Smart villamos hálózatok felépítése

A tantárgy angol neve: Structure of Smart Power Grids

Adatlap utolsó módosítása: 2023. január 16.

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Villamosmérnöki és Informatikai Kar 		villamosmérnöki szak, BSc képzés, Fenntartható villamos energetika specializáció melléktárgy
Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
VIVEAC15 5 2/2/0/v 5  
3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Sütő Bence,
4. A tantárgy előadója TBA
5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít Villamos energetika
6. Előtanulmányi rend
Kötelező:
Szakirany("AVIN22-INNOVTECHBER", _) VAGY

Szakirany("AVIN22-VILLGEPHAJT", _) VAGY

Szakirany("AVIN22-SMARTGRID", _) VAGY

Szakirany("AVINsmartgrid", _) VAGY
Szakirany("AVINvillgephajt", _) VAGY
Szakirany("AVINvillszigr", _) VAGY
Szakirany("VIABV-SUSTEN", _)

A fenti forma a Neptun sajátja, ezen technikai okokból nem változtattunk.

A kötelező előtanulmányi rend az adott szak honlapján és képzési programjában található.

Ajánlott:
Kötelező:

Villamos energetika (BMEVIVEAB03)

7. A tantárgy célkitűzése A tantárgy célja a hallgatók megismertetése a villamosenergia-rendszer felépítésével és működésével. A félév során a hallgatók találkoznak az átviteli és elosztó hálózat üzemeltetése során felmerülő fontosabb problémákkal és egyes üzemviteli kérdésekkel, megtanulják, hogyan lehet a hálózatot elemeire bontva leképezni, számítani különböző transzformációkat alkalmazva. A villamosenergia-rendszer felépítésének tárgyalása során sorra vesszük a hálózati topológiákat, a különböző alállomási képeket és gyűjtősín-kialakításokat, az egyes transzformátor és távvezeték típusokat és a jellemző csillagpontkezelési módszereket, valamint ezek hatását az ellátásbiztonságra. Az órákon szó lesz az állandósult állapoti teljesítmény és feszültségviszonyokról, a villamosenergia-átvitel hálózati veszteségeiről, valamint a rendellenes üzemállapotok számításának módjáról. A hallgatók megismerik az elosztottan elhelyezkedő (megújuló) termelők és a tárolók hálózati hatásainak számítási módszereit.
8. A tantárgy részletes tematikája
Előadások:
  1. Gyűjtősín-kialakítások, alállomások kapcsolási képe. A kialakítás szempontjai. Gyűjtősínek, leágazások készülékek, mérőváltók. Kettős gyűjtősínek, másfél megszakítós gyűjtősín, egyéb kapcsolások.  Alállomás típus-kialakítások.
  2. Szabadvezeték (soros) impedanciái, kapacitásai, 4 vezetős modell. Ön- és kölcsönös impedanciák, kapacitások. Szimmetrikus összetevő impedanciák, kapacitások. Vezeték aszimmetriák, szimmetrizálás. Szabadvezeték soros impedanciák, kapacitások számítása. Szabadvezeték oszlopképek, konstrukciók. Szabadvezeték induktivitásainak, soros impedanciáinak számítása. A védővezető áramköri szerepe, hatása. Kétrendszerű távvezeték jellemzői, csatolás zérus sorrendben.
  3. Erősáramú kábelek. Kábelek szerkezeti felépítése, villamos paraméterek. Kábelek melegedése. NAF távvezeték üzeme. Elosztott paraméterű modell, vezetékállandók. Töltő teljesítmény, természetes teljesítmény. Jellemző villamos paraméterek. Koncentrált elemű Pi és T modell, U-I fazorábrák. Q-áramlás közelítő számítása. NAF távvezeték üzemállapotok elemzése: (1) üresjárás, feszültségprofil; (2) hatásos teljesítmény áramlása, szögelfordulás. Veszteségek az átviteli hálózaton:értelmezések, veszteség-összetevők.
  4. A teljesítményátvitel korlátai.  Áramterhelés, feszültség stabilitás, szinkronstabilitás. Az átvivőképesség növelése. Határkeresztező átviteli kapacitások: értelmezések, meghatározások. HVDC átvitel. Egyenáramú betét Átvitel nagyfeszültségű AC és DC rendszeren. A HVDC előnyei, hátrányai. Egyenáramú betét üzeme, szabályozása.
  5. Szabályozások NAF transzformátorral. Söntfojtók kapcsolása.  NAF transzformátor hossz és keresztszabályozás hatása hurkolt hálózatban. Fázistoló transzformátor: Söntfojtók ki/bekapcsolásának hatása.
  6. KÖF és KIF hálózatok, feszültségszabályozás, veszteségek. Elosztó hálózat szerepkörök. Tipizált transzformátor paraméterek, vezető keresztmetszetek, jellemző villamos paraméterek KÖF,KIF hálózatok kialakítása, feszültségviszonyok, előírások, feszültségesés. Feszültségszabályozás. KÖF és KIF veszteségek. Meddőkompenzálási módszerek, feszültségszabályozás meddőkompenzálással.
  7. NAF hurkolt hálózatok számítása. Hálózatszámítási modellek, alapösszefüggések. A csomóponti I=Y*U  és U=Z*I egyenlet értelmezése, alkalmazása.     Az Y és Z meghatározása, „mérése".  Egyenértékű modellek Z alapján. Hálózatredukció.
  8. Teljesítményáramlás számítása NAF hurkolt hálózaton.  A feladat nemlineáris jellege, iterációs megoldások elve. A feladat megfogalmazása, adatok, paraméterek, csomóponti típusmodellek. Alapegyenletek, megoldó alapeljárások. Eredményábrázolás.
  9. Zárlatok, kikapcsolások szimmetrikus összetevőkkel.   Leképezés és számítás szimmetrikus  összetevőkkel. Zárlatok összehasonlítása. A zárlati áram korlátozásának elvei.   Kikapcsolások leképezése szimmetrikus. összetevőkkel. Szimultán hibák számítási elve. Aszimmetrikus terhelés 0.4 kV-on, háztartási méretű kiserőművek csatlakozásának hatása. Megoldások abc fázismennyiségekkel, 012 szimmetrikus. összetevőkkel. Értelmezések, elemzések. Transzformátor kapocszárlata.   Áramerősségek, az Yd, Dy kapcsolás hatása az áramképre. Csillagpontképző transzformátor. Kialakítása, szerepe. Távvezetéki zárlat áram- és feszültségképe.  Áramok és feszültségek négyvezetős modell alkalmazásával.  Fazorábrák, szimmetrikus. összetevők.
  10. Hálózati csillagpontföldelés.  A csillagpontföldelés alapharmonikus hatása fázis-föld zárlatkor, áram-feszültség fazorábrák. Hálózati csillagpontföldelések gyakorlata.
  11. Feszültségletörés, fáziskimaradás 120/KF/ 0.4 kV sugaras hálózaton. Fázis-föld zárlat, 1f kikapcsolás feszültségtorzító hatása, a hatások „terjedése"., az Yd és Dy transzformátorok szerepe. Sántaüzem, földzárlatos üzem. 3F rövidzárlati áram, zárlati teljesítmény, feszültségletörés.
  12. Hálózati visszahatás. Felharmonikusok keletkezése, terjedése, hálózati rezonancia kialakulása.
  13. Hálózatfejlesztés. Tervezési előírások (ENTSO-E, Üzemi Szabályzat, Elosztói Szabályzat), módszertan, számítások. Az európai villamosenergia-rendszer hálózata.  Fő jellemzők, térképes ábrázolások, a magyar VER-től eltérő jellegzetességek. Hálózatra csatlakozás. Előírások, szerződések, díjtételek, szabályozási hierarchia.
Gyakorlatok:
  1. NAF/KÖF transzformátor a hálózaton. Hálózatszámítás több feszültségszintű hálózaton a transzformátor forgatásának figyelembevételével.
  2. Zárlatok leképezése sorrendi hálózatok alkalmazásával
  3. Soros hibák leképezése sorrendi hálózatok alkalmazásával
  4. Feszültségesés, feszültségletörés számítása, meddőkompenzálás hatása
  5. Zárlati áramkorlátozó fojtó alkalmazása, hatásának számítása, kondenzátor bekapcsolása
  6. Meddőkompenzálás, meddőkompenzálás hatása a feszültségesésre.
  7. Felharmonikusok keletkezése, számításának, számítási modellbe illesztésének módja, terjedése a mögöttes hálózat és az alárendelt hálózat irányába.
  8. Felharmonikusok és rezonancia. A hálózaton fellépő felharmonikus tartalom révén létrejövő rezonancia számítása. A meddőkompenzálás hatása a rezonanciára. Felharmonikus-tartalom csökkentés passzív felharmonikus szűrő alkalmazásával.
  9. Kisfeszültségű fogyasztói körzet terhelés- és feszültségviszonyainak elemzése, méretezése különböző mértékű napelemes HMKE penetráció eseteire.
  10. Nagy / középfeszültségű (120/20 kV-os) transzformátorállomás terhelési és szabályozási viszonyainak vizsgálata, kiserőművek hálózati csatlakozási feltételeinek ellenőrzése, a feszültség minőségre gyakorolt hatásainak elemzése számítógépi modellhálózaton.
  11. Középfeszültségű hálózat létesítésének műszaki-gazdasági vizsgálata: beruházási/üzemeltetési költségek, kábel / burkolt szabadvezeték / szabadvezeték alternatívák vizsgálata, bontási pontok optimális megválasztása, kiserőművek csatlakozásának hatása. Hálózatfejlesztés. Tervezési előírások (ENTSO-E, Üzemi Szabályzat, Elosztói Szabályzat), módszertan, számítások. Az európai villamosenergia-rendszer hálózata.  Fő jellemzők, térképes ábrázolások, a magyar VER-től eltérő jellegzetességek. Hálózatra csatlakozás. Előírások, szerződések, díjtételek.
  12. Ismétlés, gyakorlás a vizsgára
9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium) Multimédiával támogatott előadás és gyakorlati számítási feladatok megoldása. Házi feladat. Szakmai tanulmányi látogatás.
10. Követelmények
Szorgalmi időszakban:
Részteljesítmény-értékelés (számítási házi feladat). Nagyfeladat ütemterv: Kiadás: 2., 5. és 9. hét, beadás: 5., 9. és 12. hét. A házifeladatok megoldására egyenként legfeljebb 5 pont szerezhető.
Az aláírás megszerzésének feltétele:
  • részvétel a gyakorlatok legalább 70%-án, amelyet a személyes jelenléttel ellenőrzünk.
  • mindhárom házifeladat esetén a pontszám legalább 50%-ának megszerzése
Vizsgaidőszakban:
A félév lezárásának módja: vizsga.

A vizsga írásbeli. Vizsgára jelentkezés feltétele: az aláírás megszerzése, illetve érvényes aláírás.

Amennyiben a vizsgán kapott jegy legalább elégséges, akkor annak érdemjegye 80%-os súllyal, a házifeladatok megoldására szerzett pontszám 20%-os súllyal számít bele a végső érdemjegybe. Elégtelen vizsgajegy esetén a végső érdemjegy elégtelen. Szóbeli vizsgával az elért eredmény módosítható.
11. Pótlási lehetőségek A házi feladat a pótlási hét végéig különeljárási díj ellenében pótolható.
12. Konzultációs lehetőségek E-mail-en vagy Teams-en egyeztetett módon. A pótlási héten és a vizsgaidőszakban hallgatói kérésre.
13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom

A tárgy moodle oldalán közzétett tananyag.

Geszti P. Ottó: Villamosenergia-rendszerek I.-II.-III. Tankönyvkiadó 1983.-1985.  44445/I.- III.

Villamosenergia-rendszerek feladatgyűjtemény (szerkesztette: dr. Kiss Lajos) Műegyetemi kiadó 1992.

Villamosművek feladatgyűjtemény (szerkesztette: Horváth István) Tankönyvkiadó 1971.

14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka
Kontakt óra56
Félévközi készülés órákra7
Felkészülés zárthelyire14
Házi feladat elkészítése36
Kijelölt írásos tananyag elsajátítása0
Vizsgafelkészülés37
Összesen150
15. A tantárgy tematikáját kidolgozta

Dr. Kiss Péter, docens, BME-VIK Villamos Energetika Tanszék

Dr. Raisz Dávid, docens, BME-VIK Villamos Energetika Tanszék

Dr Csatár János, adjunktus, BME-VIK Villamos Energetika Tanszék
IMSc tematika és módszer A programban részt vevő hallgatóknak a gyakorlati foglalkozások során összetettebb mérnöki gondolkodást igénylő feladatokat adunk
IMSc pontozás

IMSc pontok száma legfeljebb 25.

IMSc pontokat a hallgatók vizsgán (legfeljebb 25 pont) szerezhetnek.

A vizsgán a normál követelményekhez tartozó feladatokon túlmenő, további egy feladat megoldásával szerezhető meg a fenti pontszám, amennyiben a hallgató e nélkül is jeles eredményt ért el.

Az IMSc pontok megszerzése a programban nem résztvevő hallgatók számára is biztosított.