.3. Построение характеристик относительных приростов и удельных расходов топлива по расходным характеристикам энергоблока – 2 часа.

4.2.1.4. Графоаналитический метод распределения нагрузки между агрегатами электростанции – 2 часа.

4.2.2. Тематика лабораторных работ (16 часов)

4.2.2.1. Прогнозирование суточных графиков нагрузки энергосистемы для активной, реактивной и полной мощностей и определение их характеристик – 2 часа.

4.2.2.2. Выбор числа и мощности трансформаторов в энергосистеме и числа агрегатов на электростанциях – 2 часа.

4.2.2.3. Расчет и построение расходных характеристик агрегатов и электростанций в целом – 2 часа.

4.2.2.4. Определение коэффициентов формулы потерь активной и реактивной мощностей. Распределение активной мощности между электростанциями по критерию минимума потерь активной мощности – 2 часа.

4.2.2.5. Построение суточных диспетчерских графиков для электростанций по критерию равенства относительных приростов расхода топлива с учетом сетевого фактора – 2 часа.

4.2.2.6. Оптимальное распределение нагрузки электростанции между ее агрегатами и между электростанциями энергосистемы без учета сетевого фактора – 2 часа.

4.2.2.7. Экономичное распределение реактивной мощности между ее источниками – 2 часа.

4.2.2.8. Расчет оптимальных установившихся режимов с использованием вычислительного комплекса «Дакар» – 2 часа.

Таблица 1

Структура дисциплины по разделам и формам организации

обучения

Название разделов	Аудиторная работа (час.)	СРС (час.)	Итого (час.)
Лекции	Практич. занятия	Лаб. зан.
1. Введение. Основные сведения об электроэнергетических системах	2			2	4
2. Исходная информация для решения задачи оптимизации	2		ЛБ №1, 2– Час. 4	5	11
3. Задача оптимального распределения активной мощности между тепловыми электростанциями	4			14	18
4. Метод неопределенных множителей Лагранжа	2	Темы № 1, 2; Час. 4		4	10
5. Распределение активной мощности между электростанциями с учетом потерь активной мощности в энергосистеме	4		ЛБ № 3, 4– Час. 4	9	17
6. Оптимизация режима по активной и реактивной мощности	4			3	7
7. Экономические характеристики элементов энергосистем	4	Темы № 3, 4; Час. 4	ЛБ № 5, 6– Час. 4	14	26
8. Оптимизация режима сети по уровням напряжения и реактивной мощности	4		ЛБ № 7– Час. 2	14	20
9. Оптимизация режима энергосистемы при наличии ГЭС	2			3	5
10. Выбор состава работающего оборудования	4			3	7
11. Задачи диспетчерской службы	2			3	5
12. Оснащение диспетчерского пункта вычислительной техникой	2			6	8
13. Состав задач реального времени	2			6	8
14. Математический аппарат для оценивания состояния энергосистемы	2		ЛБ № 8– Час. 2	10	14
Всего по формам обучения	40	8	16	96	160

5. Образовательные технологии

В процессе обучения для достижения планируемых результатов освоения дисциплины используются следующие методы образовательных технологий:

·  опережающая самостоятельная работа – самостоятельное освоение студентами нового материала до его изложения преподавателем во время аудиторных занятий;

·  методы IT – использование Internet-ресурсов для расширения информационного поля, повышения скорости обработки и передачи информации и получения информации, в том числе и профессиональной;

·  междисциплинарное обучение – обучение с использованием знаний из различных областей (дисциплин) реализуемых в контексте конкретной задачи;

·  проблемное обучение – стимулирование студентов к самостоятельному приобретению знаний для решения конкретной поставленной задачи;

·  обучение на основе опыта – активизация познавательной деятельности студента за счет ассоциации их собственного опыта с предметом изучения;

·  исследовательский метод – познавательная деятельность, направленная на приобретение новых теоретических и фактических знаний за счет исследовательской деятельности, проводимой самостоятельной или под руководством преподавателя;