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:

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.

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