Kursplan fastställd 2022-02-14 av programansvarig (eller motsvarande).
Kursöversikt
- Engelskt namnAncillary services in power system
- KurskodENM052
- Omfattning7,5 Högskolepoäng
- ÄgareMPEPO
- UtbildningsnivåAvancerad nivå
- HuvudområdeElektroteknik
- InstitutionELEKTROTEKNIK
- BetygsskalaTH - Mycket väl godkänd (5), Väl godkänd (4), Godkänd (3), Underkänd
Kurstillfälle 1
- Undervisningsspråk Engelska
- Anmälningskod 21120
- Max antal deltagare70 (minst 10% av platserna reserveras för utbytesstudenter)
- Blockschema
- Sökbar för utbytesstudenterJa
Poängfördelning
Modul | LP1 | LP2 | LP3 | LP4 | Sommar | Ej LP | Tentamensdatum |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0121 Tentamen 7,5 hp Betygsskala: TH | 7,5 hp |
|
I program
- MPEPO - HÅLLBARA ELKRAFTSYSTEM OCH ELEKTROMOBILITET, MASTERPROGRAM, Årskurs 1 (obligatoriskt valbar)
- MPSYS - SYSTEMTEKNIK, REGLERTEKNIK OCH MEKATRONIK, MASTERPROGRAM, Årskurs 1 (valbar)
- MPSYS - SYSTEMTEKNIK, REGLERTEKNIK OCH MEKATRONIK, MASTERPROGRAM, Årskurs 2 (valbar)
- TIELL - ELEKTROTEKNIK, HÖGSKOLEINGENJÖR - elkraftsteknik, Årskurs 3 (obligatoriskt valbar)
Examinator
Peiyuan Chen- Docent, Elkraftteknik, Elektroteknik
Behörighet
Grundläggande behörighet för avancerad nivåSökande med en programregistrering på ett program där kursen ingår i programplanen undantas från ovan krav.
Särskild behörighet
Engelska 6Sökande med en programregistrering på ett program där kursen ingår i programplanen undantas från ovan krav.
Kursspecifika förkunskaper
ENM055 eller ENM056 eller motsvarande kurs.
Utöver denna kurs ska studenten uppfylla de kursspecifika förkunskapskraven till MPEPO i Antagningsordningen.
Syfte
Det huvudsakliga syftet med kursen är att studenterna ska utveckla och demonstrera sina kunskaper och sin förmåga att förklara och analysera olika aspekter av stödtjänster i elkraftsystem för överföra elektricitet i ett stabilt sätt med hög elkvalitet. I synnerhet fokuserar kursen på frekvens- och spänningsstödtjänster till elnätet. Simuleringsprojekt och laboratorieexperiment kommer att utföras för att underlätta förståelse i teorier.Lärandemål (efter fullgjord kurs ska studenten kunna)
Angående kunskap och förståelse,
1. Diskutera utmaningar och möjligheter i drift och kontroll av elsystem under omställningen till ett system med förnybara generation;
2. Förklara vad stödtjänster innebär och varför de behövs för att uppnå en stabil drift och styrning av elsystem;
3. Diskutera och reflektera över faktorer som påverkar nätets frekvens och nuvarande praxis att hantera frekvensvariation;
4. Förklara indikatorer för frekvenskvalitet och stabilitet, och olika leverantör samt systemets behov av frekvensstödtjänster;
5. Diskutera och reflektera om faktorer som påverkar nätspänning och nuvarande praxis av hantering av spänningsvariation;
6. Förklara den fysisk betydelsen av reaktiv effekt och förhållande mellan effektflöde och nätspänning;
7. Förklara egenskaper hos luftledningar och kablar samt funktionen av olika typer av krafttransformatorer;
Angående färdigheter i beräkningar och modelleringar
8. Simulera ett elsystem baserat på modeller av den s.k. swing-equation, generatorer och belastningar för att analysera frekvensvariation fenomen
9. Implementera och utvärdera olika frekvenskontrollstrategier;
10. Simulera ett elsystem med modeller av generatorer, långluftledningar, krafttransformator och belastningar för att analysera spänningsvariation och effektförluster;
11. Implementera och utvärdera olika spänning/reaktiveffekt stryningsstrategier;
12. Utföra beräkningar med fysisk storheter och med per unit;
13. Verifiera resultaten från datasimulation och labbtest med teoretiska beräkningar;
14. Använda relaterad teori för att analysera, förklara och reflektera om resultaten från datasimuleringar och laborativt arbete;
Angående mjuka färdigheter and etik
15. Samarbeta i en grupp med olika bakgrund i projekt och olika tillfällen genom hela kursen och kommunicera med varandra på ett effektivt sätt;
16. Argumentera för hållbara och etiska aspekter som behöver beaktas vid design, konstruktion och drift av elkraftsystem.
1. Diskutera utmaningar och möjligheter i drift och kontroll av elsystem under omställningen till ett system med förnybara generation;
2. Förklara vad stödtjänster innebär och varför de behövs för att uppnå en stabil drift och styrning av elsystem;
3. Diskutera och reflektera över faktorer som påverkar nätets frekvens och nuvarande praxis att hantera frekvensvariation;
4. Förklara indikatorer för frekvenskvalitet och stabilitet, och olika leverantör samt systemets behov av frekvensstödtjänster;
5. Diskutera och reflektera om faktorer som påverkar nätspänning och nuvarande praxis av hantering av spänningsvariation;
6. Förklara den fysisk betydelsen av reaktiv effekt och förhållande mellan effektflöde och nätspänning;
7. Förklara egenskaper hos luftledningar och kablar samt funktionen av olika typer av krafttransformatorer;
Angående färdigheter i beräkningar och modelleringar
8. Simulera ett elsystem baserat på modeller av den s.k. swing-equation, generatorer och belastningar för att analysera frekvensvariation fenomen
9. Implementera och utvärdera olika frekvenskontrollstrategier;
10. Simulera ett elsystem med modeller av generatorer, långluftledningar, krafttransformator och belastningar för att analysera spänningsvariation och effektförluster;
11. Implementera och utvärdera olika spänning/reaktiveffekt stryningsstrategier;
12. Utföra beräkningar med fysisk storheter och med per unit;
13. Verifiera resultaten från datasimulation och labbtest med teoretiska beräkningar;
14. Använda relaterad teori för att analysera, förklara och reflektera om resultaten från datasimuleringar och laborativt arbete;
Angående mjuka färdigheter and etik
15. Samarbeta i en grupp med olika bakgrund i projekt och olika tillfällen genom hela kursen och kommunicera med varandra på ett effektivt sätt;
16. Argumentera för hållbara och etiska aspekter som behöver beaktas vid design, konstruktion och drift av elkraftsystem.
Innehåll
Kursen fokuserar frekvens- och spännings-stödtjänster till elnätet och analysera fenomen som inträffas inom 15 minuter efter en störning i elsystemet. Kursen består av föreläsningar, övningar, data-baserad simulation projekt och labb-baserat projekt. 1L motsvarar en 2×45 min föreläsning.1. Omställning till ett elsystem drivs främst av förnybara energi [1L]
a. Uppdrag, utmaningar och möjligheter
b. Roll av olika elnät aktörer och behov av stödtjänster
c. Kursöversikt
2. Frekvensstödtjänster för att hantera osäkerhet i effekt-obalans [5L]
a. Varför varierar frekvens och varför spelar den någon roll?
b. Frekvens kvalitet och stabilitet indikatorer
c. Ramverk att hantera frekvensvariation
d. Köpare av frekvensreserver och implementering av styrning
e. Leverantörer av frekvensreserver
i. Vattenkraftverket och andra synkrongeneratorer
ii. Belastning
iii. Omriktare-baserade generatorer och energilager
3. Spänningsstödtjänster för att hantera långdistans-överföring av elektricitet [9L]
a. Varför varierar nätspänningen och varför spelar den någon roll? [1L]
b. Var påverkar nätspänningen? [4L]
i. Metoder att analysera nätspänning: visardiagram, fyrapoler-effektflödesekvationer
ii. Modell av krafttransformator och per unit system
iii. Modell av lång luftledning: distribuerad parameter och pi-modell
iv. Tunga och lätta belastningar: Vågimpedans belastning och Ferranti-effekt
4. Andra stödtjänster till elnät [2L]
a. Förlusterkompensering
i. Förluster i kraftledningar och krafttransformatorer
ii. Åtgärder för att minska förluster
b. Nät kapacitetsbrist och hantering
c. Dödnätsstarts förmågan
d. Andra systemtjänster
2. Frekvensstödtjänster för att hantera osäkerhet i effekt-obalans [5L]
a. Varför varierar frekvens och varför spelar den någon roll?
b. Frekvens kvalitet och stabilitet indikatorer
c. Ramverk att hantera frekvensvariation
d. Köpare av frekvensreserver och implementering av styrning
e. Leverantörer av frekvensreserver
i. Vattenkraftverket och andra synkrongeneratorer
ii. Belastning
iii. Omriktare-baserade generatorer och energilager
3. Spänningsstödtjänster för att hantera långdistans-överföring av elektricitet [9L]
a. Varför varierar nätspänningen och varför spelar den någon roll? [1L]
b. Var påverkar nätspänningen? [4L]
i. Metoder att analysera nätspänning: visardiagram, fyrapoler-effektflödesekvationer
ii. Modell av krafttransformator och per unit system
iii. Modell av lång luftledning: distribuerad parameter och pi-modell
iv. Tunga och lätta belastningar: Vågimpedans belastning och Ferranti-effekt
v. Spänningsberoende belastning: ZIP belastning
vi. Nätsstyrka: kortslutningskapacitet
c. Elnätskrav om spänningsstyrning och utbyte av reaktiveffekt [1L]
d. Princip av och apparater för spänningskontroll, och implementering av styrning [3L]
i. Vattenkraftverk och andra synkrongeneratorer med styrd magnetisering
ii. Krafttransformator med lindningskopplare
iii. Parallellkopplade kondensator och reaktor
iv. FACTS
v. Omriktare-baserade förnybara generatorer och energilagaringar
vi. Nätsstyrka: kortslutningskapacitet
c. Elnätskrav om spänningsstyrning och utbyte av reaktiveffekt [1L]
d. Princip av och apparater för spänningskontroll, och implementering av styrning [3L]
i. Vattenkraftverk och andra synkrongeneratorer med styrd magnetisering
ii. Krafttransformator med lindningskopplare
iii. Parallellkopplade kondensator och reaktor
iv. FACTS
v. Omriktare-baserade förnybara generatorer och energilagaringar
4. Andra stödtjänster till elnät [2L]
a. Förlusterkompensering
i. Förluster i kraftledningar och krafttransformatorer
ii. Åtgärder för att minska förluster
b. Nät kapacitetsbrist och hantering
c. Dödnätsstarts förmågan
d. Andra systemtjänster
Organisation
Kursen innehåller föreläsningar, övningar, projekthandledning och laborationer.Litteratur
Som kurslitteratur används i huvudsak nedan böcker:
[1] Prabha Kundur, Power System Stability and Control, McGraw-Hill, Inc., 1993
[2] Hadi Saadat, Power System Analysis, 3rd Edition, PSA Publishing, 2010
Böckerna kan köpas på Cremona (www.chalmersstore.se) i Kårhuset. Böckerna innehåller väsentligt material för kursen. Den ska emellertid inte betraktas som den enda informationen som krävs för att förbereda sig inför tentamen. Ytterligare material kommer att delas ut under föreläsningar och/eller göras tillgängligt på kursens hemsida.
Examination inklusive obligatoriska moment
Examinationen baseras på en skriftlig tentamen. Deltagande i laborationerna är obligatoriskt för att bli godkänd på kursen. Simulationsprojekt måste bli godkänd för att bli godkänd på kursen. Slutbetyget blir 5, 4, 3 eller U (Underkänd).Kursens examinator får examinera enstaka studenter på annat sätt än vad som anges ovan om särskilda skäl föreligger, till exempel om en student har ett beslut från Chalmers om pedagogiskt stöd på grund av funktionsnedsättning.