BME VIK - Villamosenergia-rendszer számítógépes analízise

3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Raisz Dávid Márk,

4. A tantárgy előadója

Név:	Beosztás:	Tanszék, Intézet:
Prikler László	tanársegéd	BME VET
Dr. Raisz Dávid	docens	BME VET

5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít

Elektrotechnikai alapismeretek, a villamosenergia-hálózatok felépítése, energiatermelés és elosztás alapismeretei, a villamosenergia-rendszer működésének alapjai, háromfázisú váltakozó áramú rendszerek számításának alapismeretei.

6. Előtanulmányi rend

Ajánlott:

Villamos energia rendszerek (BMEVIVEA005), Villamos laboratórium 2 (BMEVIVEA043).

7. A tantárgy célkitűzése A villamosenergia-rendszer állandósult állapotának és tranziens folyamatainak vizsgálatára alkalmas számítógépi szimulációs technikák megismerése és alkalmazása. A feladatmegoldási- és dokumentálási készség fejlesztése, a szimulációs feladatok megfogalmazása, a modellezések, a paraméterezések, a vizsgálatok és az eredményértékelés területén. A különféle számítási modellek érvényességi határainak tisztázása, ismeretek szerzése a tématerületen használatos modern szoftver eszközök által nyújtott szolgáltatásokkal kapcsolatban.

8. A tantárgy részletes tematikája

· A villamos energia hálózatok rövid áttekintése:

o felépítés, főbb szereplői (termelés, fogyasztás, tárolás, átvitel)

o elosztott termelés és megújuló energia integrációjának kérdései

o a szolgáltatás-minőség és a fogyasztói befolyásolás kérdései

· A VER üzemével szemben támasztott követelmények, biztonság, minőség és gazdaságosság.
A folyamatok időtartam szerinti csoportosítása. Rendszerállapotok, átmenetek. A rendszer terhelésének idő szerinti változása.

· A rendszerszintű P–f szabályozás hierarchiája. Kooperációs rendszerek frekvencia csereteljesítmény szabályozása. Dinamikus P – f egyensúly rendszer modell. A fogyasztói teljesítmény befolyásolása, korlátozása. Feszültség– és statikus szinkron stabilitás.

· A rendszerszintű Q – U szabályozás struktúrája, eszköztára. Erőművi feszültség szabályozás, aktív feszültségszabályozási eszközök az elosztóhálózaton.

· Számítási modellek szimmetrikus, állandósult állapotbeli vizsgálatokhoz: források, transzformátor, fogyasztó, távvezeték paraméterek. Háromfázisú kéttekercselésű transzformátorok adatai, számítási modellje. Autotranszformátorok, szabályozós transzformátorok leképzése.

· Többfeszültségű hálózatok számítása, relatív paraméter megadás, alapmennyiségek megválasztásának szokásos módszerei. Rendszermátrix struktúrája, alapegyenletek megoldási módszerei. Feszültségesés és teljesítményáramlás számítás.

· Rendszerelemek modellezése aszimmetrikus állapotban: távvezeték, kábel, forgógépek, 2-3 tekercselésű háromfázisú transzformátor, auto-transzformátor leképzése. Szimmetrikus összetevők módszerének alkalmazása: földzárlat, fázisok és rendszerek közötti zárlat, szimultán zárlatok számítása. Kompenzált középfeszültségű hálózat zárlatos állapotainak vizsgálata.

· Elektromechanikai tranziens folyamatok, tranziens stabilitás. Modellek tranzens stabilitás vizsgálatokhoz.

· Aszimmetrikus zárlatok számítása fazorokkal, illetve időtartományban. Zárlatszámítás az IEC/VDE és az ANSI/IEEE szabványok előírásai szerint. Az Yd és Dy kapcsolású transzformátorok szerepe a zárlati áramok eloszlásában. A zárlati áram befolyásolása, a csillagpont földelés megválasztásának hatása.

· Hálózatelemek modellezése elektromágneses tranziens vizsgálatokhoz Egy és többfázisú, koncentrált paraméterű RL, RC és RLC áramkörök be és kikapcsolási tranziensei. A távvezetékek elosztott paraméterű modellje.

· A hullámfolyamatokat leíró egyenletek numerikus megoldása. Hullámjelenségek, reflexiók egyfázisú ideális veszteségmentes rendszerben. Nemlineáris és frekvenciafüggő paraméterek kezelése. Konstans paraméterű és frekvenciafüggő távvezeték reprezentációk.

Egyes előadások keretében számítógép-laboratóriumi foglalkozásokra kerül sor, ahol rövid bemutató előadás után a hallgatók önállóan megoldják az alábbi feladatokat:

A PowerWorld szimulációs szoftver ismertetése. Esettanulmányok bemutatása egyszerű 2-3 csomópontos hálózatokon: teljesítmény-áramlás, feszültség-meddő szabályozás nagyfeszültségű kooperációs hálózaton. Feszültségviszonyok elemzése kiserőművek közcélú elosztóhálózatra történő csatlakoztatásakor.
A Digsilent Power Factory szoftver ismertetése. Feszültségviszonyok és hálózati veszteség számítása kisfeszültségű hálózaton.
Az ATP-EMTP szimulációs programrendszer ismertetése. A villamosenergia hálózat tipikus tranziens folyamatainak vizsgálata: távvezeték be- és kikapcsolása, zárlatok megszakítása, soros és sönt kondenzátorok, fojtótekercsek be- és kikapcsolása, transzformátorok bekapcsolása.

(A laboratóriumi foglalkozásokon a részvétel nem kötelező, de megkönnyíti a házi feladatok elkészítését.)

9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium)

Heti 2x2 óra előadás, irányított laboratóriumi gyakorlatok, önállóan elvégzendő laboratóriumi gyakorlat

10. Követelmények

· Szorgalmi időszakban 2 zárthelyi dolgozat sikeres teljesítése

· Önálló házi feladat kidolgozása és beadási a szorgalmi időszak végéig.

11. Pótlási lehetőségek

Sikertelen zárthelyi a szorgalmi időszakban a pótzárthelyin pótolható. A sikertelen (pót)zárthelyi a pótlási héten különeljárási díj ellenében egy további alkalommal pótolható. A házi feladat különeljárási díj ellenében a pótlási héten is leadható.

12. Konzultációs lehetőségek

A tárgy előadóival személyesen, vagy e-mailben egyeztetett időpontban.

13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom W.D. Stevenson: Elements of power system analysis, McGraw-Hill

R. N. Dhar: Computer Aided Power System Operation and Analysis. McGraw-Hill

ATPDraw version user manual, ISBN 82-594-2344-8, Aug 2002

Power World Simulator Tutorial

Digsilent Power Factory Tutorial

14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka

Kontakt óra	56
Félévközi készülés órákra	14
Felkészülés zárthelyire	20
Házi feladat elkészítése	30
Kijelölt írásos tananyag elsajátítása	30
Vizsgafelkészülés
Összesen	150

15. A tantárgy tematikáját kidolgozta

Név:	Beosztás:	Tanszék, Intézet:
Prikler László	tanársegéd	BME VET
Dr. Raisz Dávid	docens	BME VET
Szabó László	adjunktus	BME VET

Egyéb megjegyzések "A tantárgyi követelményeket tiltott eszközzel teljesítő vagy azt megkísérlő hallgatók esetében az 1/2013. (I. 30.) számú dékáni utasítás rendelkezései szerint kell eljárni."