czwartek, 12.12.2019 - tydzień (P)arzysty
logoPolSl2019 2logoRE100
Wydział Elektryczny

Przewody doktorskie prowadzone na Wydziale Elektrycznym Politechniki Śląskiej

 
Tytuł:
Elektromagnetyczne stany przejściowe w liniach przesyłowych zasilających układy lokalne.
Doktorant:
Daria Agata Macha
Promotor:
prof. dr hab. inż. Paweł Sowa
Promotor pomocniczy:
--
Recenzenci:
dr hab. inż. Andrzej Kanicki, prof. PŁ - Politechnika Łódzka - recenzja 
prof. dr hab. inż. Jan Iżykowski - Politechnika Wrocławska - recenzja 
Dziedzina nauk technicznych:
Elektrotechnika
Data obrony rozprawy:
23 września 2019 r.
Data nadania stopnia:
23 września 2019 r.
Streszczenie:

 

Z końcem ubiegłego wieku nastąpiło przejście od modelu scentralizowanego energetyki do modelu rozproszonego uwzględniając również sektor wytwórczy. Podejście zdecentralizowane (źródła lokalne) staje się naturalną alternatywą podejścia systemowego (scentralizowanego), co wskazuje na nowe zagadnienia m.in. w obszarze niezawodności dostawy energii elektrycznej. Znaczna ilość odbiorców energii elektrycznej jest zasilana z sieci lokalnego podsystemu elektroenergetycznego.

Częstym rozwiązaniem jest połączenie lokalnego podsystemu z KSE linią (liniami) sprzęgającą. Na rys. 1 pokazano możliwy układ pracy lokalnych źródeł generacji zdecentralizowanej względem KSE, który może mieć wpływ na zmianę topologii systemu w sensie poszukiwania schematu zastępczego. Zasilanie Lokalnego Podsystemu Elektroenergetycznego (LPE) oraz pojedynczego Lokalnego Źródła Zasilania (LZZ) lub też grupy źródeł bezpośrednio na KSE są wariantami mogącymi aktywnie oddziaływać na topologię systemu w sensie poszukiwania schematu zastępczego. LPE mogą pracować niezależnie od KSE lub też współpracować na z góry określonych zasadach.

Rys.1

Rys. 1. Możliwy układ pracy lokalnych źródeł generacji zdecentralizowanej względem KSE

 

Poprawność otrzymanych wyników badań elektromagnetycznych zjawisk przejściowych jest możliwa do uzyskania przy zastosowaniu odpowiedniego modelu linii napowietrznej oraz właściwego odwzorowania elementów aparatury oraz urządzeń pierwotnych, do których można zaliczyć przekładniki napięciowe (pojemnościowe lub indukcyjne) oraz ograniczniki przepięć.

Prowadzenie badań elektromagnetycznych zjawisk przejściowych jest o tyle ważne, że powtarzalność przepięć pojawiających się w czasie zakłóceń (jednoczesnych czy też niejednoczesnych) stanowi dla aparatury pierwotnej zagrożenie. Ciągły rozwój energetyki rozproszonej staje się wyzwaniem dla sieci przesyłowej, w której coraz częściej dochodzi do podwyższenia napięcia znamionowego ze względu na włączenie źródeł rozproszonych. Nagła zmiana stanu pracy źródeł lokalnych może prowadzić do zmniejszenia marginesu wzrostu napięcia i doprowadzić do pojawienia się składowych swobodnych wyższych częstotliwości.

Analiza elektromagnetycznych zjawisk przejściowe oraz nadzór nad występującymi zniekształceniami harmonicznych napięć, jak również prądów, pojawiających się w sieci elektroenergetycznej wymaga przeprowadzania ciągłych pomiarów.

W sieci elektroenergetycznej, pomiary najczęściej wykonywane są przez zainstalowane w systemie przekładniki napięciowe, o właściwościach pomiarowych w zakresie częstotliwości składowych harmonicznych, które nie są uwzględniane przy określaniu amplitud poszczególnych harmonicznych. Zależnie od poziomu i charakteru widma zniekształceń występujących w rozpatrywanym układzie i rodzaju zainstalowanych przekładników napięciowych (pojemnościowych lub indukcyjnych) może skutkować wystąpieniem rozbieżności w uzyskiwanych wynikach. Eliminacja nieprawidłowości w układach z zainstalowanymi przekładnikami napięciowymi dla badania elektromagnetycznych zjawisk przejściowych stanowi kluczową kwestię, ze względu na fakt występowania w normalnych warunkach pracy napięcia podwyższonego, które wskutek zmian konfiguracyjnych lub wystąpienia zakłócenia może doprowadzić do przekroczenia wartości dopuszczalnych napięcia robocze. Zmniejszający się margines wzrostu napięcia w sieciach przesyłowych przy obecnym stanie systemu i ciągłym rozwoju energetyki rozproszonej może prowadzić do pogorszenia pracy stosowanych aparatów pierwotnych, zaś w zakresie działań restytucyjnych mogą prowadzić do nieprawidłowej pracy zabezpieczeń.

Rozwój energetyki rozproszonej powodujący rozbudowę oraz zmiany konfiguracyjne systemu elektroenergetycznego skłania do rozważań nad pojawiającymi się zakłóceniami zarówno jednoczesnymi jak i niejednoczesnymi mogącymi negatywnie oddziaływać na system. Poprawna transformacja strony pierwotnej napięcia na stronę wtórną napięciowych przekładników stosowanych w systemie przesyłowym pozwala na ciągła kontrole występujących zakłóceń. Prawidłowa praca przekładników uzależniona jest jednak od zjawisk towarzyszących występującym zakłóceniom. Poza tym również zbyt małe obciążenie linii przesyłowej może powodować znaczne odkształcenie przebiegów napięcia i występowanie składowych swobodnych wyższej częstotliwości ze względu na zmniejszenie tłumienia w obwodzie rezonansowym z indukcyjnością rozproszenia.

Elektromagnetyczne zjawiska przejściowe powstające na skutek zakłóceń takich jak m.in. zwarcia czy też słabe obciążenie sieci przy stosunkowo długich ciągach liniowych czy stosowaniu automatyki przeciwprzepięciowej bez względu na panujące warunki i budowę sieci, może skutkować wystąpieniem przepięć w przypadku napięciowych przekładników pojemnościowych lub też ferrorezonansu w przypadku zastosowania napięciowych przekładników indukcyjnych.

 

 

 

Tytuł:
Adaptacyjna wielokryterialna funkcja porównawcza napięcia dodawczego zabezpieczenia elektroenergetycznego transformatorowego przesuwnika fazowego.
Doktorant:
Tomasz Bednarczyk
Promotor:
prof. dr hab. inż. Adrian Halinka
Promotor pomocniczy:
dr inż. Mateusz Szablicki
Recenzenci:
prof. dr hab. inż. Piotr Kacejko - Politechnika Lubelska - recenzja 
prof. dr hab. inż. Jan Iżykowski - Politechnika Wrocławska - recenzja 
Dziedzina nauk technicznych:
Elektrotechnika
Data obrony rozprawy:
27 września 2019 r.
Data nadania stopnia:
27 września 2019 r.
Streszczenie:

 

Obserwowany rozwój systemów elektroenergetycznych (SEE) implikuje konieczność znacznego upowszechnienia istniejących i poszukiwania nowych narzędzi/środków umożliwiających operatorom SEE sterowanie przepływami mocy w sieci (szczególnie na poziomie sieci przesyłowej oraz dystrybucyjnej). Zapotrzebowanie to wynika głównie z rosnącego udziału niesterowalnych źródeł wytwórczych, tj.: farm wiatrowych i fotowoltaicznych, w produkcji energii elektrycznej. Brak lub ograniczone możliwości sterowania przepływami mocy mogą powodować przeciążenie obiektów sieciowych, a w konsekwencji wyłączenie fragmentu sieci. Szczególnie krytyczne znaczenie ma to w przypadku połączeń o dużych mocach wymiany, np. połączeń transgranicznych (pomiędzy SEE różnych państw). Dotychczas, na podstawie analizy wielu aspektów zarówno technicznych, jak i ekonomicznych, jako środek umożliwiający realizację postawionego zadania przyjęto stosować transformatorowe przesuwniki fazowe (TPF). W polskim SEE takie jednostki zainstalowane są m.in. na połączeniach z niemieckim i czeskim SEE. Z uwagi na wskazaną strategiczną ważność TPF stawia się szczególnie wysokie wymagania co do prawidłowej (niezawodnej) pracy elektroenergetycznej automatyki zabezpieczeniowej (EAZ) TPF.

Dotychczas stosowane funkcje zabezpieczeniowe dedykowane dla jednostek transformatorów energetycznych oraz TPF, tj. funkcje różnicowoprądowe 87T, 87S oraz podimpedancyjne 21S, 21L nie spełniają stawianych im wymagań. Dlatego też ważnym i zasadnym jest opracowanie koncepcji nowej funkcji zabezpieczeniowej dedykowanej do ochrony TPF, celem prawidłowej ochrony TPF przed skutkami zakłóceń zwarciowych oraz utrzymania stabilnej pracy w przypadku zakłóceń poza strefą ochrony.

W rozprawie przedstawiono koncepcję takiej funkcji zabezpieczeniowej. W ogólnym założeniu opracowana funkcja zabezpieczeniowa ma za zadanie identyfikować stan pracy TPF w celu detekcji zaistnienia zakłócenia zwarciowego w TPF – jako strefę ochrony (strefę działania funkcji) rozumie się całość TPF obejmującego transformator dodawczy TD i transformator szeregowy TS, w ograniczeniu do miejsc zainstalowania przetworników prądowych, z których pozyskiwane są sygnały wejściowe funkcji. Idea algorytmu pomiarowego polega na wyznaczaniu fazora składowej zgodnej różnicowej mocy pozornej ΔS1SL (przyjęto akronim PMR – pozorna moc różnicowa), stanowi to wielkość kryterialną funkcji. Natomiast idea algorytmu decyzyjnego polega na kontrolowaniu położenia na płaszczyźnie zespolonej końca tego fazora względem nastawionego obszaru działania charakterystyki działania funkcji. W sytuacji zaistnienia zakłócenia w strefa chronionej koniec tego fazora powinien znaleźć się w wewnątrz tego obszaru charakterystyki działania, co doprowadzi do pobudzenia zabezpieczenia i – w efekcie – do oczekiwanego wyłączenia TPF objętego zakłóceniem zwarciowym. Składowe wielkości kryterialnej są wyznaczane w sposób ciągły na podstawie obliczanych fazorów składowych zgodnych prądu różnicowego ΔI1SL oraz napięcia dodawczego ΔU1SL. Wartości obydwu wielości są korygowane (nadążnie adaptowane), z uwzględnieniem wartości odniesienia przesunięcia fazowego αSLodn oraz napięcia dodawczego ΔUSLodn.

Taki sposób wyznaczania wielkości kryterialnej pozwala na uwzględnienie specyfiki warunków pracy TPF, która stanowi duże wyzwanie dla dotychczas stosowanych układów EAZ TPF. W efekcie pozwala to na poprawną realizację zadania ochrony TPF przez skutkami zwarć, przy jednoczesnym braku niepożądanych nadmiarowych zadziałań podczas zwarć poza TPF i w stanie pracy bezawaryjnej (bezzakłóceniowej).

Opracowana koncepcja funkcji zabezpieczeniowej dedykowanej dla TPF stanowi istotne, nowe rozwiązanie dla EAZ TPF. Możliwe szybkie wdrożenie tej funkcji wydaje się szczególnie istotne w perspektywie zapowiadanych licznych inwestycji w TPF na rynku światowym i polskim.

 

 

Tytuł:
Analiza poprawy niezawodności wybranego obszaru elektroenergetycznej sieci dystrybucyjnej.
Doktorant:
Janusz Kurpas
Promotor:
prof. dr hab. inż. Paweł Sowa
Promotor pomocniczy:
--
Recenzenci:
dr hab. inż. Janusz Sowiński, prof. PCz - Politechnika Częstochowska - recenzja 
prof. dr hab. inż. Marian Sobierajski - Politechnika Wrocławska - recenzja 
Dziedzina nauk technicznych:
Elektrotechnika
Data obrony rozprawy:
25 września 2019 r.
Data nadania stopnia:
25 września 2019 r.
Streszczenie:

 

Rozprawa traktuje o zagadnieniach związanych z poprawą poziomu niezawodności sieci dystrybucyjnych dzięki zastosowaniu środków technicznych wyznaczonych po przeprowadzeniu analizy wg określonego algorytmu postępowania.

 

Cel rozprawy
Celem rozprawy jest przeprowadzenie kompleksowej analizy wpływu wybranych środków technicznych na poprawę poziomu niezawodności wybranego obszaru sieci dystrybucyjnej średniego napięcia poprzedzonej niezbędnymi analizami układowymi (zwarciowymi, rozpływowymi) dla wybranych scenariuszy pracy sieci jednego z krajowych OSD. Przeprowadzane analizy powinny umożliwiać dokonywanie oceny niezawodności pod kątem możliwości uzyskania oczekiwanych przez OSD parametrów niezawodności wybranego obszaru w sposób powtarzalny i uniwersalny.

 

Teza rozprawy
Istnieją adekwatne środki techniczne pozwalające na poprawę poziomu niezawodności badanego obszaru sieci dystrybucyjnej SN do zdefiniowanego poziomu, wyznaczone na podstawie powtarzalnej metody przeprowadzania analizy weryfikującej możliwość osiągniecia zadanych wskaźników SAIDI i SAIFI.

 

Zakres rozprawy
Zakres rozprawy obejmuje charakterystykę i ocenę obecnego układu pracy sieci SN na analizowanym obszarze, identyfikację i analizę przyczyn występujących zakłóceń, wskazanie możliwych metod ich ograniczenia oraz opracowanie wykazu działań – środków technicznych pozwalających na poprawę parametrów jakości dostarczanej energii elektrycznej i ograniczenie wskaźników niezawodności do poziomu wskazanego przez Operatora.

 

Uzyskane wyniki
Przeprowadzono analizę możliwości poprawy poziomu niezawodności dostaw energii elektrycznej dla rzeczywistego fragmentu sieci dystrybucyjnej oraz określono adekwatne środki techniczne, których wdrożenie umożliwia osiągnięcie zdefiniowanego przez Operatora poziomu niezawodności. Zaproponowano również tryb podejścia do przeprowadzania analizy – określając sekwencję poszczególnych kroków postępowania.

 

Na podstawie przeprowadzonych badań można wykazać, iż istnieje możliwość osiągnięcia zadanego poziomu niezawodności na analizowanym obszarze rzeczywistej sieci dystrybucyjnej dzięki wdrożeniu zbioru proponowanych środków technicznych, a zaproponowany sposób przeprowadzania analizy pozwala na jednoznaczną ocenę możliwości uzyskania przez OSD oczekiwanego poziomu niezawodności wyrażonego wskaźnikami SAIDI i SAIFI.

 

Tytuł:
Wybrane aspekty energochłonności instalacji elektrycznych w pojazdach.
Doktorant:
Bartłomiej Tworek
Promotor:
dr hab. inż. Barbara Kulesz
Promotor pomocniczy:
dr inż. Rafał Setlak
Recenzenci:
prof. dr hab. inż. Antoni Szumanowski - Politechnika Warszawska - recenzja 
dr hab. inż. Paweł Skruch - AGH w Krakowie - recenzja 
Dziedzina nauk technicznych:
Elektrotechnika
Data obrony rozprawy:
20 września 2019 r.
Data nadania stopnia:
20 września 2019 r.
Streszczenie:

Głównym celem pracy było opracowanie koncepcji rozbudowy instalacji elektrycznych i podzespołów współpracujących z systemem dystrybucji energii w pojazdach samochodowych, w szczególności idei zastosowania Sterownika Centralnej Dystrybucji Energii w połączeniu z szyną zasilającą. W początkowej fazie autor zbudował stanowisko pomiarowe oraz opracował program badań ukierunkowany na pomiar poziomu prądu w samochodowych obwodach elektrycznych. Doktorant opracował i zbudował oryginalny 10-kanałowy amperomierz, który został wykorzystany przy pracach pomiarowych.

Koncepcja decentralizacji źródeł zasilania obejmuje instalację elektryczną o dwóch podsystemach elektrycznych 12V i 48V. System ten powinien być zarządzany przez Sterownik Centralnej Dystrybucji Energii i korzystnie będzie, jeśli zostanie zastosowana szyna zasilająca montowana w płycie podłogowej jako główny tor dystrybucji energii. Rozwiązanie to jest zasadne pod kątem ograniczenia strat mocy oraz upraszcza topologię instalacji, przez co zwiększa niezawodność instalacji elektrycznej.

W ramach projektu autor opracował model Sterownika Centralnej Dystrybucji Energii. Stworzył specyfikację modularnej platformy, która może zostać dostosowana do instalacji o różnej konfiguracji w zależności od typów obwodów i współpracy z zewnętrznymi źródłami energii. Opracował także model oprogramowania dla sterownika zgodny z wielowarstwowym modelem AUTOSAR, który jest wykorzystywany dla systemów wbudowanych w przemyśle motoryzacyjnym.

Walidacja koncepcji została wykonana z wykorzystaniem metody wielokryterialnego rozwiązywania problemów decyzyjnych. Autor opracował model decyzyjny w oparciu o Analityczny Proces Sieciowy (ang. Analytic Network Process). Model ten oparł o hierarchiczną strukturę BOCR, w której są analizowane korzyści, możliwości, koszty i ryzyka podczas oceny nowej koncepcji instalacji elektrycznej. Podczas procesu oceny autor uwzględnił trzy typy instalacji elektrycznej: 12V, 12V/48V, 12V/48V z wykorzystaniem Sterownika Centralnej Dystrybucji Energii i szyny zasilającej. Korzystnym wariantem okazała się instalacja 12V/48V z integracją szyny zasilającej.