13. Оптимизация и управление в электроэнергетических системах

Наименование модуля:

Модуль 13: Оптимизация и управление в электроэнергетических системах

Элементы модуля:

Элективные дисциплины

Семестр обучения:

3

Ответственный за модуль:

Латыпов С.И.

Преподаватели:

Линии воздушного электроснабжения – Кашевкин А.А.
Системы автоматического управления и учета
Системы автоматики и релейной защиты – Латыпов С.И.
Кабельные линии систем электроснабжения – Кашевкин А.А.
Аварийная автоматика – Латыпов С.И.
Энергосбережение в системах электроснабжения – Полещук А.И.
Инжиниринг в электроэнергетике – Кашевкин А.А.
Высоковольтная техника – Кашевкин А.А.
Передача электроэнергии сверхвысокого напряжения на большие расстояния – Кашевкин А.А.
Режимы работы электроэнергетических систем – Латыпов С.И.
Эксплуатация энергосистем – Латыпов С.И.
Потери мощности в электрических сетях – Полещук А.И.
Системы электроснабжения городов и промышленных предприятий – Кашевкин А.А.
Передача энергии и звенья постоянного тока – Кашевкин А.А.
Надежность электроэнергетических систем – Латыпов С.И.
Автономные системы электропитания – Латыпов С.И.
Короткие замыкания в электроэнергетических системах – Латыпов С.И.
Теория автоматизированного электропривода – Кашевкин А.А.

Язык:

Русский, казахский

Связь с куррикулумом:

Электроэнергетика (Ма)

Форма обучения/число часов в неделю и в семестр:

3 семестр: часов в неделю - 40 (лекций -7; практических занятий -7; СРО-26);

Рабочая нагрузка:

Аудиторная нагрузка: 210 часов

Внеаудиторная нагрузка: 390 часов

Итого: 600 часов

Кредитные пункты:

20 ECTS

Условия для проведения экзаменов:

Для допуска к экзамену магистрант должен набрать не менее 50 баллов из 100 отводимых на каждую дисциплину модуля

Рекомендуемые условия:

Модуль: Актуальные проблемы технических наук

Предполагаемые результаты обучения:

Знать: технические средства учета и контроля энергопотребления; способы оптимизации работы электроэнергетической системы; основные особенности режимов работы автоматизированных электроприводов, а также особенности их эксплуатации; способы оптимизации работы электроэнергетических систем; основные нормативно-технические документы, а также технологии для проектирование, пуск и эксплуатация энергосистем; методы экспериментальных, вычислительных и теоретических исследований; принципы имитационного моделирования, методы представления моделей систем управления для промышленного использования; основы функционирования линий электропередачи постоянного тока; конструкции и материалы силовых кабелей и устройство кабельных линий, распределение электрических и тепловых полей в силовых кабелях различных типов и методы их расчета; методология расчетов и анализа процессов, происходящих в нормальном и аварийном режимах силовых кабельных систем; принципы построения и эксплуатации основных типов устройств релейной защиты и автоматики электроэнергетических систем; методы расчета токов при коротких замыканиях и коммутациях в сетевых трансформаторах и электродвигателях; критерии и особенности надежности, методы анализа надежности, методы повышения надежности, методы испытаний средств на надежность.

Уметь: применять полученные теоретические знания для прогнозирования работы электроэнергетического оборудования и электроэнергетических систем; разрабатывать автоматизированные системы контроля и учета энергоносителей для заданного объекта; организовать работу по проектированию, пуску и эксплуатации электроэнергетических систем; определять оптимальный уровней потерь электроэнергии в электрических сетях по критерию минимума стоимости передачи электроэнергии, а так же владеть методологией поэтапной оптимизации электрических сетей по топологическим и режимным характеристикам, организовывать работы по проектированию, запуску и эксплуатации электроэнергетических систем; расчету параметров линий электропередачи сверхвысокого напряжения; расчету параметров линий электропередачи постоянного тока; оценивать качественные результаты проектов в области электроэнергетики; определять оптимальные уровни потерь электроэнергии в электрических сетях по критерию минимальной стоимости передачи электроэнергии и знать методологию поэтапной оптимизации электросетей по топологическим и эксплуатационным характеристикам; произвести выбор элементов релейной защиты и автоматики; рассчитать токи короткого замыкания, процессы запуска и самозапуска электродвигателей, уровень статической и динамической устойчивости энергосистемы; применить полученные теоретические знания для прогнозирования режимов работы электроэнергетического оборудования и электроэнергетических систем.

Владеть навыками: расширения и углубления знаний, необходимых для повседневной профессиональной деятельности и продолжения образования в докторантуре, расчет и проектирование воздушных линий электропередачи; расчет и проектирование систем электроснабжения; сервисное обслуживание и испытания, диагностика и мониторинг систем электроснабжения; анализ режимов работы электроэнергии и электрооборудования ЭПС и расчет параметров устройств релейной защиты и автоматики

Демонстрировать способность: в области определения вероятностей безотказной работы различного электрооборудования; в области проектирования и эксплуатации автономных энергосистем; в области анализа состояния электрической системы и способов регулирования её режимов; применять дальние линии электропередачи сверхвысокого и сверхвысоковысокого напряжения переменного тока; при применении дальних линий электропередачи сверхвысокого и сверхвысоковысокого напряжения постоянного тока; в области инженерной деятельности; в области энергосбережения в системах электроснабжения; оптимизации и управление электроэнергетическими системами; монтаж и наладка, техническое обслуживание и испытания, диагностика и мониторинг объектов электроэнергетики; анализ электромагнитных и электромеханических переходных процессов в электроэнергетических системах.

Содержание:

Режимы работы электроэнергетических систем

Особенности передачи и распределения электроэнергии. Принципы проектирования линий электропередач. Особенности и расчет параметров схем замещения воздушных и кабельных линий электропередач. Параметры и схемы замещения трансформаторов и автотрансформаторов. Моделирование и учет электрических нагрузок. Показатели работы участка электросети. Расчет и анализ установившихся режимов открытых электрических сетей. Расчет установившихся режимов замкнутых электрических сетей. Методы расчета и анализа потерь электроэнергии. Основы режимного регулирования передачи и распределения электроэнергии. Общие требования к схемам и надежности электроснабжения. Типовые схемы распределительных устройств. Выбор ключевых проектных решений. Основы оптимизации параметров и системных режимов передачи и распределения электроэнергии. Оптимизация проектных решений.

Системы автоматического управления и учета

Основные принципы и правила учета электроэнергии. Требования к организации учета электроэнергии. Приборы контроля и учета электроэнергии. Автоматизированные системы учета электроэнергии. Устройства преобразования сигнала (модемы). Регулирование и учет тепловой энергии. Тип инструмента. Формирование тарифов на электроэнергию. Показатели качества электроэнергии. Показатели качества электроэнергии. Ключевые показатели эффективности использования и энергосбережения. Энергосбережение. Основные положения и принципы энергосбережения. Основные направления и перспективы энергосбережения. Приоритетные направления энергосбережения в основных отраслях экономики. Экологические проблемы электроэнергетики.

Автономные системы электропитания

Сравнительный анализ схем автономных электростанций на возобновляемых источниках энергии. Водородные установки автономного электроснабжения на солнечной и ветровой энергии. Разработка математической модели автономных электростанций, работающих на ВИЭ.

Эксплуатация энергосистем

Организация эксплуатации и ремонта электрооборудования. Планово-предупредительный ремонт и неразрушающие методы контроля электрооборудования. Эксплуатация трансформаторов и автотрансформаторов. Системы охлаждения и их обслуживание. Работа устройств регулирования напряжения.Активация и контроль работы. Схемы и соединения группы и фазировки трансформаторов. Эксплуатация трансформаторных масел. Ремонт трансформаторов и автотрансформаторов. Стандарты предварительной сушки, сушки и испытаний трансформаторов. Ремонт активной части трансформатора. Ремонт активной части трансформатора. Ремонт элементов безопасности. Ремонт вводов. Ремонт средств защиты масла от окружающей среды.

Высоковольтная техника

Основные положения курса. Основные виды процессов ионизации. Феномен электроотрицательности. Разряд в резонансных полях. Закономерности возникновения и развития основных видов электрических разрядов в газах: коронного, искрового, дугового и поверхностного. Общие свойства и теории пробоя жидких диэлектриков. Механизмы пробоя твердых диэлектриков: электрическое, термическое, электрическое старение. Классификация утеплителей. Виды внутреннего утепления. Линейная и аппаратно-станционная изоляция. Входы. Изоляция мощных трансформаторов, конденсаторов, кабелей и электрических машин. Методы и устройства для получения высоких переменных, постоянных и импульсных напряжений. Классификация перенапряжения. Уровни изоляции и координация. Грозовые перенапряжения. Молнияпараметры. Резонансные перенапряжения на основной частоте односторонней линии электропередач. Перенапряжение при отключении ненагруженных линий. Перенапряжение при дуговых замыканиях на землю.

Передача электроэнергии EHV на большие расстояния

Роль передачи электроэнергии сверхвысокого напряжения в современной энергетике.Удельные линейные параметры линий СВН. Основные свойства некомпенсированной линии переменного тока. Эквивалентные схемы дальней передачи электроэнергии переменного тока. Расчеты нормальных и послеаварийных режимов электропередачи сверхвысокого напряжения. Режим одностороннего питания магистральной линии сверхвысокого напряжения.Мощность передачи электроэнергии сверхвысокого напряжения. Управляемые линии электропередач переменного тока.

Инжиниринг в электроэнергетике

Общая информация об электрической системе. Тепловые электростанции. Гидроэлектростанции. Атомные электростанции. Возобновляемые источники энергии. Синхронные генераторы. Силовые трансформаторы. Электродвигатели. Коммутационные и защитные устройства высокого напряжения. Заземляющие устройства. Оборудование постоянного тока с перезаряжаемыми батареями. Силовые схемы тепловых электростанций. Система управления и контроллинга. Силовые схемы гидроэлектростанций. Потребности электростанций в ПБП. Система управления и контроллинга.

Передача энергии и звенья постоянного тока

Передача электроэнергии постоянного тока в современной энергетике. Цепи электропередачи и звенья постоянного тока. Анализ режимов работы преобразователей.Энергетические свойства преобразователей.Основное оборудование преобразовательных подстанций.Технико-экономические показатели передачи электроэнергии постоянного тока. Инжиниринг в электроэнергетикеОбщие сведения об электрической системе. Тепловые электростанции. Гидроэлектростанции. Атомная электростанция. Возобновляемые источники энергии. Синхронные генераторы. Силовые трансформаторы. Электродвигатели. Коммутационные и защитные устройства высокого напряжения. Заземляющие устройства. Оборудование постоянного тока с аккумуляторными батареями. Силовые цепи тепловых электростанций. Система управления и контроля. Силовые схемы гидроэлектростанций. ПВО потребности электростанций. Система управления и контроля.

Потери мощности в электрических сетях

Основные источники потерь мощности в электрических сетях. Реактивная мощность как источник потерь в электрических сетях. Изношенные высоковольтные линии как источник потерь электроэнергии. Реконструкция высоковольтных подстанций. Автоматическое повторное включение. Автоматическое переключение. Автоматическая частотная разгрузка. Применение возобновляемых источников энергии. Аккумулирование электроэнергии. инверторы. Мероприятия по снижению воровства электроэнергии из слаботочных электрических сетей. Совершенствование методов и средств контроля и учета электроэнергии. Автоматизированная система коммерческого учета электроэнергии.Расход электроэнергии на собственные нужды электростанций и подстанций и пути его снижения. Оптимизация потерь в электрических сетях.

Энергосбережение в системах электроснабжения

Энергетические ресурсы мира. Станции преобразования энергии. Графики загрузки и хранения энергии. Методы прямого преобразования энергии. Альтернативные возобновляемые источники энергии. Транспортировка и распределение электроэнергии. Цены и тарифы на энергоресурсы. Ценовое и тарифное регулирование. Нормирование энергопотребления. Энергосберегающая способность. Основные нормативно-правовые документы в области энергосбережения. Управление топливно-энергетической компанией. Программы энергосбережения. Некоторые технические способы энергосбережения. Вторичные энергетические ресурсы. Основы управления питанием и аудита. Вопросы эффективного использования энергии в различных сферах городского хозяйства. Энергосбережение и экология. Энергосбережение в зарубежных странах.

Кабельные линии систем электроснабжения

Кабельная продукция как средство передачи энергии и информации. Характеристика технологических процессов производства кабельной продукции. Теория и технология изоляции термопластичных материалов. Электрическое поле в изоляции кабеля. Магнитное поле в кабельной продукции. Тепломассообменные процессы при эксплуатации и производстве кабельной изоляции. Кабель связи. Испытания кабельных изделий и их автоматизация.

Линии воздушного электроснабжения

Классификация воздушных линий электропередач. Элементы воздушных линий электропередач. Замещающие схемы воздушных линий электропередач и их параметры. Режимы работы воздушных линий электропередач. Эксплуатация воздушных линий электропередач. Испытания высоким напряжением. Технология проектирования воздушных линий электропередач. Расчет воздушных линий электропередач на механическую целостность.

Системы электроснабжения городов и промышленных предприятий

Основные определения и исходные положения. Свойства электрических устройств и расчетная нагрузка. Надежность электроснабжения.Технико-экономические особенности кабельных линий. Технико-экономические показатели трансформаторов и городских подстанций. Системы электроснабжения городов и потребителей. Системы электропитания напряжением.

Автоматика и релейная защита.

Системы автоматики и релейной защиты Основные положения релейной защиты и автоматики.Пассивные линейные измерительные преобразователи синусоидальных напряжений и токов. Электромеханические элементы. Полупроводниковая и микропроцессорная элементная база. Защита от замыканий на землю в сетях с изолированной и компенсированной нейтралью.

Аварийная автоматизация

Дистанционная защита.Дифференциальная токовая защита. Устройства автоматизации электрических сетей.Защита и автоматизация электрических сетей до 1 кВ.Микропроцессорные комплектные устройства релейной защиты, управления и автоматики.

Короткие замыкания в электроэнергетических системах

Электротермические элементы. Текущая защита. Защита и автоматика синхронных генераторов. Защита и автоматика трансформаторов. Защита и автоматика электродвигателей.

Теория автоматизированного электропривода

Автоматизированный электропривод. Типовые замкнутые системы управления электроприводами. Сервопривод. Программное управление. Элементы конструкции электропривода.Надежность электроэнергетической системы

Надежность электроэнергетических систем

Введение в теорию надежности. Основные понятия и количественные показатели надежности объектов. Стохастические закономерности в теории надежности. Потоки отказов и восстановлений в теории надежности. Расчет систем на надежность. Методы расчета надежности несимплексных систем. Методы расчета надежности резервированных систем. Методы расчета и анализа надежности объектов как сложных систем. Модели надежности предела допуска параметров. Надежные модели несущей способности. Методы оценки и прогнозирования долговечности объектов. Тесты на надежность. Теоретические основы оценки надежности объекта по результатам эксплуатации. Методы повышения надежности объектов. Надежность обслуживающего персонала сложных систем.

Форма экзамена:

Комплексное экзамен, включающий

1. Режимы эксплуатации электроэнергетических систем - письменный экзамен
2. Системы автоматического управления и учета - компьютерное тестирование
3. Автономные системы электроснабжения - компьютерное тестирование
4. Эксплуатация энергосистем - компьютерное тестирование
5. Высоковольтная техника - компьютерное тестирование
6. Передача электроэнергии дальнего сверхвысокого напряжения - компьютерное тестирование
7. Энергопередача и звенья постоянного тока - компьютерное тестирование
8. Энергосбережение в системах электроснабжения - письменный экзамен
9. Потери мощности в электрических сетях - экзамен в произвольной форме
10. Инженерия в электроэнергетике - письменный экзамен
11. Кабельные линии систем электроснабжения - экзамен в произвольной форме
12. Системы электроснабжения городов и промышленных предприятий - экспертиза в произвольной форме
13. Воздушные линии электроснабжения - экзамен в произвольной форме
14. Короткие замыкания в электроэнергетических системах - письменный экзамен
15. Системы автоматики и релейной защиты - экзамен в свободной форме
16. Аварийная автоматизация - письменный контрольный экзамен
17. Теория автоматизированного электропривода - письменный экзамен
18. Надежность электроэнергетических систем - письменный экзамен

Оценка модуля: экзамен в произвольной форме по элективным дисциплинам 

Технические / мультимедийные средства:

Мультимедийный комплекс.

Лаборатория «Электроэнергетика»

Лаборатория «Электроснабжение и монтаж электрооборудования»

Литература:

1. N. F. Ilyinskiy. Basics of Electric Drive, Publishing House of MPEI, 2003.
2. Under the editorship of Y.N. Petrenko. Computer-Aided Control of Electric Drives, M: ACADEMA, 2005.
3. M. P. Belov et al. Automated Electric Drive of Typical Production Mechanisms and Technological Complexes, M.: ACADEMA, 2005.
4. V. Y. Shishmarev. Units and Elements of Automatic Control Systems. - M: Akademiya, 2005.
5. A. A. Gerasimenko, V. T. Fedin. Transmission and Distribution of Electrical Power. - Rostov-on-Don, 2006
6. S. N. Kostin, V. N. Rusanov, P. A. Sinyutin. Organization of Facilitation of Electric Power Metering Automated Systems for Industrial Consumers. - M.: Energiya, 2007 - 128 p.
7. A. L. Gurtovtsev. Complex Automation of Power Metering at Industrial Enterprises and Economic Entities. - Moscow: Vysshaya Shkola, 2013 - 163 p.
8.  S. G. Bytsenko. Concept of Creation of Automated Power Consumption Control and Management System. - SPb.: BHV-Petersburg, 2006 - 206 p.
9. A. N. Anokhin. Operator Activity Analysis: Models and Methods. - Obninsk: IATE, 2009 - 88 p.
10. A. A. Gerasimenko, V. T. Fedin. Transmission and Distribution of Electrical Power. - Rostov-on-Don, 2008
11. A. D. Trukhniy, A. A. Makarov, V. V. Klimenko, Basics of Modern Electric Power Engineering in 2 books, M., 2010.
12. Y. P. Ryzhov. Long Distance EHV Transmission: textbook for high schools / Y. P. Ryzhov. - M.: Publishing house of MPEI, 2007
13. V. N. Ivakin. Power Transmission and DC Links and Static VAR Compensators / V. N. Ivakin, N. G. Sysoyev, V. V. Khudyakov; Under the editorship of V. V. Khudyakov. - M : Energoatomizdat, 2013
14. V. V. Khudyakov, DC Power Transmission and Experience of their Operation. Textbook. - M.: Publishing house of MPEI, 2012
15. V. A. Venikov, Y. P. Ryzhov. Long-Distance AC and DC PowerTransmission: Textbook for high schools. - M: Energoatomizdat, 2010
16. A. V. Posse.     Circuits and Modes of DC Power
17. Transmission - L.: Energiya, 2006
18. Environmental Problems and Power Saving: textbook / ed. V. D. Karminskiy. - M: Marshrut, 2004.
19. E. M. Kravchenya. Occupational Safety and Basics of Power Saving: textbook. - Minsk: TETRA SYSTEMS, 2005.
20. Power Saving in Heat Supply, Ventilation and Air Conditioning Systems: Reference Book/ under the editorship of L. D. Buguslavskiy and V. I. Livchak. - M: Stroyizdat, 2010.
21. Y. T. Larina Power Cables and Cable Lines. - M: Energoatomizdat, 2006.
22. V. M. Leonov, I. B. Peshkov et al. Basics of Cable Technology. - M: Akademiya, 2006.
23. S. Y. Sokolov, V. N. Sazhin. Operation and Repair of Overhead and Cable Lines. Textbook. - Almaty: AIES, 2006.
24. A. A. Gerasimenko, V. T. Fedin Transmission and Distribution of Electric Power. M.: Knorus, 2014
25. G. A. Fadeyeva, Design of Power Distribution Networks. - Minsk : Vysheyshaya Shkola, 2009.
26. V. N. Andriyevskiy. Operation of Overhead Power Lines.
27. - M., Energiya, 2006.
28. B. I. Kudrin. Power Supply of Industrial Enterprises. - M.: Intermet Engineering, 2009
29. Y. A. Konyukhova. Power Supply of Different Facilities. M.: Akademiya, 2010
30. Y. D. Sibikin. Power Supply of Industrial and civil Buildings M.: Akademiya, 2012
31. V. A. Andreyev. Relay Protection and Automation of Power Supply Systems. - M: Vysshaya shkola, 2006.
32. E. Bass, A. Doroguntsev, Relay Protection of Electric Power Systems. Textbook. - M.: MPEI, 2002.
33. Y. A. Kireyeva, S. A. Tsyruk. Relay Protection and Automation of Electric Power Systems. - M: Akademiya , 2013.
34. N. Y. Savoskin Reliability of Electrical Power Systems. Textbook/Penza State University. - Penza, 2004.
35. N. G. Volkov. Reliability of Power Supply Systems. Textbook/ Tomsk Polytechnic University- Tomsk, 2003.
36. Y. A. Konyukhova. Reliability of Power Supply of Industrial Enterprises./Y. A. Konyukhova, Y. A. Kireyeva. - Moscow: NTF Energoprogress, 2001.