ro en

Электронный журнал N4(56) 2022

"ПРОБЛЕМЫ РЕГИОНАЛЬНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ (https://doi.org/10.52254/1857-0070.2022.4-56)"

СОДЕРЖАНИЕ

1	Оценка времени простоя одноцепной и двухцепной ВЛ 6—10 кВ методами теории массового обслуживания Авторы: Басманов В.Г., Холманских В.М. Вятский государственный университет Киров, Российская Федерация
	Аннотация: Целью работы является обоснование оценки времени простоя ВЛ 6–10 кВ по показателям надежности её основных элементов с использованием вероятностного значения коэффициента готовности ВЛ. Для достижения поставленной цели выполнялись статистические исследования ВЛ. За шесть лет наблюдений зафиксирован 251 отказ. Объем исследований составил 17 ВЛ, их общая протяженность - 337 км. Для определения статистических значений коэффициентов готовности ВЛ обрабатывались данные о перерывах в электроснабжении. Результаты обработки статистических данных позволили рассматривать ВЛ как объекты многократного действия, а их потоки отказов и восстановлений простейшими пуассоновскими процессами. Расчет критериев Вилькоксона и Пирсона подтвердил однородность статистического материала как по наработкам на отказ, так и по времени восстановления для всех 17 исследуемых ВЛ, что позволило объединить однородные статистически данные в две представительные выборки соответственно по отказам и восстановлениям для обобщенной ВЛ района и рассчитать её показатели надежности. Процесс функционирования ВЛ изображался графами состояний и соответствующими дифференциальными уравнениями для установившегося режима эксплуатации, решение которых позволило рассчитать вероятностные значения коэффициентов готовности ВЛ. Наиболее существенным результатом является обоснование применения методов теории массового обслуживания для оценки времени простоя одноцепных и двухцепных ВЛ 6–10 кВ. Вероятностное значение коэффициента готовности ВЛ района, вычисленное по результатам решения уравнений массового обслуживания обобщенной ВЛ района, имеет хорошее согласие со статистическим значением коэффициента готовности ВЛ района. Значимость полученных результатов состоит в том, что предложенный метод позволяет производить оценку коэффициента готовности ВЛ по показателям надёжности её основных элементов, что упрощает прогнозирование времени простоя ВЛ на предстоящий календарный год её эксплуатации. Вновь полученные показатели надежности основных элементов ВЛ могут быть использованы при проектировании ВЛ.
	Ключевые слова: воздушные линии, коэффициент технической готовности, комплексные показатели надёжности, время простоя, граф состояний, уравнения массового обслуживания. DOI: https://doi.org/10.52254/1857-0070.2022.4-56.01
2	Оперативная идентификация электромеханических параметров синхронного генератора для задач интеллектуального управления Авторы: Фролов М.Ю., Степанович Р.Ю., Лизалек Н.Н., Дулов И.В. Новосибирский государственный технический университет г. Новосибирск, Российская Федерация
	Аннотация: Интеллект системы управления определяется способностью адаптироваться к изменяющимся схемно-режимным параметрам. Такой подход особенно актуален для противоаварийной автоматики, так как сценарий протекания аварии зависит от множества факторов. К тому же авария может развиваться каскадно, вызывая неконтролируемое и многократное изменение топологии сети и режимных параметров. Формирование объёма управляющих воздействий противоаварийной автоматики выполняется на основе расчёта режима на метаматематических моделях электрических сетей, от точности которых зависит адекватность действий автоматики, поэтому возникает задача верификации расчётных моделей, в том числе определения электромеханический параметров элементов сети. Целью работы является разработка методов идентификации параметров синхронного генератора для задач интеллектуального управления. Для достижения поставленной цели разработаны два метода идентификации постоянной инерции синхронного генератора и метод идентификации синхронного индуктивного сопротивления. Исследования предлагаемых методов проведено на цифровой модели, собранной в MatLab Simulink, где моделировался генератор 200 МВА 13,8 кВ. Также исследование проводилось на физической электродинамической модели кафедры «Автоматизированные электроэнергетические системы» «Новосибирского государственного технического университета, в ходе которого определялись параметры генератора 3000 ВА 230 В. Предоставлены результаты определения параметров классическими методами холостого хода и короткого замыкания. Наиболее существенными результатами исследования являются: доказательство высокой точности предлагаемых методов по сравнению с классическими и возможность использования этих методов в эксплуатационных режимах работы синхронного генератора. Значимость предлагаемых методов заключается в том, что при идентификации генератор включён в сеть и находится в режиме эксплуатации. Это позволит формировать и уточнять расчётную модель в темпе процесса в соответствии со сложившейся схемно-режимной ситуации, что повысит адекватность управляющих воздействий.
	Ключевые слова: параметрическая идентификация, постоянная инерции ротора, синхронное индуктивное сопротивление, синхронный генератор, интеллектуализация управления, метод наименьших квадратов. DOI: https://doi.org/10.52254/1857-0070.2022.4-56.02
3	Контроль состояния бумажной изоляции трансформаторного масла по оптическим спектрам Авторы: Козлов В.К., Куракина О.Е., Сабитов А.Х., Нигматуллина Г.Ф., Саляхутдинов Р.А. ФГБОУ ВПО Казанский государственный энергетический университет, Казань, Российская Федерация
	Аннотация: Основу изоляции силового маслонаполненного трансформатора образуют материалы органического происхождения – нефтяное минеральное масло и древесная целлюлоза. Целлюлоза применяется в промышленности для изготовления бумажной изоляции. Поскольку состояние изоляции является ключевым фактором надежной работы энергетического оборудования, оценке состояния изоляции уделяется большое внимание исследователей и промышленности. Процесс старения целлюлозной изоляции проходит под влиянием тепловых, химических и других различных воздействий, что, в свою очередь, ухудшает диэлектрические характеристики изоляции. Для оценки состояния целлюлозной изоляции определяют такие показатели как степень полимеризации и влажность бумаги. Существующие на данный момент методы определения влагосодержания и степени полимеризации бумажной изоляции имеют недостатки, так как предусматривают сложный процесс отбора проб образцов изоляции, что является длительной по времени операцией. Эти методы также способствуют частичному разрушению бумажной изоляции, требуют большого количества специалистов для транспортировки и экспертизы. Целью работы является разработка методов определения влагосодержания и степени полимеризации бумажной изоляции силового трансформатора. Поставленная цель достигается за счет получения спектров отражения образцов бумажной изоляции и построения двух корреляционных зависимостей для определения степени полимеризации и влажности. Наиболее существенным результатом статьи является установление зависимости коэффициента отражения бумаги от концентрации воды при её значениях больше 4% и положения минимума в спектре отражения бумажной изоляции от степени полимеризации. Значимость полученных результатов состоит в том, что оптический метод определения влагосодержания и степени полимеризации бумажной изоляции, с помощью построенных корреляционных прямых, обладает высокой точностью и не требует использования дополнительных реагентов и сложных вычислений, а также отбора проб бумажной изоляции, что позволит упростить и сократить время исследования.
	Ключевые слова: целлюлозная изоляция, спектроскопия, влагосодержание, степень полимеризации. DOI: https://doi.org/10.52254/1857-0070.2022.4-56.03
4	Минимизация электрических потерь в транзисторных электроприводах постоянного тока Авторы: Ковалев В.Н.1, Ковалева Ю.В.2 1 Национальный технический университет "Харьковский политехнический институт" 2 Харьковский национальный университет городского хозяйства имени А.Н. Бекетова Харьков, Украина
	Аннотация: Целью работы является разработка алгоритма для определения оптимальной частоты коммутации транзисторного широтно-импульсного преобразователя (ШИП) для минимизации общих электрических потерь в электроприводе постоянного тока. Электрические потери в обмотке якоря и в транзисторах ШИП разделены на две составляющие: статические от постоянной составляющей тока и динамические. К последним отнесены потери в обмотке якоря от гармонических составляющих тока и потери в транзисторах от переходных токов коммутации. Поскольку динамические электрические потери в транзисторах с ростом частоты возрастают, а в обмотке якоря от гармоник тока уменьшаются, то существует оптимальное значение частоты коммутации ШИП, при которой общие динамические потери в электроприводе с ШИП будут минимальными. Поставленная цель достигается решением задачи определения зависимости динамических электрических потерь в обмотке якоря от частоты коммутации ШИП и компьютерного моделирования транзисторного электропривода. В результате получено аналитическое выражение относительных динамических электрических потерь в обмотке якоря при полигармоническом питании, которые прямо пропорциональны квадрату коэффициента пульсаций тока. Предложен алгоритм для определения оптимальной частоты коммутации ШИП, который заключается в следующем: 1) на компьютерных моделях двигателя и ШИП определяют зависимости динамических электрических потерь от частоты коммутации; 2) строят график зависимости общих динамических электрических потерь транзисторного электропривода от частоты; на котором определяют точку минимума потерь и оптимального значения частоты коммутации. Новизна работы заключается в получении аналитического выражения относительных динамических электрических потерь в обмотках якоря при полигармоническом питании, в котором потери от гармонических составляющих тока прямо пропорциональны квадрату коэффициента пульсаций тока. Приведен пример практического использования предложенного алгоритма для расчета оптимальной частоты транзисторного электропривода постоянного тока.
	Ключевые слова: транзисторный электропривод, частота коммутации транзисторов, электрические потери, коэффициент пульсаций тока, компьютерное моделирование. DOI: https://doi.org/10.52254/1857-0070.2022.4-56.04
5	Перспективные пути энергоэффективной модернизации систем теплоснабжения на основе теплонасосных технологий Авторы: Петраш В.Д., Барышев В.П., Шевченко Л.Ф., Гераскина Э.А., Даниченко Н.В. Одесская государственная академия строительства и архитектуры Одесса, Украина
	Аннотация: Целью работы является определение обобщённого показателя для предварительной оценки условий повышения эффективности модернизируемых систем централизованного и децентрализован¬ного тепло-снабжения с использованием теплонасосных технологий. Поставленная цель достигается за счёт крити-ческого анализа результатов фактического состояния трубопроводов и оборудования, извест¬ных подхо-дов к реконструкции систем теплоснабжения и установленного обобщённого показателя пред-варительной оценки условий повышения эффективности использования энергии топлива. Это позволило сформулировать обобщённый подход к их модернизации с внедрением теплонасосных технологий. Наиболее важным результатом исследования является установленная обобщенная зависимость оценки повышения эффективности от исходных условий режимных параметров с обоснованием целесообразно-сти модернизации систем, прежде всего при централизованном теплоснабжении от районных котельных. В соответствии с поставленной целью на основе результатов аналитического исследования и анализа известных разработок повышения эффективности использования энергии топлива, обоснована возмож-ность разнопланового поэтапного внедрения теплонасосных технологий на всех стадиях процессов теп-лоснабжения: генерации, транспортирования, распределения, преобразования и регулируемого потреб-ления теплоты абонентскими системами. Показано, что применение теплонасосных технологий при мо-дернизации с расширением ресурса систем теплоснабжения предопределяет необходимость дальней-ших научно–технических разработок по совершенствованию взаимосвязи источников теплоты и тепло-вых сетей, теплогидравлических режимов их работы с возможностью «снижения» температурного гра-фика их эксплуатационного регулирования. Цель работы достигнута получением возможности ком-плексной оценки рационального подхода к модернизации систем центрального и децентрализованного теплоснаб¬жения с поэтапным расширением генерируемой теплоты и оценкой конечного результата. Значимость полученных результатов состоит в том, что предложенный подход к поэтапной модерниза-ции с увеличе¬нием располагаемого потенциала от РК и децентрализованных систем теплоснабжения обеспечивает повышение эффективности и расширение использования теплоты первичного топлива с его экономией в 1.1…2.7 раза при работе теплонасосных установок соответствующего назначения с действительными коэффициентами преобразования в диапазоне (3…5).
	Ключевые слова: тепловой насос, теплогенератор, утилизация теплоты, теплоснабжение, энергетическая эффективность, модернизация систем, тепловые потоки, коэффициент преобразования. DOI: https://doi.org/10.52254/1857-0070.2022.4-56.05
6	Моделирование мониторинга объектов с помощью 3D-клеточных автоматов Авторы: Захарченко И.В., Тристан А.В., Чорногор Н.А., Бердник П.Г., Калашник А.А., Тимочко А.И., Залевский А.В., Дмитриев О.Н. Харьковский национальный университет Воздушных Сил имени Ивана Кожедуба Харьков, Украина
	Аннотация: Целью данной работы является разработка формальной модели для описания свойств среды функционирования беспилотных летательных аппаратов и повышение скорости расчета траектории их полета в процессе мониторинга объектов критической инфраструктуры на основе математического аппарата 3D-клеточных автоматов. Поставленная цель достигается путем решения следующих задач: разработки способа описания среды функционирования беспилотных летательных аппаратов на основе математического аппарата 3D-клеточных автоматов, разработки метода расчета траектории полета беспилотных летательных аппаратов с учетом имеющихся ограничений, а также разработки метода поиска траектории полета беспилотного летательного аппарата. В основу построения формальных моделей положен аппарат клеточных автоматов, который позволяет описать трехмерную модель среды функционирования, зоны и объекты, затрудняющие или ограничивающие перемещение, описать поведенческие модели и учесть существующие природные механизмы решения подобных задач. Наиболее существенными результатами являются формализованное описание пространства, свойств зон и объектов, ограничивающих перемещение, а также разработка метода моделирования полета беспилотного летательного аппарата в пространстве при решении задачи мониторинга, что позволит повысить скорость расчета траектории полета в сложных условиях решения задачи мониторинга объектов. Значимость полученных результатов состоит в решении сложной задачи расчета траектории передвижения беспилотных летательных аппаратов для мониторинга объектов критической инфраструктуры в трехмерном пространстве с использованием аппарата 3D клеточных автоматов, а также практическом исследовании свойств и возможностей разработанного математического аппарата. Проведенные исследования показали эффективность использования 3D - клеточных автоматов для решения задач поиска траекторий полета при мониторинге объектов критической инфраструктуры в различных условиях. Предложенный подход к реализации клеточных автоматов позволит создать эффективную систему мониторинга за состоянием объектов наблюдения, что позволит минимизировать количество и состав групп мониторинга и повысить эффективность их использования.
	Ключевые слова: система мониторинга, БПЛА, энергосистема, клеточный автомат, оптимизация, кластеризация. DOI: https://doi.org/10.52254/1857-0070.2022.4-56.06
7	Задача выбора стеганографического контейнера в условиях атак против встроенного сообщения Авторы: Бобок И.И., Кобозева А.А., Сокальский С.Н. Национальный университет «Одесская политехника» Одесса, Украина
	Аннотация: На сегодняшний день задача защиты информации от несанкционированного доступа, несанкциониро-ванного изменения становится все более сложной, охватывающей все сферы человеческой деятельности. Очевидно, что энергетическая сфера, являющаяся составной частью критической инфраструктуры лю-бого государства, является особенно чувствительной к качеству систем защиты информации. Одним из наиболее перспективных направлений в обеспечении информационной безопасности является стегано-графия. Существенное влияние на надежность стеганосистемы, ее устойчивость оказывает носитель – контейнер, в качестве которого в работе рассматривается цифровое изображение. Выбор контейнера позволяет в наибольшей степени обеспечить различные требования, выдвигаемые к получаемому стега-носообщению. Целью работы является повышение устойчивости стеганографической системы к атакам против встроенного сообщения путем разработки метода выбора контейнера из конечной совокупности имеющихся цифровых изображений, обеспечивающего для передаваемого сообщения минималь-ную/близкую к минимально возможной для рассматриваемых изображений чувствительность формиру-емого стеганосообщения к возмущающим воздействиям при выбранном стеганографическом алгоритме. Поставленная цель была достигнута путем: теоретического исследования возмущений формальных па-раметров матрицы контейнера, получаемых при помощи ее нормального сингулярного разложения и однозначно определяющих матрицу, в результате стеганопреобразования и активных атак, что дало возможность для введения нового формального представления для информации, защищенной от возму-щающего воздействия Е, как разности малоранговых аппроксимаций матриц контейнера и стеганосо-общения, где ранг аппроксимаций определяется количеством сингулярных чисел матрицы контейнера, имеющих достаточную отделенность по отношению к Е. Наиболее важным результатом работы являет-ся разработка метода выбора контейнера, готового к практической реализации. Эффективность разра-ботанного метода превышает эффективность аналогов и остается высокой, независимо от используемого для стеганопреобразования стеганографического метода. Значимость полученного результата заключа-ется в обеспечении за счет использования разработанного метода повышения устойчивости стеганоси-стемы к атакам против встроенного сообщения.
	Ключевые слова: стеганографический метод, цифровое изображение, выбор контейнера, устойчивость стеганосистемы, сингулярное число, сингулярный вектор. DOI: https://doi.org/10.52254/1857-0070.2022.4-56.07
8	Система автоматического управления кожухозмеевиковым теплообменником с переменной площадью поверхности теплообмена Авторы: 1Шит М.Л., 1Журавлев А.А., 2Пацюк В.И., 1Тимченко Д.В. 1Институт энергетики Молдовы, Кишинев, Республика Молдова 2Кишиневский Государственный Университет, Кишинев, Республика Молдова
	Аннотация: Работа посвящена системе управления температурой на выходе теплообменника с переменной площадью теплообмена при условии изменения площади поверхности посредством изменения уровня нагреваемого теплоносителя в теплообменнике. Целью исследования является разработка модели процесса изменения площади поверхности теплообмена и системы управления температурой на выходе такого теплообменника при изменении уровня. Поставленная цель достигается посредством решения следующих задач: разработка схем дискретизации системы дифференциальных уравнений, описывающих динамику теплообменника, разработка САУ температурой на выходе теплообменника посредством изменения площади поверхности теплообмена теплообменника и оценка возможности компенсации возмущений. Наиболее существенными результатами являются: схемы дискретизации уравнений динамики теплообменника с переменной площадью поверхности теплообмена (ТО с ППТО), использование которых позволяет повысить точность моделирования ТО с ППТО. Значимость полученных результатов состоит в обосновании структуры и выбора параметров регулятора ТО с ППТО. В работе приведены две схемы дискретизации дифференциальных уравнений динамики ТО с ППТО: схема с использованием метода прямых и метода бегущего счета. Установлено, что при использовании схемы с использованием двух насосов для регулирования ППТО динамика объекта зависит от знака производной сигнала управления (при положительном знаке производной сигнала управления объект описывается системой уравнений с запаздыванием (величина значения которого пропорциональна амплитуде управляющего воздействия), а при отрицательном знаке производной сигнала управления объект описывается системой уравнений без запаздывания. Установлено, что, несмотря на переменность структуры объекта в зависимости от знака управления, возможно применения для регулирования выходной величины стандартных ПИД-регуляторов. Практическая значимость научной работы заключается в том, что результаты работы могут быть использованы при проектировании систем управления различными типами теплообменных аппаратов.
	Ключевые слова: теплообменник, переменная площадь поверхности теплообмена, математическая модель, тепловой насос. DOI: https://doi.org/10.52254/1857-0070.2022.4-56.08
10	Технология обработки данных для прогнозирования притока воды в водохранилище при использовании дистанционного зондирования земли и сети метеорологических и гидрологических постов Авторы: Ерошенко С.А.1, Матренин П.В.1,2, Хальясмаа А.И.1, Клименко Д.Е.1, Сидорова А.В.2 1Уральский федеральный университет, Екатеринбург, Российская Федерация 2Новосибирский государственный технический университет, Новосибирск, Российская Федерация
	Аннотация: Управление гидроэлектростанциями требует экономически эффективного использования полезного объема водохранилища для выработки электроэнергии и соблюдения правил использования водных ресурсов, при этом такое управление должно строиться на основе прогнозов и имитационных моделей гидроэлектростанции и водохранилища. Существуют различные источники данных для прогнозирования притока воды: метеорологические посты, гидрологические посты, данные дистанционного зондирования Земли. Однако возникает задача объединения указанных разнородных данных для агрегированной об-работки с применением методов машинного обучения. Целью работы является проектирование архитектуры системы сбора и обработки данных от различных источников для оперативного прогнозирования притока к створу гидроэлектростанции и уровня водохранилища. Поставленная цель достигается по-средством решения следующих задач: анализ и отбор источников и методов использования данных дистанционного зондирования Земли для цифрового картографического моделирования и извлечения ме-теорологических данных, включая температуру воздуха и земной поверхности, интенсивность осадков, характеристики снежного покрова; обзор основных положений гидрологического моделирования; оценка доступности указанных данных для создания системы оперативного прогноза притока к створу гидроэлектростанции; анализ способов повышения наблюдаемости гидрологических объектов за счет установки дополнительных метеорологических и гидрологических постов; проектирование технологии автоматизации сбора данных и агрегирования разнородных данных для их последующей обработки. Наиболее существенными результатами являются разработанная архитектура системы сбора и обработки данных и технология агрегирования разнородных данных с применением методов машинного обучения для снижения ошибки краткосрочного прогнозирования притока воды к створу гидроэлектростанции. Значимость результатов заключается в том, что на основании выполненного обзора современных технологий и анализа их применимости к реальной гидроэлектростанции предложена и обоснована технология, способная повысить эффективность планирования режимов управления водными ресурса-ми: повысить выработку электроэнергии, минимизировать холостые сбросы, увеличить горизонт прогнозирования паводков и снизить риск затопления территорий при весеннем половодье.
	Ключевые слова: архитектура информационной системы, сбор и обработка данных, дистанционное зондирование Земли, гидрологические посты, метеорологические посты, гидроэлектростанция, прогнозирование притока, во-дохранилище DOI: https://doi.org/10.52254/1857-0070.2022.4-56.09