Budapest University of Technology and Economics, Faculty of Electrical Engineering and Informatics

    Belépés
    címtáras azonosítással

    vissza a tantárgylistához   nyomtatható verzió    

    Villamosenergia-rendszer üzeme és irányítása

    A tantárgy angol neve: Power System Operation and Control

    Adatlap utolsó módosítása: 2019. január 4.

    Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
    Villamosmérnöki és Informatikai Kar

    Villamosmérnök Szak MSc képzés

    Villamosenergia-rendszerek főspecializáció

    Kötelező tárgy

     

    Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
    VIVEMA01 1 2/1/0/v 4  
    3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Farkas Csaba, Villamos Energetika Tanszék
    4. A tantárgy előadója

    Név:

    Beosztás:

    Tanszék, Int.:

    Dr. Farkas Csaba

    egyetemi adjunktus

    Villamos Energetika Tanszék

    Dr. Vokony István

    egyetemi adjunktus

    Villamos Energetika Tanszék


    5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít

    Háromfázisú váltakozó áramú rendszerek elektrotechnikai alapismeretei, villamosenergia-hálózatok kialakítása, villamosenergia-átvitel alapösszefüggései, szinkrongenerátorok működésének fizikája, alapismeretek szabályozástechnikában és teljesítményelektronikában.

    6. Előtanulmányi rend
    Kötelező:
    NEM ( TárgyEredmény( "BMEVIVEM265" , "jegy" , _ ) >= 2
    VAGY
    TárgyEredmény("BMEVIVEM265", "FELVETEL", AktualisFelev()) > 0)

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

    A kötelező előtanulmányi rendek grafikus formában itt láthatók.

    Ajánlott:

    Ajánlott: Villamosenergia-átvitel (VIVEAC00)

    7. A tantárgy célkitűzése

    A villamosenergia-rendszer kialakításának, működésének és irányításának megértéséhez szükséges rendszerszemlélet elsajátítása, a kapcsolódó fizikai jelenségek és folyamatok elméleti hátterének megértése, a folyamatok befolyásolására alkalmas eszközök megismerése, az ismeretek alkalmazása a számítógéppel támogatott tervezésben, irányításban és a biztonságos üzemeltetésben.

    8. A tantárgy részletes tematikája

     

    1. hét: Az európai villamosenergia-rendszer, villamosenergia-rendszerek együttműködése. Európai rendszerek, szervezetek. Az európai rendszerek és a magyar VER fő jellemzői. Átviteli és elosztó hálózat Magyarországon, határkeresztező távvezetékek.

    Jogszabály-környezet áttekintése. Villamosenergia-törvény, rendeletek, szabályzatok, fogalmi értelmezések. ENTSO-E Network Codes.

    2. hét: Villamosenergia-rendszer üzemi követelményei. Villamosenergia-szolgáltatás. Folyamatok, működések. Minőség, minőségbiztosítás. Rendszerbiztonság, stabilitás (n-1 elv, szinkronstabilitás, frekvenciastabilitás, feszültség-stabilitás).

    Rendszerállapotok, átmenetek. Üzemállapot kategóriák, átmenetek. (normál, veszélyeztetett, veszélyes, üzemszünet, visszatérítés) Az üzemzavarok kiterjedésének megakadályozása.

    A fogyasztói terhelések időbeli változása. Változás rövid és hosszú távon. Napi bruttó terhelési görbe. Heti, téli, nyári, éves csúcsok. Villamosenergia-felhasználás. Csúcskihasználás. Előrejelzés.

    A fogyasztói terhelések feszültség- és frekvenciafüggése. A függés fizikai háttere. A leképezés elve, összefüggései. Jellemző paraméterek. Statikus és dinamikus modell. Példa U és f függésre.

     

    3. hét: Teljesítmény-egyensúly, P-f szabályozás. Szinkron frekvencia A hatásos teljesítmény és a frekvencia kapcsolatának energetikája szinkrongenerátoros rendszerben (statikus és dinamikus egyensúly, rendszerfrekvencia hálózati csomópont frekvenciája). A P-f szabályozás rendszere (szabályozási szintek és feladatok, fogalmi meghatározások, a szabályozások időbelisége). Szabályozási blokkok a kontinentális európai rendszerben.

     

    Erőművek Magyarországon. Rendszerszintű koordinációban résztvevő erőművek. Villamos teljesítőképesség fogalmi meghatározásai. A hazai erőművek fő adatai. A bruttó villamosenergia-felhasználás forrásmegoszlása. Erőművek kihasználtsága. A jövőben megmaradó erőművek BT-je. Az erőműpark várható jövőbeni összetétele.

    P-f szabályozási tartalékok. Szabályozási tartalék-jellemzők és kategóriák. Teljesítőképesség tartalékok rendszere. Magyarországi erőművek szabályozhatósága Villamosenergia-tárolás.

     

    4. hét: Primer és szekunder szabályozás. Primer szabályozás-statikus egyensúly, terhelésfelvétel a P-f karakterisztika szerint. A turbinaszabályozó P-f karakterisztikája. Primer és szekunder szabályozás egygépes rendszerben. Primer szabályozás többgépes rendszerben. A szinkron rendszer statikus dP-df karakterisztikája. Erőmű blokk és P-f szabályozásának funkcionális sémái.

     

    Szekunder és tercier szabályozás együttműködő rendszerekben. Szekunder szabályozás többgépes rendszerben. Jellemző erőmű-terhelések, generátor terhelési szintek. Csereteljesítmény-frekvencia szabályozás (A felelősségi elv- Területi szabályozási hiba- A szabályozási igény grafikus ábrázolása- Szabályozási hurkok- Gyakorlati szabályozás ACE alapján- A szükséges termelés elosztása a gépegységek között). Szabályozások együttműködése, új eljárások.

     

    5. hét: A frekvenciaváltozás dinamikája. P-f statikus és dinamikus egyensúly szinkrongenerátoros rendszerben. . Kiesett termelés pótlása (Elvi modell és paraméterei- Szimulációs időfüggvények elemzése). A teljesítmény-átrendeződés folyamatának fő tényezői „időrendben“. A frekvenciaváltozás elemzése.

    Frekvenciafüggő fogyasztói korlátozás (FTK) Az FTK elvi működése (Frekvencialépcsős, időlépcsős FTK) Az optimális FTK rendszer kialakításának alapkérdései. Az ENTSO-E ajánlása frekvencialépcsős FTK-ra.

     

    VER meddőteljesítmény-egyensúlya. Meddőteljesítmény egyensúly rendszerszinten. Egy rendszertag egyensúlya és ennek összetevői:120 kV/KÖF transzformátorállomások, 120-220-400 kV-os átviteli és elosztóhálózat (távvezetékek, NAF/NAF transzformátorok, söntfojtók), meddőteljesítmény export-import, erőművek és erőművi generátorok. A rendszerterhelés hatása.

    Az átviteli hálózat U-Q szabályozása. Az átviteli hálózat U-Q szabályozása: alapelvek, eszközök, szabályozási szintek.

     

    6. hét: Az AC teljesítmény-átvitel korlátai. Feszültség stabilitás, szinkron stabilitás. Az átvivő képesség növelése. Határkeresztező átviteli kapacitások. A feszültség stabilitás-instabilitás dinamikája (szimulációk).

     

    Szinkrongenerátor. A szinkrongenerátor kialakítása. Jelleggörbék, paraméterek, modellek. A generátor kapocsteljesítménye. Terhelési szög. Generátormodell d-q komponensekkel. Teljesítmények d-q komponensekkel. Az Up-Xd modell.

     

    7. hét: Szinkrongenerátor üzeme. Generátor terhelési állapotok (szinkronozás, lekapcsolás a hálózatról, kompenzátor üzem, generátoros üzem, gerjesztési állapot, szinkronozó teljesítmény). A generátor tartós terhelhetősége (határértékek állandósul üzemben, P-Q terhelhetőségi diagram) A generátor hálózati üzeme (Szigetüzem, Hálózati szinkron üzem.) Kapocsfeszültség-meddőteljesítmény üzemállapotok (Ug-Qg szabályozása, A gerjesztésszabályozás hatása).

     

    Erőmű NF gyűjtősín U-Q szabályozása. Modell az UN-QN szabályozáshoz. Terhelési-szabályozási karakterisztika. A szabályozási rendszer kialakítása.

    Generátor-transzformátor blokk UN-QN diagramja. Számítási modell. Korlátozások. Az előírások szerinti határgörbe és a számított UN-QN diagram.

     

    8. hét: Turbina-generátor egység elektromechanikai lengései. Generátor általános d-q modell. (A szubtranziens mélységű d-q modell. Generátor villamos paraméterek Tranziens modell: 3F kapocs zárlat és lekapcsolása) Generátor E‘-X‘ modell (Áramköri modell és fazorábra) Villamos és mechanikai egyenletek (A generátor hálózatba táplált teljesítménye- Lengési egyenlet). Munkapontra linearizált lengési egyenlet (Lengési egyenlet kis változásokra -Karakterisztikus egyenlet- A sajátlengés frekvenciája) Elektromechanikai lengési frekvenciák.

     

    Szinkrongenerátor üzemének stabilitása. A stabilitás-instabilitás értelmezése. A szinkronstabilitás és vizsgálatának kategóriái. A lengési egyenlet megoldása, tranziens lengés. Tranziens stabilitás, az egyenlő területek módszere.

     

    9. hét: Többgépes rendszer elektromechanikai lengései. Az elektromechanikai lengések kialakulása. A lengéseket befolyásoló hatások. Villamos szögek és forgórész szöghelyzetek: A szöghelyzetek értelmezése, mérése. Követő koordinátarendszer. Tömegközéppont, lengésközpont.

     

    Lengéscsillapítás. Stabilitásmentés. Lengéscsillapítás: Lengésképek, Csillapító teljesítmény. A PSS hatásmechanizmusa. PSS kialakítások Stabilitásmentés: A stabilitásmentés elve, módszerei. Példa: egy blokk kikapcsolása erőműben.

     

    10. hét: Reszinkronizáció: Aszinkron rendszerek összekapcsolása. Frekvencia regisztrátum reszinkronizációról. Az összekapcsolási folyamat elvi háttere. Alapfolyamatok szimulációja elvi modellen. a reszinkronizáció sikerességének feltételei. ENTSO-E ajánlások reszinkronizációhoz.

    Automatikus szinkronozó és szinkronellenőrző készülék (ASZK). Az ASZK feladata. Biztonságos bekapcsolás. ASZK üzemmódok a frekvencia-eltérés szerint. Jellemző beállítási értékek.

     

    11. hét: A villamosenergia-rendszer irányítása. A hazai villamosenergia-rendszer irányításának rövid története, jelenlegi hierarchiája. A rendszerirányítás számítógépes támogatása: SCADA rendszer, EMS rendszer.

    Szinkronfazor mérések (WAMS). Rendszerirányító kötelezettségek és feladatkörök. Rendszerszintű szolgáltatások.

     

    Átviteli hálózat üzemvitele. Az átviteli hálózat üzemének felügyelete, irányítása. Az operatív üzemirányítás végrehajtása. Üzemi Szabályzat. FACTS eszközök az üzemvitelben

    Elosztó hálózat irányítása, üzemvitele. A KDSZ rendszer. Üzemirányítás. Üzem-előkészítés. Operatív üzemirányítási feladatok. Üzemértékelési feladatok. Megbízhatósági mutatók. Elosztói Szabályzat. Hibahely keresése, azonosítása. Üzemi és üzemzavar-elhárító automatikák (NAF/KÖF/KIF). Új tendenciák és eszközök (irányítás, üzem-előkészítés, tervezés). Termelés, elosztás környezeti vonatkozásai.

     

    12. hét: Optimális load-flow számítás alapok. A probléma meghatározása, alkalmazások.

    P-Q áramlások befolyásolása

     

    13. hét: Nem szinkron csatlakozás. Technikai kialakítás és működtetés. Grid feeding/forming/supporting (szinkronkapcsolatban lévő, ill. szigetüzemi) modellek és értelmezésük. Szigetüzemi működés, megújulók üzemi és stabilitási hatásai (hálózati csatlakozás, időjárásfüggő termelés). Szintetikus inercia értelmezése. az inercia-hiány következményei. Gyors frekvencia-válasz.

     

    14. hét: IT alapok. Szakértői rendszerek.


     

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

    Multimédiás eszközökkel támogatott előadás, gyakorlati számítási feladatok, esettanulmányok

    10. Követelmények

    a) A szorgalmi időszakban:

              A zárthelyi legalább elégséges szintű (40%) teljesítése

    A vizsgára bocsátás feltétele a félévközi követelmények teljesítése.

    b) A vizsgaidőszakban:

    A félév lezárásának módja: írásbeli és szóbeli vizsga az előadott tananyagból.

    Vizsgára jelentkezés feltétele: az aláírás megszerzése, illetve érvényes aláírás.

    Jeles zárthelyi eredményt elért hallgatók számára elővizsga lehetőséget biztosítunk a pótlási héten.

    c) A végső érdemjegy kialakításának módja:

    A végső érdemjegybe a zárthelyi jegy 20%-os, az írásbeli/szóbeli vizsgán szerzett jegy 80%-os súlyozással számít bele, amennyiben a vizsgán kapott jegy legalább elégséges. Elégtelen vizsgajegy esetén a végső érdemjegy elégtelen.

    11. Pótlási lehetőségek

    TVSZ szerint: a zárthelyi pótolható egy alkalommal a szorgalmi időszakban, illetve egy alkalommal a pótlási héten

    12. Konzultációs lehetőségek

    Igény szerint, email-en egyeztetett módon. A pótlási héten és a vizsgaidőszakban hallgatói kérésre.

    13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom

    Szabó László, Faludi Andor: Villamosenergia-rendszer üzeme és irányítása (Jegyzet, oktatási segédlet, tanszéki honlapról letölthető)

    A tematika egyes részeihez kapcsolódó irodalom:

    Dr. Bókay Béla, Dr Rácz László: Villamosenergia-rendszerek stabilitása. Műszaki Könyvkiadó, 1988

    Dr. Geszti P. Ottó: Villamosenergia-rendszerek II. kötet. Tankönyvkiadó, 1984.

    P. M. Anderson, A. A. Fouad: Power System Control and Stability. The Iowa State University Press, 1977

    R. N. Dhar: Computer Aided Power System Operation and Analysis. McGraw-Hill, 1987.

    14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka

    Kontaktóra

    42

    Készülés előadásokra

    7

    Készülés gyakorlatra

    7

    Készülés laborra

     

    Készülés zárthelyire

    14

    Házi feladat elkészítése

     

    Önálló tananyag-feldolgozás

    14

    Vizsgafelkészülés

    36

    Összesen

    120

    15. A tantárgy tematikáját kidolgozta

    Név:

    Beosztás:

    Tanszék, Int.:

    Szabó László

    adjunktus

    Villamos Energetika Tanszék

    Faludi Andor

    adjunktus

    Villamos Energetika Tanszék

    Dr. Farkas Csaba

    adjunktus

    Villamos Energetika Tanszék

    Dr. Vokony István

    adjunktus

    Villamos Energetika Tanszék