Ивановский государственный энергетический университет

Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального
образования
«Ивановский государственный энергетический университет им. В.И.Ленина»
Электроэнергетический факультет
Кафедра электрических систем
― УТВЕРЖДАЮ»
декан ФЗВО
__________________Дюповкин Н.И.
«_____»_______________2012 года
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
Дисциплина
“Электромеханические переходные процессы”
Направление
140200 Электроэнергетика
Квалификация
Инженер
Специальность
140203.65 Релейная защита и автоматизация
электроэнергетических систем
Курс –
5
Семестр – 9
Лекции
Лабораторные работы
Самостоятельная внеаудиторная работа
Всего часов по курсу
Вид заключительного контроля
Иваново 2012
9 семестр
6 часа
8 часов
96 часов
110 часов
экзамен
2
1. Цель и задачи дисциплины, междисциплинарные связи
1.1. Цель преподавания дисциплины
Предметом изучения дисциплины являются неустановившиеся режимы электроэнергетической системы. Это один из предусмотренных учебным планом специальных
курсов, дающих знания, умения и навыки, необходимые для квалифицированного проектирования и эксплуатации электроэнергетических систем.
Целью преподавания дисциплины является формирование знаний в области теории электромеханических переходных процессов, происходящих в электроэнергетических системах (ЭЭС), а также в области устойчивости ЭЭС.
1.2. Задачи изучения дисциплины
Задачей изучения дисциплины является усвоение физики явлений, приобретение
умений и навыков по расчету электромеханических переходных процессов и управлению устойчивостью электроэнергетических систем.
1.3. Связь с другими учебными дисциплинами
Преподавание дисциплины базируется на знании следующих дисциплин:
1.3.1. Высшая математика. Разделы: обыкновенные дифференциальные уравнения, преобразования Лапласа, матрицы, численные методы.
1.3.2. Прикладная механика. Раздел динамика.
1.3.3. Теоретические основы электротехники. Разделы: основы теории линейных
цепей, теория электромагнитного поля.
1.3.4. Электрические машины. Разделы: синхронные машины, асинхронные машины, трансформаторы.
1.3.5. Электрические системы и сети. Разделы: схемы замещения электрической
сети и их параметры, расчет установившихся режимов электрической сети, регулирование напряжения в электроэнергетической системе.
1.36. Электромагнитные переходные процессы.
Дисциплина является основой для последующего изучения специальных курсов:
"Электрические станции и подстанции", "Релейная защита и автоматика".
2. Содержание лекционных занятий
Лекционных занятия 9-го семестра ( 6 часов)
по обзору ниже приведенного материала
№
модуля
2.1
Название модуль и его содержание
Общие сведения. Характеристики и уравнения для представления
основных элементов ЭЭС
Понятие об электромеханических переходных процессах в электроэнергетических системах и системах электроснабжения. Условия существования установившегося режима системы. Понятие о статической, динамической и результирующей устойчивости. Основные задачи второй
части курса и его место в обучении.
Представление синхронного генератора расчетными параметрами.
объем в
часах
1
3
Уравнение движения ротора.
Узлы нагрузки ЭЭС. Понятие о статических и динамических характеристиках комплексной нагрузки. Собственные и взаимные проводимости
схемы замещения электроэнергетической системы.
Характеристики токов, ЭДС и напряжений, мощностей и моментов генераторов электроэнергетической системы.
Основные характеристики, функциональные и структурные схемы автоматического регулирования возбуждения синхронного генератора и
первичного двигателя.
2.2
Динамическая устойчивость электроэнергетической системы
Динамическая устойчивость простейшей электроэнергетической системы. Качания ротора генератора. Правило площадей и вытекающий из
него критерий устойчивости. Предельный угол и предельное время отключения повреждения.
Метод последовательных интервалов для определения предельного времени отключения. Учет и влияние АРВ генераторов. Динамическая устойчивость многомашинной системы. Нормативные указания по расчету
динамической устойчивости.
2
2.3
Статическая устойчивость электроэнергетической системы
Переходные процессы при малых возмущениях. Виды статической неустойчивости электроэнергетической системы (сползание, самораскачивание, самовозбуждение). Основы применения метода первого приближения для исследования статической устойчивости ЭЭС. Теоремы Ляпунова об оценке устойчивости по уравнениям первого приближения.
Составление уравнений первого приближения по зависимостям для простейшей регулируемой электроэнергетической системы. Исследование
статической устойчивости по характеристическому уравнению. Критерий Жданова и его использование.
Понятие о самораскачивании и самовозбуждении в простейшей ЭЭС.
Причины возникновения и мероприятия по устранению.
Практические критерии статической устойчивости простейшей электроэнергетической системы и области их применения. Влияние регулирования возбуждения на предел мощности и устойчивости. Искусственная
устойчивость. Предел устойчивости режимов работы генераторов, снабженных АРВ пропорционального и сильного действия. Влияние других
факторов на устойчивость простейшей ЭЭС. Понятие об исследовании
статической устойчивости многомашинных систем. Нормативные указания по расчету статической устойчивости.
1
2.4
Переходные процессы в узлах нагрузки
Узлы нагрузки электроэнергетической системы. Статические характеристики комплексной нагрузки и еѐ элементов.
Явление лавины напряжения и ее предотвращение. Прямые и косвенные
(вторичные) критерии устойчивости нагрузки. Методика их применения
для оценки запаса статической устойчивости узла нагрузки. Влияние
АРВ синхронных машин и установки косинусных конденсаторов на статическую устойчивость нагрузки.
Переходные процессы при пуске и самозапуске двигателей. Условия
1
4
обеспечения самозапуска двигателей. Устойчивость синхронных и
асинхронных двигателей при толчках.
2.5
Результирующая устойчивость электроэнергетической системы.
Мероприятия по улучшению устойчивости и качества переходных
процессов в ЭЭС
Протекание переходного процесса при возникновении асинхронного
режима в ЭЭС. Электрический центр качаний. Условия ресинхронизации. Мероприятия по обеспечению результирующей устойчивости электроэнергетической системы. Влияние асинхронного режима на работу
электроприемников и генераторов.
Экономические и технические показатели мероприятий и дополнительных средств повышения устойчивости работы энергосистем и узлов нагрузки. Заключение по курсу.
1
3. Лабораторные занятия
Лабораторные работы 9-го семестра (8 часов)
№
Наименование
Исследование на ЭВМ явления ударного тока короткого за1
мыкания.
Исследование на ЭВМ изменения периодической состав2
ляющей тока КЗ синхронного генератора с АРВ.
Моделирование на ЭВМ режима несимметричного короткого
3
замыкания по комплексной схеме замещения электроэнергетической системы.
Объем в часах
2
2
4
4. Курсовая работа 9-го семестра
Курсовая работа выполняется по теме ―Расчет режима короткого замыкания и
устойчивости электроэнергетической системы” Работа преследует цель формирования навыков выполнения расчетов КЗ и устойчивости электрических систем. Затраты
времени — 20 часов самостоятельной работы.
Этапы и разделы выполнения курсовой работы
Объемы и сроки
Выдача задания
0 %, 4-я неделя
Расчет начальной стадии несимметричного КЗ
40 %, 8-я неделя
Оценка статической устойчивости ЭЭС
70 %, 10-я неделя
Оценка динамической устойчивости ЭЭС
100 %, 15-я неделя
5. Самостоятельная работа студентов
Самостоятельная внеаудиторная работа состоит в изучении приведенного в программе материала с использованием рекомендованной учебно-методической литературы.
5
На самостоятельную внеаудиторную работу выносятся практические вопросы
анализа устойчивости электроэнергетической системы, которые студенты решают в
процессе выполнения курсовой работы (20часов в 9 семестре).
Самостоятельная внеаудиторная работа состоит также в изучении лекционного
материала и в подготовке к лабораторным занятиям по лекциям и учебной литературе.
Контроль самостоятельной работы студентов осуществляется при отчетах по лабораторным занятиям, при сдаче курсовой работы.
6. Учебно-методическое обеспечение дисциплины
6.1. Основная литература
1. Веников В.А. Переходные электромеханические процессы в электрических системах.
– М.: Высшая школа, 1985. – 536с. (1978. – 415с.)
6.2. Дополнительная литература
2. Переходные процессы электрических систем в примерах и иллюстрациях. Под. ред.
В.А. Веникова. – М.: Госэнергоиздат, 1967. – 456с.
3. Жданов П.С. Вопросы устойчивости электрических систем. – М.: Энергия, 1979. –
456с.
4. Братолюбов А.А. Расчетные параметры синхронных машин: учеб. пособие. – Иваново: ИГЭУ, 2008. – 116 с.
5. Братолюбов А.А., Огорелышев Н.А., Аржанникова А.Е. Применение ЭВМ в учебных
расчетах коротких замыканий и устойчивости электроэнергетических систем: учеб.
пособие. – Иваново: ИГЭУ, 2006.– 108 с.
6. Калентионок Е.В. Устойчивость электроэнергетических систем: учеб. пособие. –
Минск: Техноперспектива, 2008. – 375 с.
6.3. Методические указания
7. Братолюбов А.А., Голов В.П. Программа, задания к курсовой работе и методические
указания по дисциплине «Переходные процессы в электроэнергетических системах»,
часть 2 (Электромеханические переходные процессы) для студентов электроэнергетических специальностей заочного факультета – Иваново: ИГЭУ, 1996.– 28 с.
8. Огорелышев Н.А., Братолюбов А.А., Голов В.П. Физическая модель простейшей
электроэнергетической системы. Лабораторный универсальный стенд на микромашинах. Описание для студентов к лабораторному практикуму по переходным процессам. – Иваново: ИГЭУ, 1998. – 12 с.
9. Ратманов С.М., Братолюбов А.А. Устойчивость узла нагрузки (явление лавины напряжения). Методические указания к лабораторной работе. – Иваново: ИГЭУ, 1986.
– 24 с.
10. Братолюбов А.А., Огорелышев Н.А., Голов В.П. Исследование статической устойчивости на физической модели ЭЭС. Методические указания к лабораторной работе
№ 23 по курсу переходных процессов для студентов электроэнергетических специальностей. – ИГЭУ, 1999. – 20 с.
11. Братолюбов А.А., Огорелышев Н.А., Голов В.П. Исследование динамической устойчивости на физической модели ЭЭС. Методические указания к лабораторной работе № 24 по курсу переходных процессов для студентов электроэнергетических
специальностей. – Иваново: ИГЭУ, 1999. – 20 с.
12. Братолюбов А.А., Огорелышев Н.А. Исследование динамической устойчивости на
математической модели ЭЭС. Методические указания к лабораторной работе № 24а
6
по курсу переходных процессов для студентов электроэнергетических специальностей. – Иваново: ИГЭУ, 2004. – 16 с.
13. Братолюбов А.А., Голов В.П. Исследование статической устойчивости на математической модели ЭЭС. Методические указания к лабораторной работе № 23а по курсу
переходных процессов для студентов электроэнергетических специальностей. –
Иваново: ИГЭУ, 2004.– 20 с.
6.4. Методические указания по изучению дисциплины для студентов
6.4.1. Лекционные занятия
Рекомендации:
- перед очередной лекцией просмотреть по конспекту материал предыдущей лекции;
- хотя бы бегло ознакомиться с содержанием очередной лекции в соответствии с настоящей программой;
- на лекции графические иллюстрации не заносить, а использовать раздаточный материал;
- обратить особое внимание на математическое обоснование рассматриваемых теоретических положений;
- материалы лекций согласовывать между собой;
- задавать вопросы во время изложения лекции преподавателю по материалу, вызывающему затруднения в понимании;
- после очередной темы лекции закрепить и углубить полученные знания, используя
дополнительную литературу;
- при написании конспекта лекций использовать общепринятые сокращения.
6.4.2. Лабораторные работы
В процессе самостоятельной подготовки к лабораторным работам рекомендуется:
- проработать теоретический материал, соответствующий содержанию очередной лабораторной работы, и пройти процедуру допуска;
- предварительно подготовить формуляр отчета;
- провести необходимые расчеты, предшествующие эксперименту.
В ходе выполнения лабораторной работы рекомендуется:
- результаты эксперимента представлять в табличной форме и в виде графиков;
- обратить особое внимание на соответствие результатов эксперимента теоретическим
положениям.
6.4.3. Курсовая работа
Во время получить задание на курсовую работу, выяснить все вопросы, возникшие по исходным данным своего варианта. Строго придерживаться графика выполнения работы в соответствии с программой курсовой работы. Осмысливать получающиеся результаты на каждом шагу выполнения задания, сопоставляя их с физическими
представлениями, полученными при самостоятельном изучении теоретического материала. Применение ЭВМ в сочетании с ручными расчетами регламентируется программой курсовой работы. Выполнять требования по оформлению отчета в соответствии с
программой курсовой работы. Перед защитой работы ответить на все вопросы, содержащиеся в ее программе. Необходимо уметь пояснить любой пункт составленной пояснительной записки и все приведенные графики, а также методы их получения.
6.4.4. Самостоятельная работа студентов
Самостоятельная работа студентов проводится в следующих формах:
7
-
-
изучение теоретического материала по рекомендованной литературе, конспектам
лекций и подготовка к контролю знаний по отдельным разделам дисциплины;
подготовка к лабораторным занятиям по методическим материалам, приведенным в
указаниях к каждой лабораторной работе. Вид отчетности – отчеты по лабораторным работам;
выполнение курсовой работы проводится по [2, 7]. Рекомендуется также использовать конспекты лекций и соответствующие разделы учебников [1,2,6]. Сроки выполнения каждого раздела курсовой работы приведены в разделе 5.
6.5. Методические рекомендации преподавателям
Применять метод развивающего обучения с использованием проблемного подхода,
направленного на активизацию познавательной деятельности учащихся, на развитие их
творческих способностей. При этом возможны подходы, когда преподаватель сам ставит проблему и решает ее, демонстрируя ход мыслей исследователя с возникающими
противоречиями и их разрешением, либо поставленная им проблема решается с привлечением рассуждений самих студентов, а также, когда проблема решается самостоятельно учащимися, выступающими в роли исследователя. Например, при рассмотрении
факторов, влияющих на предел статической (динамической) устойчивости, ставится
проблема повышения устойчивости.
При опросе студентов нельзя принимать во внимание только конечный результат,
необходимо проследить за внутренней мыслительной деятельностью обучаемого, которая и должна стоять в центе процесса обучения. Так, например, сокращение дроби
16/64 дает 1/4. Однако этот же ответ может быть получен ложным путем, например,
механическим зачеркиванием цифры 6 в числителе и в знаменателе. Поэтому следует с
осторожностью относиться к всевозможным формализованным тестам, особенно на
заключительном этапе оценки знаний студентов.
Развивать целостное научное мировоззрение, устанавливая при изложении материала связи со смежными дисциплинами и другими науками. Например, изложение
материала по выявлению предела статической устойчивости путем утяжеления режима,
можно связать с общим диалектическим законом перехода количественных изменений
в качественные.
Увязывать изложение с историческими сведениями об изобретениях и научных открытиях и с именами их авторов. Показывать достижения отечественной науки и техники, образцы служения ей видных ученых (А.М. Ляпунова, А.А. Горева, С.А. Лебедева и др.).
Иллюстрировать изложение материала примерами из практики эксплуатации современных энергосистем.
7. Требования к уровню усвоения программы и формы текущего, промежуточного
и итогового контроля
Итоговый (заключительный) контроль проводится в форме устного экзамена. Экзаменационный билет включает теоретические вопросы.
Рабочая программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом подготовки инженеров по направлению подготовки дипломированных
специалистов 140203.65 Релейная защита и автоматизация электроэнергетических
систем.
Программу составил
к.т.н., доцент
Н.А. Огорелышев
«___»________________2012 г.
8
.
Программа обсуждена и принята на заседании кафедры ―Электрические системы‖
Протокол №_____ от «____»_____________2012 г.
Заведующий кафедрой ЭС к.т.н., доцент
Председатель цикловой методической комиссии
электроэнергетического факультета к.т.н. профессор
А.Ю. Мурзин
«___»________________2012 г.
В.Ф.Коротков
«___»________________2012 г.