This page is only available in Swedish
TSFS17 Elkraftsystem, 6hp
Kursen gavs första gången hösten 2023 och vi jobbar på att förbättra kursdokumenten kontinuerligt under kursens gång.
Examinator, Kursansvarig och Föreläsare
Lars Eriksson, (lars.eriksson@liu.se)
Lektionsassistent
Amina Coric, (amina.coric@liu.se)
Kontakta oss om ni har några frågor eller funderingar.
Om Elkraftsystem
Elkraftsystemet är en viktig del av vårt samhälle och dess utveckling spelar en central roll i omställningen till ett hållbart energisystem. Elproduktion baserad på förnybara källor möjliggör ökad elanvändning för elektrifiering som eliminerar fossila bränslen. Detta innebär stora utmaningar för elkraftsystemet som behöver anpassas till den variabla produktionen från vindkraft och solel. Dessa produktionsslag ansluts till elnätet med kraftelektroniska omvandlare, som har andra egenskaper än synkrongeneratorerna i vatten- och kärnkraftverken och andra kraftverk som de ersätter. Det räcker därför inte att den förnybara elproduktionen levererar energi. Den måste också bidra med stödtjänster som är vitala för driften av elkraftsystemet. Till stödtjänsterna räknas förutom balanseringen av den variabla produktionen även frekvensreglering, tröghetsmoment (inertia), spänningsreglering med reaktiv effekt, felströmmar, återstart och ödrift. Vindkraft och solel har en kraftig inverkan på effektflödena i elnätet - inte bara genom sin variabilitet utan också genom sin geografiska placering. Detsamma gäller elektrifiering av transporter och andra nya typer av elförbrukning. Då utbyggnad av elnätet är förknippat med decennielånga ledtider är det viktigt att utnyttja befintlig kapacitet maximalt. Utökade mätningar i elnäten kombinerat med automatisk styrning gör detta möjligt. Alla dessa förändringar utmanar driften och planeringen av elsystemet, som inte kan göra avkall på elsäkerhet och tillförlitlighet. Elektrifieringen gör att vi behöver utbilda de ingenjörer som ska genomföra omställningen och sköta uppgradering och drift av komponenterna i det stora system som elkraftsystemet utgör.
Lärandemål och innehåll
Kursen ger både fördjupande och breddande kunskaper om elsystemet på lokal, regional, och nationell nivå. Det inkluderar en förståelse för hur elsystemet påverkas av en omfattande elektrifiering av stora delar av samhället, kombinerat med en ändrad elproduktionsmix. Kurs ger deltagaren följande färdigheter:
- Förståelse för vilka egenskaper olika komponenter i elsystemet har, och förmåga att utföra beräkningar på dessa komponenter.
- Förmåga att utföra beräkningar och analyser av elnätet.
- Förståelse för elnätsstabilitet och hur den påverkas av olika delar av elsystemet.
Kursens organisation
Undervisningen i kursen består av föreläsningar, lektioner, och laborationer och kursen examineras med en labbrapport (labb 1) och två labbredogörelser i samband med labb 2 & 3 och en skriftlig tentamen.
Schema
Kursens schema finns på timeedit. Labbarna är datorlaborationer där den första examineras med en rapport och andra examineras löpande i labbsalen.
Föreläsningar
Här nedan finns föreläsningsschemat och de bilder som vi tänkt visa i under föreläsningen. Föreläsningsbilderna modifieras under förberedelserna inför varje föreläsning och de uppdaterade föreläsningsbilderna görs tillgängliga strax före start av föreläsningen.
Fö | Lecture contents | OH |
---|---|---|
Fö1: | Kursintroduktion, elkraftens historia, repetition | OH 1 |
Fö2: | Kraftgenerering: Baskraft, Vatten, kärnkraft, värmekraftverk | OH 2 |
Fö3: | Kraftöverföring AC & HVDC | OH 3 |
Fö4: | Elnätsmodellering: Transmissionsnätet | OH 4 |
Fö5: | Elnätsstabilitet och elmarknaden | OH 5_1 OH 5_2 |
Fö6: | Elnätsmodellering: Distributionsnätet | OH 6 |
Fö7: | Förnybar elproduktion: (Elnätsperspektiv) | OH 7 |
Fö9: | Batterier och batteriteknologier | OH 9 |
Fö10: | Batterier som ellager: BMS och batteridynamik | OH 10 |
Fö8: | Elanvändning och trender (stål, serverhallar, e-mobilitet) (Hålls 13/12) | OH 8 |
Fö11: | Energilager och Vätgas | OH 11 Bränsleceller |
Fö12: | Gästföreläsning |
Övningar
Tabellen nedan visar övningarna. Varje övning har i år ett eget ark med uppgifter och uppdateringar kommer att läggas upp under kursens gång. Vi har tagit fram ett formelblad som kommer att bifogas med tentan, senast uppdaterat 6/1.
Lektions innehåll | Fil | |
---|---|---|
Le1: | Repetition, elektromagnetism | Övningar Lösningar |
Le2: | Kraftöverföring, impedanser och förluster | Övningar Lösningar |
Le3: | Transmissionsnätsmodellering | Övningar Svaren är lösningen. |
Le4: | Elnätsstabilitet | Övningar Lösningar |
Le5: | Eldistribution | Övningar Lösningar |
Le6: | Vind och sol som energikällor | Övningar Lösningar |
Le7: | Batterier | Övningar Lösningar |
Le8: | Elanvändning | Inflyttad i sista lektionen |
Le9: | Elektrobränslen vätgas (numrerad som 8) | Övningar Lösningar |
Laborationer
Kursen har tre laborationer som genomförs som datorlaborationer. Labb PM kommer att uppdateras under kursens gång. Labb 1 har skriftlig inlämning medan labb 2 & 3 redovisas och examineras i salen vid avslut.
Files | ||
---|---|---|
Lab1: | Inlämning 1: Simulering av transmissionsnätet. | Kompendium Labb1.zip |
Lab2: | Uppgift 2: Simulering av distributionsnätet. | Labb2.zip Matlab intro |
Lab3: | Inlämning 3: Analys av batteridata och BMS funktion. | Kompendium Labb1.zip |
Tentamen
En exempeltentamen har tagits fram, den är uppbyggd av lektionsuppgifter i kursens lektionsblad. Nu är ett färdigt lösningsförslag framtaget, hittar alltid några småsaker så hör av er om något är konstigt. Lösningarna och svaren finns även utspridda i de olika lektionsuppgifterna.
Nu har vi lagt upp tentan och facit till första tentamen.
Kurslitteratur
- Power System Analysis and Design, SI Edition, 7th Edition, Glover, J. Duncan / Overbye, Thomas / Sarma, Mulukutla / Birchfield, Adam (2022)