Detail předmětu
Integrace OZE a EV do elektrizační soustavy
FEKT-BPC-IOEAk. rok: 2025/2026
Paradigma provozování elektrizační soustavy (ES) s připojováním a chováním uživatelů na jednotlivých úrovních distribučních soustav se mění. Přechod je možné charakterizovat: odklonem od centrálních zdrojů v přenosové soustavě (PS) k integrací distribuovaných zdrojů do VN a NN distribučních sítí (DS); integrací bateriový akumulačních systémů a prostředků elektromobility; instalací a provozem souvisejících technologií a zařízení v těchto soustavách pro plnění dílčích ekonomických a technických cílů uživatelů DS. S tím se ale také zásadně mění podmínky pro zajištění a udržování provozuschopnosti, elektromagnetické kompatibility (EMC) a kvality napětí (VQ – voltage quality) na jednotlivých hladinách DS a PS, ale i v dílčích celcích, kterými jsou komunitní a privátní sítě.
V předmětu jsou probírány koncepce a provoz ES s atributy prvků moderní energetiky (distribuovaná výroba, řízená spotřeba, bateriové úložiště, infrastruktura elektromobility apod.). V úvodní části je předmět zaměřen na popis vlastností a chování těchto dílčích komponent a zařízení, v relevantních provozních režimech a z pohledu rozhraní s AC sítí. V následujícím je vysvětleno a na příkladech ukázáno, jaké topologie a kompozice jsou na úrovních distribučních/ lokálních/ komunitních/ průmyslových a privátních sítí formovány, s vymezením výzev pro jejich provozuschopnost. Teoreticky jsou objasněny základy EMC a je demonstrována koordinace EMC v síťovém měřítku prostřednictvím ukazatelů kvality napětí. Za účelem určení chování systémových celků v elektrické síti jsou probírány způsoby matematického modelování. Jsou shrnuty požadavky na připojení jak z hlediska EMC, tak z pohledu požadavků na podporu provozu sítě. Nakonec, poznatky jsou aplikovány na vymezení správné systémová integrace všech prvků moderních elektro-energetických soustav pro zajištění provozuschopnosti a EMC, a to jak v síťovém, tak i ostrovním provozu.
Jazyk výuky
Počet kreditů
Garant předmětu
Zajišťuje ústav
Vstupní znalosti
Jsou požadovány znalosti na úrovni 2. ročníku z elektrotechniky, výroby elektrické energie, distribuce elektrické energie, výkonové elektroniky a elektrických strojů a přístrojů.
Práce v laboratoři je podmíněna platnou kvalifikací „osoby poučené“, kterou musí studenti získat před zahájením výuky. Informace k této kvalifikaci jsou uvedeny ve Směrnici děkana Seznámení studentů s bezpečnostními předpisy.
Pravidla hodnocení a ukončení předmětu
Výsledné hodnocení předmětu je dle planých pravidel FEKT. Požadavky na zakončení předmětu mohou být dle potřeb upravovány formou vyhlášky garanta předmětu vydané před zahájením semestru.
Bodové hodnocení se skládá z hodnocení dílčích testů, laboratorních cvičení a závěrečné zkoušky podle pravidel FEKT. Laboratorní cvičení jsou hodnocena na základě připravenosti na výuku a odevzdaných protokolů maximálně 32 body, minimum pro udělení zápočtu je 14 bodů. Součástí hodnocení je test prověřující získané znalosti ze cvičení, s maximálně 8 body a pro udělení zápočtu je minimum 4 body. Závěrečná zkouška je písemná nebo ústní (dle vyhlášky na daný rok), s maximálním počtem bodů 60, přičemž pro úspěšné složení je nezbytné dosáhnout alespoň 30 bodů.
Závěrečná zkouška je zaměřena na orientaci a znalosti v oblasti struktury, skladby a vlastností energetických soustav nových koncepcí, s integrací distribuovaných výroben, akumulačních systémů a infrastruktury pro elektromobilitu; principy, nástroje a prostředky pro zajištění provozuschopnosti a elektromagnetické kompatibility v těchto energetických soustavách.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu. Obecně je výuka nepovinná, vyjma laboratorní výuky, která je povinná. Řádně omluvené odůvodněně zmeškané laboratorní cvičení lze po domluvě s vyučujícím nahradit, dle možností, avšak v průběhu řádného semestru.
Učební cíle
Cílem předmětu je seznámit studenty s provozními aspekty integrace distribuované výroby – obnovitelných zdrojů a staničních/palubních bateriových akumulačních systémů do distribučních/lokálních/komunitních a privátních sítí, v synchronním paralelním i ostrovním provozu; a charakterizovat provozuschopná řešení.
Absolvent předmětu je schopen:
- charakterizovat síťové vlastnosti distribuovaných výroben, řízených zátěží, bateriových akumulačních systémů a napájecí/ nabíjecí infrastruktury elektromobilů/ elektrických vozidel,
- popsat jejich základní provozní režimy a vlastnosti,
- uvést topologie a specifika síťové infrastruktury od přenosové soustavy po komunitní a privátní sítě,
- vysvětlit aspekty a zásady provozuschopnosti synchronních paralelních a ostrovních provozů,
- aplikovat zásady elektromagnetické kompatibility na silové systémy a propojit ji s kvalitou napětí,
- určit míru rušivých vlivů, stanovit limity míry rušení a zajistit elektromagnetickou kompatibilitu,
- navrhnout funkční a správnou systémovou integraci distribuovaných výroben a staničních/ palubních bateriových akumulačních systémů do distribučních/ lokálních/ komunitních a privátních sítí.
Základní literatura
Tlustý, J., Švec, J., Bannert, P., Brettschneider, Z., Kocur, Z., Mareček, P., Sýkora, T. (2011). Návrh a rozvoj elektroenergetických sítí. Praha: České vysoké učení technické v Praze. 2011, 255 stran, ISBN 978-80-01-04939-6 (CS)
TOMAN, P.; DRÁPELA, J.; MIŠÁK, S.; ORSÁGOVÁ, J.; PAAR, M.; TOPOLÁNEK, D.; BOK, J.; NOVOTNÝ, J.; ŠKODA, J. Provoz distribučních soustav. 1. 1. Praha: České vysoké učení technické v Praze, 2011. 264 s. ISBN: 978-80-01-04935-8. (CS)
Zařazení předmětu ve studijních plánech
- Program BPC-EMU bakalářský 3 ročník, letní semestr, povinně volitelný
Typ (způsob) výuky
Přednáška
Vyučující / Lektor
Osnova
2. Základní charakterizace a klasifikace řešení, vlastností a chování komponent/zařízení (interface s AC sítí – výrobny, řízené zátěže, bateriové energetické systémy (BESS))
3. Základní charakterizace a klasifikace řešení, vlastností a chování komponent/zařízení (interface s AC sítí – nabíjecí infrastruktura elektromobilů/elektrických vozidel (EVC včetně V2G), městské a železniční trakční soustavy)
4. Síťová infrastruktura a topologie (přenosové – distribuční – lokální – komunitní – privátní sítě); synchronní paralelní a ostrovní provozy
5. Základy elektromagnetické kompatibility (EMC) silových systémů a kvality napětí
6. Přehled ukazatelů kvality napětí
7. Výpočtové modely sítí s distribuovanou výrobou (FV výrobny apod.) a řízenou spotřebou (BESS, EVC/V2G apod.)
8. Koordinace EMC, alokace emisních limitů, požadavky na podporu sítě (legislativa, normy)
9. Systémová integrace pro zajištění provozuschopnosti a EMC (síťové i ostrovní provozy)
10. Výrobny, řízená spotřeba
11. BESS, EVC
12. Modelové systémy a soustavy – provoz, hodnocení provozu
13. Observabilita systému, měřicí a monitorovací prostředky a infrastruktura
Cvičení s počítačovou podporou
Vyučující / Lektor
Osnova
2. Výpočty pro charakterizaci zařízení; statické dynamické parametry a charakteristiky odběru/dodávky – (ne)řízené zátěže
3. Výpočty pro charakterizaci zařízení; statické dynamické parametry a charakteristiky odběru/dodávky – staniční/palubní(automobilové) bateriové systémy
4. Výpočty/simulace emisí a určení emisních limitů
5. Modelování komplexních soustav a simulace provozu
6. Modelování komplexních soustav a simulace provozu
7. Hodnocení provozu – emise a kvalita napětí
Laboratorní cvičení
Vyučující / Lektor
Osnova
2. FV střídače, provozní režimy, podpora soustavy
3. Síťový provoz prosumera (výrobna, BESS, spotřeba), kvalita elektřiny a napětí
4. Ostrovní provoz s elektromobilem (V2L)
5. Síťový provoz elektromobilu (V2G)
6. Kooperace elektromobilu (V2G) s místní soustavou, kvalita elektřiny a napětí.