методы и средства научных исследований объектов

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО
ОБРАЗОВАНИЯ
«Сибирский Федеральный университет»
МЕТОДЫ И СРЕДСТВА НАУЧНЫХ
ИССЛЕДОВАНИЙ ОБЪЕКТОВ
ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ И
ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ
Учебно-методические указания
по самостоятельной работе студентов
Красноярск 2007
2
УДК658.26;621.31(07)
Э
Рецензенты:
Е.Б.Измайлов, В.И. Пантелеев, Е.Ю. Сизганова, А.Н.Филатов, Г.Н.Чистяков.
Методы и средства научных исследований объектов электроэнергетики и
электротехники. Учебно-методические указания по самостоятельной работе
студентов/ Красноярск: СФУ, 2007.
Предназначены для подготовки студентов по направлению 140200 –
«Электроэнергетика и электротехника» при изучении дисциплины
«Методы и средства научных исследований объектов электроэнергетики и
электротехники»
УДК 658.262.246621.31(07)
СФУ, 2007
3
Введение
Дисциплина является частью основной образовательной программы
подготовки магистров.Целью дисциплины является реализация уровневой
системы высшего профессионального образования в направлении подготовки
140200 – Электроэнергетика и электротехника в части углубленного
профессионального образования, позволяющего выпускнику успешно
работать в избранной сфере деятельности, обладать универсальными и
предметно-специализированными компетенциями, способствующими его
социальной мобильности и устойчивости на рынке труда.
Самостоятельная работа студентов по дисциплине состоит из
самостоятельного изучения разделов теоретического курса, выполнения
индивидуальных заданий по практическим занятиям, подготовки к
выполнению и защите лабораторных работ. Теоретический курс разделен на
3 модуля, в соответствии с которыми разделены также практические и
лабораторные занятия. График самостоятельной работы студентов приведен
в Приложении.
I. Объем и структура дисциплины
Вид учебной работы
Общая трудоемкость дисциплины
Аудиторные занятия:
лекции
лабораторных работ (ЛР)
практические занятия (ПЗ)
Самостоятельная работа:
изучение теоретического курса (ТО)
расчетные задания
Вид итогового контроля (зачет,
экзамен)
Всего
часов
144
68
34
17
17
76
36
40
Семестр
144
68
34
17
17
76
36
40
Зачет, Экзамен
4
II.
Указания к самостоятельной работе по модулю 1
1. Содержание тем лекционного курса
МОДУЛЬ 1
Раздел 1. Общие сведения об объектах научных исследований в
электроэнергетике и электротехнике.
Тема 1. Основные понятия и определения (Аудиторных занятий 3 часа,
самостоятельной работы 3 часа)
Тема 2. Цели и задачи научных исследований (Аудиторных занятий 1
час, самостоятельной работы 1 час)
Раздел 2. Теоретические и экспериментальные математические модели
объектов в электроэнергетике и электротехнике.
Тема 3. Математические модели электрических систем (Аудиторных
занятий 5 часов, самостоятельной работы 5 часов)
Тема 4. Математические модели элементов электрических систем
(Синхронных и асинхронных электрических машин, линий электропередачи,
трансформаторов, реакторов, электротехнологических установок и средств
компенсации реактивных нагрузок). (Аудиторных занятий 5 часов,
самостоятельной работы 5 часов)
2. Задание на самостоятельную работу по теоретическому курсу
Наименование модуля,
срок его реализации
Модуль 1.
1-7 недели
Перечень Перечень Перечень
тем лекций
ЛР
ПЗ
Тема:
1,2,3,4
1,2
1,2,3,4
Перечень СР, их конкретное
наполнение
Конспект теоретического
материала по темам:
1,2,3,4,
расчет параметров м.м.
Самостоятельно изучить темы с помощью основной и дополнительной
литературы, указанной в разделе VI - 6 часов. Форма отчета – конспект по
темам в объеме не более 12 стр
5
3. Наименование тем практических занятий по разделу 1
№ № раздела
п/ дисциплины
п
1. Раздел 1
Раздел 2
2.
3.
4.
Наименование практических занятий,
объем в часах
Теоретические математические модели элементов электрических систем. 2 ч
Теоретические математические модели электрических систем. 2 ч
Производственные экспериментальные модели электрических систем. 2 ч
Имитационные математические модели электрических систем. 2 ч
4. Задание по практическим занятиям
Выполнить индивидуальные задания по темам практических занятий
№ 1-4 –8 часов. Форма отчета – решенные задачи по этим темам (варианты
задач задаются преподавателем по окончанию каждого занятия).
Методические указания и примеры решения задач приведены в /…/.
Разработать
теоретические
ММ:
трансформатора
с
РПН,
трансформатора с ПБВ, кабельной линии, воздушной линии, АД, СД и
экспериментальная ММ СД (10).
Составть алгоритмы (7 шт) и программы (7 шт) для ПВМ
Разработать
теоретические
и
экспериментальные
модели
электрических систем (10).
Составить алгоритм (1 шт) и программу (1 шт) для ПВМ
5. Наименование лабораторных работ
№ № раздела
Наименование лабораторных работ,
п/ дисциплины
объем в часах
1. Раздел 2
Разработка программы вычисления параметров состояния синхронного двигателя. 3 ч.
2.
Разработка программы расчета параметров состояния электрической системы. 3 ч.
6
6. Задание по лабораторным работам по разделу 1
Подготовиться к выполнению, а затем к защите лабораторных работ №
1,2 - 6 часов. Форма отчета – готовые отчеты по лабораторным работам.
III.
Указания к самостоятельной работе по модулю 2
1. Содержание тем лекционного курса
МОДУЛЬ 2
Раздел 3. Планирование эксперимента
Тема 5. Оценка параметров линейных регрессионных моделей
Тема 6. Оценка параметров нелинейных регрессионных моделей
Тема 7. Планирование экстремального эксперимента
Тема 8. Планирование эксперимента по проверке гипотез
Тема 9. Планирование натурных и имитационных экспериментов
Раздел 4. Анализ данных
Тема 10. Регрессионный анализ. Метод наименьших квадратов
Тема 11. Дисперсионный анализ
Тема 12. Оценка значимости уравнения регрессии. Оценка значимости
коэффициентов уравнения регрессии
Тема 13. Основы корреляционного анализа
Тема 14. Доверительные интервалы. Построение доверительных интервалов
линии регрессии
2. Задание на самостоятельную работу по теоретическому курсу.
2
Модуль 2.
8-14
недели
Конспект теоретического материала по теТема: 5,6,7,8, мам: 7,8,9,10,11
9, 10, 11, 12, План эксперимента, имитационное моделирование, статистическая обработка результа13, 14
тов эксперимента
Самостоятельно изучить темы с помощью основной и дополнительной
литературы, указанной в разделе VI - 6 часов. Форма отчета – конспект по
темам в объеме не более 12 стр
7
3. Наименование тем практических занятий по разделу 2
№
№ раздела
п/ дисциплины
5. Раздел 3
6. Раздел 4
7.
Наименование лабораторных работ,
объем в часах
Планирование производственных и имитационных экспериментов. 2 ч
Обработка и анализ результатов экспериментальных
исследований. 2 ч
Регрессионный и дисперсионный анализ данных. Оценка значимости и построение доверительных интервалов.
2ч.
4. Задание по практическим занятиям
Выполнить индивидуальные задания по темам практических занятий
№5-7– 6 часов. Форма отчета – решенные задачи по этим темам (варианты
задач задаются преподавателем по окончанию каждого занятия).
Методические указания и примеры решения задач приведены в /9/.
Составить план экспериментального исследования режима работы СД
(4). План (1 шт) и программа (1 шт) для ПВМ
Составить план экспериментального исследования режима работы
электрической системы (4). План (1 шт) и программа (1 шт) для ПВМ
Разработать алгоритм (1 шт) и программу (1 шт) для ПВМ оценки
коэффициентов регрессионных моделей элементов методом наименьших
квадратов (2).
Разработать алгоритм (1 шт) и программу (1 шт) для ПВМ оценки
коэффициентов регрессионных моделей электрической системы в целом
методом наименьших квадратов (2).
5. Наименование лабораторных работ
№
п/п
№ раздела
дисциплины
3 Раздел 3
4
5 Раздел 4
Наименование лабораторных работ,
объем в часах
Планирование эксперимента для построения статических характеристик синхронного двигателя, 2 ч.
Планирование эксперимента для построения характеристик электрической системы, 2 ч.
Нахождение коэффициентов модели методом наимень-
8
ших квадратов 2 ч.
Дисперсионный анализ результатов экспериментов 1ч.
Построение доверительного интервала линии регрессии 1 ч.
6
7
6. Задание по лабораторным работам
Подготовиться к выполнению, а затем к защите лабораторных работ №
3, 4, 5, 6, 7 – 5 часов. Форма отчета – готовые отчеты по лабораторным
работам.
IV.
Указания к самостоятельной работе по модулю 3
1.
Содержание тем лекционного курса
МОДУЛЬ 3
Раздел 5. Классификация состояний электрических систем.
Тема 15. Принципы классификации состояний.
Тема 16. Методы классификации состояний.
Тема 17. Методы распознавания состояний.
№ п/п
2. Задание на самостоятельную работу по теоретическому курсу
3
НаименоваПерение модуля,
Перечень Перечень тем
срок его
ЛР
чень ПЗ
лекций
реализации
Модуль 3.
15-17
недели
Тема:
15,16,17
8
8
Перечень СР, их конкретное
наполнение
Конспект теоретического материала по темам:
14,15,
разработка
программ
классификации и распознавания
9
Самостоятельно изучить темы с помощью основной и дополнительной
литературы, указанной в разделе VI - 6 часов. Форма отчета – конспект по
темам в объеме не более 12 стр
3. Наименование тем практических занятий
№
п/
№ раздела
дисциплины
8. Раздел 5
Наименование практических занятий,
объем в часах
Методы классификации и распознавания состояний
электрических систем. 3ч.
4. Задание по практическим занятиям
Выполнить индивидуальное задание по темам практических занятий
№ 8 – 5 часов. Форма отчета – решенные задачи по этим темам (варианты
задач задаются преподавателем по окончанию каждого занятия)/
Методические указания и примеры решения задач приведены в /9/.
Разработать алгоритм (1 шт) и программу (1 шт) для ПВМ
классификации состояний электрических систем (4).
Разработать алгоритм (1 шт) и программу (1 шт) для ПВМ
распознавания состояний электрических систем (4)
5. Наименование лабораторных работ по разделу 3
а) Лабораторная работа №6 Компенсация реактивных нагрузок в
системах электроснабжения промышленных предприятий (2 часа);
б) Лабораторная работа №7. Исследование и компенсация высших
гармоник тока и напряжения в распределительных электросетях (3 часа)
6. Задание по лабораторным работам по разделу 3
№ № раздела
Наименование лабораторных работ,
п/ дисциплины
объем в часах
Разработка программы классификации и распознавания состоя8 Раздел 5
ний электрической системы 3ч.
10
Подготовиться к выполнению, а затем к защите лабораторной работы
№ 8 - 5 часов по /8/. Форма отчета – готовые отчеты по лабораторным
работам.
VI. Основная и дополнительная литература для самостоятельной
работы
Основная
1. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента
при поиске оптимальных условий. М.: Наука, 1976
2. Монтгомери Д. К. Планирование эксперимента и анализ данных. Л.: Судостроение, 1980. 384 с.
3. Джонсон Н. Лион Ф. Статистика и планирование эксперимента в технике
и науке: Методы планирования эксперимента. М.: Мир, 1981. 520 с.
4. Гусейнов Ф.Г., Мамедяров О.С. Планирование эксперимента в задачах
электроэнергетики.- М.: Энергоатомиздат, 1988.- 151с.
5. Ермаков С.М., Жиглявский А.А. Математическая теория оптимального
эксперимента: Учеб. Пособие.- М.: Наука. Гл. ред. Физ.-мат. Лит., 1987.320с.
6. Нейлор Т. Машинные имитационные эксперименты с моделями экономических систем/Пер. с англ. М.: Мир, 1975.- 502с.
7. Электрические системы, т.1. Математические задачи электроэнергетики.
Под ред. В.А.Веникова. Учебн. пособие для электроэнерг. Вузов. М.,
"Высш. школа", 1970., 336 с. с ил.
8. Передача и распределение электрической энергии: А.А.Герасименко, В.Т.
Федин. – Ростов-н/Д.: Феникс, Красноярск: Издательские проекты, 2006. –
720 с. (Серия "Высшее образование")
9. Управление режимами реактивной мощности и напряжения промышленного предприятия.: науч. Издание /В.И.Пантелеев, А.Н.Филатов. Красноярск, ИПЦ КГТУ, 2005. 125 с.
10. Шеннон Р. Имитационное моделирование систем.- Искусство и наука.М.: Мир, 1978.- 417с.
Дополнительная
1. Вознесенский В.А. Статистические методы планирования эксперимента в
технико-экономических исследованиях. М., 1974.
11
2. Налимов В.В. Теория эксперимента. М., 1971.
3. Хартман К., Лецкий Э., Шефер В. Планирование эксперимента в исследовании технологических процессов. М., 1977.
4. Планирование эксперимента. Библ. Указатель. М., 1969, 1972.
5. Афифи А.,Эйзен С. Статистический анализ. Подход с использованием
ЭВМ. – М.: Мир, 1982
6. Борисов Б.П., Вагин Г.Я. Электроснабжение электротехнологических установок. – К.: Наукова думка, 1985. – 248 с.
7. Борисов Р.И., Козырев В.Д., Литвак В.В. Учет качества напряжения при
проектировании и эксплуатации электрических сетей. – В кн.: Регулирование напряжения в электрических сетях. – М.: Энергия, 1968, с. 383 –
388.
8. Браверман Э.М., Мучник И.Б. Структурные методы обработки эмпирических данных. – М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы. 1983. – 464 с.
9. Веников В.А. Системный подход к проблемам электроэнергетических
систем. – Электричество, 1985, № 6, с. 1- 4.
10.Веников В.А., Суханов О.А. Кибернетические модели электрических систем. – М.: Энергоатомиздат, 1982. – 328 с.
11.Головкин Б.А. Машинное распознавание и линейное программирование. –
М.: Советское радио, 1973, 100 с.
12.Горелик А.Л., Скрипкин В.А. Методы распознавания: Учеб. Пособие. –
М.: Высш. шк., 1984. – 208 с.
13. Максимей И.В. Имитационное моделирование на ЭВМ.- М.: Радио и
связь, 1988.- 232с.
14. Мелентьев Л.А. Системные исследования в энергетике. Элементы теории,
направления развития. 2-е изд.- М.: Наука, 1983. – 454 с.
15. Поспелов Д.А. Принципы ситуационного управления. – Изв. АН СССР.
Техническая кибернетика, 1971, № 2, с. 10-12.
16. Поспелов Д.А., Пушкин В.Н. Мышление и автоматы. М., "Советское радио",
1972. – 143 с.
17. Распознавание. Классификация. Прогноз. Математические методы и их
применение. Выпуск 1. – М.: Наука, 1989. – 335 с.
12
13
14
15
16
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
I. Объем и структура дисциплины
II. Указание к самостоятельной работе по модулю 1
1.Содержание тем лекционного курса по модулю1
2.Задание на самостоятельную работу по теоретическому курсу.
3. Наименование тем практических занятий по модулю 1
4. Задание по практическим занятиям по модулю 1
5. Наименование лабораторных работ по модулю 1
6.Задание по лабораторным работам по модулю 1
III. Указание к самостоятельной работе по модулю 2
1.Содержание тем лекционного курса по модулю2
2.Задание на самостоятельную работу по теоретическому курсу.
3. Наименование тем практических занятий по модулю 2
4. Задание по практическим занятиям по модулю 2
5. Наименование лабораторных работ по модулю 2
6.Задание по лабораторным работам по модулю 2
IV. Указание к самостоятельной работе по модулю 3
1.Содержание тем лекционного курса по модулю3
2.Задание на самостоятельную работу по теоретическому курсу.
3. Наименование тем практических занятий по модулю 3
4. Задание по практическим занятиям по модулю 3
5. Наименование лабораторных работ по модулю 3
6.Задание по лабораторным работам по модулю 3
V. Основная и дополнительная литература для самостоятельной работы
Приложение 1
Приложение 2
Оглавление
Приложение 2
ГРАФИК
учебного процесса и самостоятельной работы студентов по дисциплине
Методы и средства научных исследований объектов электроэнергетики и электротехники
направления _________ , факультета __________ , ________ курса на __________ семестр
№
п/п
Наименование
дисциплины
1
Методы и
средства
научных
исследований
объектов
электроэнерге
тики и
электротехник
и
Семестр
Число аудиторных
занятий
Всего
9
68
По видам
Лекции – 34
Практически
е – 17
Лабораторн
ые – 17
Форма
контроля
экзамен
Часов на
самостоятельную
работу
Всего
По видам
ТО - 36
зачет
ЛР
76
КН
Недели учебного процесса семестра
1
ТО
РЗ
1
2
ТО
РЗ
2
3
ТО
РЗ
3
4
ТО
РЗ
4
5
ТО
ВЛР
1
6
ТО
7
ТО
ВЛР
2
ЗЛР
1
ЗЛР
2
КН1
8
ТО
РЗ
5
9
ТО
РЗ
6
10
ТО
РЗ
7
11
ТО
12
ТО
13
ТО
14
ТО
ВЛР
3
ЗЛР
3
ВЛР
4
ЗЛР
4
ВЛР
5
ЗЛР
5
ВЛР
6,7
ЗЛР
6,7
15
ТО
ЛР
8
16
ТО
17
ТО
ЗЛР
1
РЗ
8
КН2
ВТ
Условные обозначения: ТО – изучение теоретического курса; РЗ – расчетное задание; ВРЗ – выдача расчетного задания; СРЗ – сдача
расчетного задания; КР – курсовая работа; ВКР – выдача курсовой работы; СКР – сдача курсовой работы; КП – курсовой проект; ВКП –
выдача курсового проекта; СКП – сдача курсового проекта; РФ – реферат; ВРФ – выдача темы реферата; СРФ – сдача реферата; ЛР –
лабораторные работы; ВЛР – выполнение лабораторной работы; ЗЛР – защита лабораторной работы; КН – контрольная неделя
(аттестационная неделя); ВТ – входное тестирование по дисциплине.