ro en

Электронный журнал №1-2(41) 2019

"ПРОБЛЕМЫ РЕГИОНАЛЬНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ (специальный выпуск)"

СОДЕРЖАНИЕ

0	МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ “ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ И КОМПЬЮТЕРНЫЕ СИСТЕМЫ: ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА” ЭЛТЕКС-2019
1	Математическое моделирование новых алгоритмов защиты от однофазных замыканий на землю в компенсированной электрической сети Авторы: Сивокобыленко Виталий Федорович, Лысенко Виктор Анатолиевич Донецкий Национальный Технический Университет, Покровск, Украина
	Аннотация: Распределительные сети среднего напряжения в Украине, как и во многих других странах, для уменьшения токов замыкания на землю и повышения надежности работают преимущественно в режиме резонансно заземленной нейтрали. Цель работы состоит в разработке новых алгоритмов селективной защиты от замыканий фазы на землю в системах электроснабжения напряжением 6-35 кВ, в которых из-за влияния дугогасящего компенсирующего реактора (катушки Петерсена) не обеспечивается селективное действие традиционных устройств защиты. Исследования с помощью разработанной математической модели сети показало, что на частотах 200-400 Гц катушка Петерсена практически не уменьшает емкостный ток в поврежденном присоединении при замыкании фазы на землю, в отличие от того, как это имеет место на частоте 50 Гц. Таким образом, поставленная цель достигается путем использования токов и напряжений частотой 300 Гц для определения направления реактивной мощности. Составляющие упомянутой частоты выделяют из токов и напряжений нулевой последовательности с помощью полосовых частотных фильтров. Научная новизна заключается: в определении направления реактивной мощности не только с помощью сигналов токов и напряжений после фильтров, но и их производных, что значительно улучшает чувствительность и стабильность работы реле; в исполнении фильтров управляемыми в зависимости от мгновенных значений амплитуды напряжения нулевой последовательности, за счет чего обеспечивается устойчивость фильтров; в исполнении реле защиты с двумя каналами для получения постоянного, вместо пульсирующего, сигнала на входе выходного органа. Эффективность разработанной защиты подтверждена результатами математического моделирования, испытаниями на лабораторном стенде и проверкой работы при подаче натурных сигналов, записанных регистраторами в реальных сетях.
	Ключевые слова: система электроснабжения, компенсированная электросеть, математическая модель, цифровой фильтр, замыкания фазы на землю, катушка Петерсена. DOI: https://doi.org/ 10.5281/zenodo.3239135
2	Моделирование начальной остойчивости плавучего дока для задач стабилизации крена и дифферента Авторы: Кондратенко Ю.П.1, Топалов А.Н.2, Козлов А.В.2 1 Черноморский национальный университет имени Петра Могилы, Николаев, Украина 2Национальный университет кораблестроения имени адмирала Макарова, Николаев, Украина
	Аннотация: Целью работы является разработка и исследование математической модели начальной остойчивости плавучего дока для решения задач стабилизации крена и дифферента. Поставленная цель достигается благодаря разработки модели, которая позволяет рассчитывать изменение параметров начальной остойчивости плавучего дока (с судном и без) при различных значениях осадки. Новизна работы состо-ит в исследования начальной остойчивости реального плавучего дока с помощью разработанной авто-рами имитационной модели в программном комплексе FREE!SHIP Plus, предназначенном для моделиро-вания обводов плавучих сооружений и судов по технологии NURBS с целью определения показателей статики, ходкости и других параметров гидродинамики. На основе имитационной модели, учитывающей реальные размеры и нелинейность поверхностей плавучего дока и судна, рассматривается операция погружения плавучего дока. На каждом этапе погружения при определённой осадке рассчитываются параметры начальной остойчивости плавучего дока, а именно значения: поперечной и продольной ме-тацентрических высот, центры величины, центры тяжести, массовое водоизмещение. Также учтены по-правки поперечной и продольной метацентрических высот вследствие изменения массы жидкости в бал-ластных танках и влияния её свободной поверхности. На основе полученных результатов моделирова-ния рассчитаны зависимости: а) моментов от угла крена и дифферента при различных значениях осадки, б) моментов крена и дифферента от осадки при различных значениях крена и дифферента, в) углов крена и дифферента от уровня заполнения соответствующих танков. Значимость результатов состоит в том, что полученные зависимости могут быть использованы для дальнейшей разработки системы стабилиза-ции крена и дифферента приведенного плавучего дока путем учета перераспределения жидкости среди балластных отсеков. Разработанную математическую модель начальной остойчивости целесообразно использовать в дальнейших исследованиях при проектировании и настройке высокоэффективных систем стабилизации крена и дифферента плавучих доков различных классов.
	Ключевые слова: плавучий док; начальная остойчивость; крен; дифферент; компьютерное моделирование. DOI: https://doi.org/10.5281/zenodo.3239200
3	Диагностирование линейных систем в пространстве состояний Авторы: Верлань А. Ф.1, Положаенко С. А.2 1Институт проблем моделирования в энергетике НАН Украины им. Г. Е. Пухова. Киев, Украина 2Одесский национальный политехнический университет. Одесса, Украина
	Аннотация: Выполнен анализ состояния проблемы обеспечения качества и исправного функционирования электро-технических систем и устройств, который показал, что должна рассматриваться не только полная реа-лизуемость текущего контроля их работоспособности на стадиях производства и эксплуатации, но и обеспечение потенциальной возможности диагностирования разрабатываемых систем и устройств ‒ на стадии проектирования. При этом отмечена ограниченность имеющегося методического обеспечения по проведению диагностических экспериментов и указано, что возможное решение данной проблемы со-стоит в применении для диагностирования на всех этапах жизненного цикла (в частности, проектирова-ния, изготовления и эксплуатации) контролируемых систем и устройств модельно-ориентированных методов, позволяющих покрыть дефицит измерительной информации в ходе моделирования их схем с использованием соответствующих моделей. Цель выполненного в работе исследования состоит в даль-нейшем развитии модельно-ориентированных методов диагностирования технического состояния элек-тротехнических систем и устройств, что достигается формализацией задачи и разработкой конструк-тивных алгоритмов локализации неисправных подсистем в пространстве состояний. В связи с эти пред-ложен метод диагностирования линейных систем (устройств), обеспечивающий проверку гипотез о ра-ботоспособности при их описании (суть ‒ представлении модели) в пространстве состояний. В отличие от имеющихся, метод позволяет, при проведении диагностического эксперимента, избегать измерений потенциалов в узлах, выделенных (локализованных) подсхем. Действие предложенного метода распро-страняется на подсистемы с независимым наблюдением и независимым управлением. В первом случае ‒ это такие подсистемы, изменение состояния которых (в отдельности, при возникновении неисправности) не влияет на состояние, т. е. выходные сигналы, других подсхем. Во втором случае ‒ это такие подсистемы, для которых изменение входных сигналов (для каждой в отдельности) не влияет на выходные сигналы других подсхем. Прикладные возможности метода в инженерной практике проиллюстрированы примером.
	Ключевые слова: : диагностирование, метод диагностирования, гипотеза о работоспособности, модель, локализация не-исправной подсистемы. DOI: https://doi.org/10.5281/zenodo.3239162
4	Исследование автомата с программируемой логикой в составе цифровой информационно-управляющей системы на FPGA Авторы: Баркалов А.А.1, Титаренко Л.А.1-2, Зеленева И.Я.3, Грушко С.С.3 1Университет Зеленогурский, Зеленая Гура, Польша 2Харьковский национальный университет радиоэлектроники, Харьков, Украина 3Запорожский национальный технический университет, Запорожье, Украина
	Аннотация: Целью данных исследований является поиск эффективного способа реализации алгоритма управления, как важной функциональной части информационно-управляющих компьютерных систем. Критерием поиска служит условие наименьших затрат внутренних ресурсов кристалла ПЛИС при имплементации схемы устройства управления. Минимизация аппаратурных затрат является важным фактором при проектировании аппаратной части современных информационно-управляющих систем, так как обеспечивает возможность миниатюризации габаритов, способствует повышению надежности за счет уменьшения числа межсоединений, а также обеспечивает возможность компактного расположения различных составляющих системы, что особенно актуально при использовании технологии проектирования «система-на-кристалле». В составе цифровых информационно-управляющих систем важное место занимает устройство управления. В работе выполнен сравнительный анализ способов реализации устройства управления в виде автоматов с жесткой и программируемой логикой. Определены их достоинства и недостатки в соответствии с особенностями алгоритмов информационно-управляющих систем. Показано, что модель управляющего автомата с программируемой логикой более соответствует особенностям указанных алгоритмов, чем модель автомата с жесткой логикой. Цель данных исследований достигнута за счет предложенного способа имплементации схемы автомата с программируемой логикой с использованием встроенной памяти микросхем FРGA и ProASIC. Приведены результаты исследований, которые подтверждают эффективность данного способа. Главным результатом является значительное сокращение числа использованных LUT при имплементации схемы. Экспериментальные данные получены для микросхем ведущих мировых фирм-производителей – Xilinx, Altera/Intel, Microsemi. Исследования выполнены на основе алгоритма управления бортовым вычислительным комплексом.
	Ключевые слова: алгоритм управления, цифровая информационно-управляющая система, автомат с программируемой логикой, ПЛИС FPGA, встроенная память. DOI: https://doi.org/10.5281/zenodo.3239172
5	Регуляторы с дробным порядком интегрирования и дифференцирования в контуре скорости вентильно-реактивного двигателя Авторы: Бушер В. В., Горошко В. В. Одесский национальный политехнический университет, Одесса, Украина
	Аннотация: Исследована система управления скоростью вентильно-реактивного двигателя, особенностью которого из-за явнополюсной конструкции и импульсного питания обмоток является насыщение магнитной системы. Описание двигателя с помощью дифференциальных уравнений целого порядка и применение стандартных ПИД-регуляторов приводит к возникновению существенных погрешностей и снижению точности управления. Цель работы – оптимизация динамических и статических режимов с помощью дробных интегрально-пропорциональных регуляторов. Достижение цели обеспечено за счет решения задачи идентификации вентильно-реактивного двигателя моделью, построенной на базе дифференциальных уравнений дробного порядка, которые позволяют учесть нелинейные зависимости магнитного потока и крутящего момента так, что объект ведет себя подобно линейному. Тогда становится возможным синтез регуляторов с дробным порядком интегрирования и дифференцирования на основании стандартных методов теории автоматического управления. В результате исследований получена дробно-апериодическая модель порядка 0.7, параметры которой определены с помощью генетических алгоритмов. Приведены зависимости коэффициента усиления и постоянной времени от величины приложенного напряжения, которые используются для коррекции параметров регулятора в зависимости от величины задания скорости. Сопоставлено поведение замкнутой системы при настройках контура скорости на модульный оптимум и астатизм порядка Проведено моделирование с вентиляторной нагрузкой при разных приложенных напряжениях и постоянных углах включения и выключения (7.5 ° и 22.5 ° соответственно). Важно, что наилучшие показатели переходных процессов (минимальное время первого согласования, перерегулирование не более 2 %) обеспечивают регуляторы с дробно-интегральными составляющими при настройке системы с дробным порядком астатизма 1.7. Значимость результатов заключается в том, что синтез дробно-интегрирующих регуляторов с использованием динамической модели двигателя на базе дифференциального уравнения дробного порядка обеспечивает высокое качество системы, недостижимое с помощью классических ПИД-регуляторов.
	Ключевые слова: вентильно-реактивный двигатель, дробное исчисление, регулятор с дробным порядком, идентификация параметров, дробный астатизм, генетический алгоритм. DOI: https://doi.org/10.5281/zenodo.3239166
6	Численно-полевой расчет моментной угловой характеристики трехфазного индуктора магнитного поля электромагнитного перемешивателя для обработки разнородных смесей Авторы: Милых В.И., Шилкова Л.В. Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт» Харьков, Украина
	Аннотация: Оценка возможности применения электромагнитных перемешивателей разнородных смесей в различных технологических процессах требует исследования их работы под нагрузкой. Рабочий режим перемеши-вателей обеспечивается ферромагнитными элементами игольчатого типа, движущимися внутри цилин-дрической рабочей камеры под воздействием вращающегося магнитного поля. Это поле возбуждается трехфазным индуктором, эффективность работы которого может прогнозироваться путем анализа вели-чины и характера изменения электромагнитного момента, под воздействием которого происходит пере-мешивание смесей внутри рабочей камеры. Магнитное поле обеспечивает упорядоченность ферромаг-нитных элементов в рабочей камере индуктора, поэтому магнитная проницаемость в ней по продольной и поперечной осям становится разной. Благодаря анизотропии магнитных свойств композитной среды в рабочей камере возникают силовые воздействия на эту среду, и они основываются на силах магнитного натяжения, действующих на ферромагнитные элементы. Целью данной работы является представление методики расчета электромагнитного момента и определение его зависимости от углового смещения вращающегося магнитного поля индуктора. Решение задачи анализа работы индуктора в режиме нагрузки достигается численными расчетами магнитных полей. Проводится сравнение распределения магнитной индукции внутри рабочей камеры в режиме холостого хода и под нагрузкой, представлены картины распределения силовых линий магнитного поля в этих режимах, изложены принципы расчета моментной угловой характеристики трехфазного индуктора магнитного поля. Предложенная методика базируется на многопозиционных численных расчетах магнитных полей в программном пакете FEMM методом конечных элементов. Построение физико-геометрических расчетных моделей индуктора, рас-четы магнитных полей и получение угловой моментной характеристики автоматизированы с использо-ванием созданного скрипта Lua, встроенного в программу FEMM. Сравнительные расчеты моментных угловых характеристик сделаны при различных магнитных проницаемостях композитной среды в рабо-чей камере по взаимноперпендикулярным осям. Варьирование магнитных свойств среды позволяет оце-нить возможность использования электромагнитного перемешивателя для разных технологических опе-раций.
	Ключевые слова: электромагнитный перемешиватель, индуктор, магнитное поле, численно-полевые расчеты, электромаг-нитный момент, угловая характеристика, магнитная проницаемость, анизотропия. DOI: https://doi.org/10.5281/zenodo.3239174
7	Структура системы управления 4-х приводной силовой установкой для электрических транспортных средств Авторы: Осадчий В.В., Назарова Е.С., Брылистый В.В. Запорожский национальный технический университет, Запорожье, Украина
	Аннотация: Основной мировой тенденцией в автомобильной промышленности является существенное увеличение доли гибридных и электрических транспортных средств в общем объеме производства, а также расширение связанной с ними инфраструктуры. Одной из основных задач развития электрического транспортного средства является увеличение пробега без подзарядки и улучшения показателей управляемости и маневренности, а также безопасности пассажиров и условий перевозки груза. Увеличение пробега может быть достигнуто как за счет совершенствования аккумуляторной батареи, так и путем повышения энергоэффективности электропривода. Безопасность перевозки пассажиров и грузов в значительной степени зависит от управляемости транспортного средства. Поэтому актуальной задачей является повышение показателей управляемости и энергоэффективности электрического транспортного средствами с использованием электропривода. Целью работы является повышение управляемости транспортного средства путем применения 4-х приводной установки, позволяющей перераспределять крутящий момент между приводными колесами. Поставленная цель достигается за счет поддержания крутящих моментов приводных колес на максимально возможном уровне при данных условиях движения, а именно, скорости транспортного средства, угла поворота и коэффициента сцепления приводных колес с дорожным покрытием, что позволяет повысить управляемость и безопасность транспортного средства. В результате исследования сформулированы основные требования к системе автоматического управления силовой установки транспортного средства и получены аналитические выражения для определения максимального момента на колесе, учитывающие колею, базу, высоту центра масс и радиус поворота, обеспечивающие максимальное ускорение транспортного средства, исключая пробуксовку колес. Перераспределение момента между приводными колесами средствами автоматизированного электропривода с учетом полученных аналитических выражений позволяет повысить энергоэффективность транспортного средства по сравнению с механическим способом перераспределения момента за счет исключения потерь на торможение колес, на которых требуется снижение момента.
	Ключевые слова: автомобильная промышленность, автомобильное производство, электромобиль, система автоматического управления, крутящий момент, электропривод, полный привод, 4 двигателя. DOI: https://doi.org/10.5281/zenodo.3239150
8	Повышение эффективности отбора энергии источника постоянного тока Авторы: Мартынюк В.В., Косенков В.Д., Федула Н.В. Хмельницкий национальный университет г. Хмельницкий, Украина
	Аннотация: Проблема максимального отбора энергии важна во многих областях современной электротехники, таких как, в частности, солнечная и ветровая энергетика. Развитие современной возобновляемой энергетики требует разработки новых источников энергии, преобразователей и алгоритмов управления, которые обеспечивают высокую эффективность отбора энергии источников постоянного тока. Главной целью предложенной работы является определение точки максимальной мощности источника постоянного тока с нелинейными паразитными элементами. Цель достигается путем анализа дифференциального сопротивления и эквивалентных параметров цепи с источником постоянного тока. Как результат, рассматривается схема импульсного преобразователя с эквивалентным источником тока, который образован фотоэлектрическим модулем. Проблема максимального отбора энергии фотоэлектрического модуля связана с исследованием его нелинейности, которая определяет рабочие точки на вольт-амперных характеристиках при различных значениях освещенности и температуры. Нелинейность эквивалентного источника тока существенно влияет на потери энергии во внешних цепях, и поэтому должна учитываться в процессе разработки импульсных преобразователей, управляющих рабочими точками. Таким образом, дифференциальное сопротивление фотоэлектрического модуля исследовано с целью определения параметров режима максимальной мощности. Главным результатом исследований является модель, которая отличается от известных описанием зависимости между коэффициентом заполнения импульсов управления ключом преобразователя и параметрами эквивалентного входного источника тока в режиме точки максимальной мощности. Результаты моделирования подтверждены экспериментальным исследованием лабораторного макета. Представленная схема обеспечивает рабочую точку, близкую к точке максимальной мощности эквивалентного источника тока солнечной панели. Коэффициент заполенния импульсного сигнала управления преобразователя определяется непосредственно из модели эквивалентного источника тока с параметрами, аналитически оцененными исходя из освещенности и температуры солнечных элементов. Предложенный подход позволяет разрабатывать алгоритмы отслеживания точек максимальной мощности, основанные на оценке параметров источника эквивалентного тока, которые обеспечивают повышение эффективности отбора энергии.
	Ключевые слова: источник тока, потери энергии, нелинейность, солнечная панель, DC-DC преобразователь, дифференциальное сопротивление. DOI: https://doi.org/10.5281/zenodo.3239160
9	Метод уменьшения размера вектора термов для классификации текстовых документов по категориям Авторы: Голуб Т.В., Тягунова М.Ю. Запорожский национальный технический университет Запорожье, Украина
	Аннотация: Целью исследования, представленного в статье, была разработка метода для уменьшения времени, затрачиваемого на процесс оценки принадлежности документа отдельным категориям, с целью классификации текстовых документов. Данная цель достигается путем уменьшения размера вектора термов отдельных категорий. Для реализации процесса определения принадлежности документа отдельной категории на этапе обучения системы, согласно предложенному методу, выполняется расчет весовых коэффициентов термов для каждой категории классификации в отдельности. В результате анализа полученных данных термы отдельных категорий, весовые значения которых не превышают экспериментально определенное пороговое значение, исключаются из вектора термов отдельной категории путем приравнивания их к нулю. Данные термы не участвуют в дальнейшем процессе оценки принадлежности документа отдельной категории на этапе тестирования. В качестве исходных данных для проведения экспериментальной части были использованы опорный метод определения весовых значений термов TF-SLF, описанный в литературе, и предложенная авторами его модернизация по категориям согласно приведенному выше описанию CTFSLF. В результате применения предложенного метода уменьшился размер вектора характерных термов для каждой категории, вследствие чего, не смотря на увеличение времени на составление вектора термов по категориям, которое выполняется один раз, уменьшилось время на выполнение расчетов для определения принадлежности документа конкретной категории без потери качества классификации. Также, в связи с тем, что предложенный метод исключает часто используемые в текстах слова, из процесса предварительной обработки документа становится возможным исключить этап удаления стоп-слов из анализируемого текста. По этой же причине решается проблема опечаток и «слипшихся» слов в исходной, обучающей выборке. Таким образом, поставленную в начале цель исследования можно считать достигнутой.
	Ключевые слова: классификация текстов, стемминг, вектор термов, вес терма, TF-SLF. DOI: https://doi.org/10.5281/zenodo.3240216
10	Анализ технических и энергетических показателей многодвигательного электропривода для городского общественного транспорта Авторы: Войтенко В.А., Водичев В.А., Калинин А.Г. Одесский национальный политехнический университет Одесса, Украина
	Аннотация: Целью работы является анализ целесообразности применения многодвигательного электропривода вместо однодвигательного в городском транспортном средстве для обеспечения уменьшения потерь электрической энергии при движении по маршруту. Для достижения цели на математической модели выполнен расчет потерь энергии в однодвигательном и многодвигательном электроприводах автобуса с разным количеством тяговых асинхронных двигателей. Расчет проведен для наиболее характерных участков городского цикла движения автобуса: установившихся режимов движения с разными скоростями и переходных режимов ускорения. Для управления скоростью двигателей использован пропорциональный закон изменения напряжения на обмотке статора и частоты. Учтено изменение момента нагрузки двигателей транспортного средства из-за изменения силы трения качения колес при разном количестве перевозимых пассажиров. Учтено изменение нагрузки из-за сопротивления воздуха при изменении скорости движения. Новизна работы заключается в том, что впервые показано, что применение многодвигательного асинхронного электропривода позволяет уменьшить потери энергии в тяговых асинхронных электродвигателях при движении транспортного средства с постоянной скоростью и при разгоне при разном количестве перевозимых пассажиров. Причём, для получения экономии электроэнергии количество двигателей, используемых в многодвигательном электроприводе, должно меняться в зависимости от скорости и ускорения, а также от суммарного момента нагрузки многодвигательного электропривода. Аналитически получена формула, которая позволяет на основании мощности постоянных и переменных потерь в сравниваемых электродвигателях, определить количество двигателей малой мощности, входящих в состав многодвигательного электропривода, при котором будет обеспечена экономия электроэнергии при применении многодвигательного электропривода вместо однодвигательного.
	Ключевые слова: асинхронный двигатель, транспортное средство, мощность, потери энергии, однодвигательный и многодвигательный электропривод, частота напряжения, амплитуда напряжения. DOI: https://doi.org/10.5281/zenodo.3239179