Халықаралық Ғылыми-тәжірибелік конференцияның ЕҢбектері



жүктеу 0.53 Mb.

бет6/38
Дата22.04.2017
өлшемі0.53 Mb.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   38

Әдебиеттер 
 
1.
 
Тлеуов А.Х. Нетрадиционные источники энергии: учебное пособие.  – Астана: Фолиант, 2009. – 
248 с. 
2.
 
Люск.  Ю.А.,  Кузмичь.  В.В.  Нетрадиционные  источники  энергии:  учебное  пособие  –  Мн:  УП 
Технопринт, 2005. – 234 с. 
3.
 
"2024  жылға  дейін  орнықты  даму  мақсатында  Қазақстан  Республикасының  энергиясы  мен 
жаңартылатын ресурстарын тиімді пайдалану стратегиясы" 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

34 
 
УДК 621.004.9 
 
ПРИМЕНЕНИЕ АППАРАТА НЕЧЕТКОЙ ЛОГИКИ В СИСТЕМЕ УПРАВЛЕНИЯ 
СЛЕДЯЩИМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ 
 
Овчинников В.А. 
ЮКГУ им. М. Ауэзова, Шымкент, Казахстан  
 
Түйін 
Гелиоқұрылғының  негізгі  жауапты  түйіндерінің  бірі  параболалық  айнаны  қадағалаушы,  үлкенірек 
массагабариті  бар  электржетек.  Бұл  жұмыста  кӛздеу  және    тұрақтандыру  жүйесін  интеллектуалдық 
алгоритммен басқаратын электр жетегінің сандық нүсқалары қарастырылған. 
 
Summary  
One  of  responsible  units  of  such  helio-settings  is  a  watching  electric  drive  of  parabolic  reflectors  having 
overall  dimensions.  In  the  work  there  is  considered  the  variant  of  digital  electric  watching  drive  of  the  system  of 
guidance and stabilizing using intellectual algorithms of management 
 
Основными направлениями развития электроэнергетики являются: 
-  переход  от  энергетики,  основанной  на  ископаемом  топливе,  к  бестопливной  энергетике  с 
использованием возобновляемых источников энергии
- переход на распределенное производство энергии, совмещенное с локальными потребителями 
энергии; 
- создание глобальной солнечной энергетической системы
- замена нефтепродуктов и природного газа на жидкое и газообразное биотопливо, а ископаемого 
твердого топлива на использование энергетических плантаций биомассы. 
-  замена  автомобильных  двигателей  внутреннего  сгорания  на  бесконтактный  высокочастотный 
резонансный электрический транспорт. 
- замена воздушных линий электропередач на подземные и подводные кабельные линии. 
Солнечная  энергетика  -  это самая  быстрорастущая  отрасль  энергетики в мире с  темпами  роста 
53% в год и объемом производства в 2012 г. 7,6 ГВт на 63,7млрд долл.  
Роль  солнечной  энергии  в  энергетике  будущего  определяется  возможностями  промышленного 
использования  новых  физических  принципов,  технологий,  материалов  и  конструкций  солнечных 
элементов, модулей и электростанций, разработанных в России. 
Для  того,  чтобы  конкурировать  с  топливной  энергетикой,  солнечной  энергетике  необходимо 
выйти на следующие критерии: 
 
КПД солнечных электростанций должен быть не менее 25%. 
 
срок службы солнечной электростанции должен составлять 40 лет. 
 
стоимость установленного киловатта пиковой мощности солнечной электростанции не должна 
превышать 2000 долл. 
 
объем производства солнечных электростанций должен быть 100 ГВт в год. 
 
производство  полупроводникового  материала  для  СЭС  должно  превышать  1  млн  т  в  год  при 
цене не более 25 долл./кг. 
 
круглосуточное производство электрической энергии солнечной энергосистемой. 
 
материалы  и  технологии  производства  солнечных  элементов  и  модулей  должны  быть 
экологически чистыми и безопасными. 
Одним  из  вариантов  гелиоустановок  является 
батарея  параболических  тарелочных  зеркал 
(схожих  формой  со  спутниковой  тарелкой),  которые  фокусируют  солнечную  энергию  на  приемники, 
расположенные  в  фокусной  точке  каждой  тарелки.  Жидкость  в  приемнике  нагревается  до  1000 
градусов  и  непосредственно  применяется  для  производства  электричества  в  небольшом  двигателе  и 
генераторе, соединенном с приемником. Такие системы представляют собой оптимальный вариант для 
удовлетворения  потребности  в  электроэнергии  как  для  автономных  потребителей  (в  киловаттном 
диапазоне),  так  и  для  гибридных  (в  мегаваттном),  соединенных  с  электросетями  коммунальных 
предприятий. Эта технология успешно реализована в целом ряде проектов. Один из них - проект STEP 
(Solar  Total  Energy  Project)  в  американском  штате  Джорджия.  Это  крупная  система  параболических 
зеркал,  работавшая  в  1982-1989  гг.  в  Шенандоа.  Она  состояла  из  114  зеркал,  каждое  7  метров  в 
диаметре.  Система  производила  пар  высокого  давления  для  выработки  электричества,  пар  среднего 

35 
 
давления  для  трикотажного  производства,  а  также  пар  низкого  давления  для  системы 
кондиционирования воздуха на той же трикотажной фабрике.
 
Одним  из  ответственных  узлов  таких  гелиоустановок  является  следящий  электропривод 
параболических  зеркал,  которые  имеют  повышенные  массогабариты.  В  данной  работе  рассмотрен 
вариант  цифрового  электрического  следящего    привода  системы  наведения  и  стабилизации  с 
использованием интеллектуальных алгоритмов управления. 
Особенностью  таких  приводов  является  высокий  порядок  и  нелинейный  характер 
математической  модели  силовой  системы  в  которой  необходимо  учитывать  такие  свойства  объектов 
как  люфт  механической  передачи,  моменты  сухого  и  вязкого  трения  и  их  изменения  в  процессе 
эксплуатации,  ограничение  мощности  источников  питания,  ограничение  движущегося  момента 
вследствие насыщения магнитной системы, вихревые токи. 
В  настоящее  время  широкое  распространение  получили  системы  управления  с  искусственным 
интеллектом,  позволяющим  синтезировать  и  оптимизировать  алгоритм  управления  с  учетом  всех 
вышеперечисленных  особенностей  сложных  нелинейных  объектов.  Одним  из  направлений  в  этой 
области  является  использование  алгоритмов  на  основе  нечеткой  логики[4]. На  рисунке  1  изображена 
структурная схема нечеткого регулятора . 
 
 
 
Рисунок 1 Структурная схема нечеткого регулятора электропривода 
 
Нечеткий регулятор содержит следующие блоки: 
- блок фаззификации, в котором каждому числовому значению физической переменной ставится 
в  соответствие  значение  функции  принадлежности  лингвистической  переменной  к  определенному 
терму; 
-  блок  правил  в  котором  на  основании  лингвистических  переменных  и  базы  правил 
осуществляется процедура нечеткой импликации; 
-  блок  дефаззификации,  осуществляющий  переход  от  нечеткого  значения  лингвистической 
переменной «управление» к числовому значению. 
Для  решения  задач  синтеза  структуры  и  оптимизации  параметров  нечеткого  регулятора 
используются генетические алгоритмы ГА [5], что позволяет свести эту проблему к задаче нахождения 
экстремума  сложной  нелинейной  функции  многих  переменных.  Формально  генетический  алгоритм 
можно описать следующим образом: 
 
ГА= 
0
(
, , , , , , ),
G
l s c f t
 
 
где 
0
0
0
1
(
,...
)
G
g
g
-  исходная  популяция; 
0
i
g
-  решение  задачи,  представленное  в  виде 
хромосомы; i= 1,2,…λ – номер особи в популяции; λ- размер популяции; l- длина каждой хромосомы 
популяции; 
(
)
i
f
f g
-  функция  оптимальности;  с  –  отображение,  определяющее  кроссовер  и 
мутацию; s – оператор отбора; t – критерий остановки. 
Для решения задачи синтеза нечеткого регулятора с помощью  ГА необходимо кодирование его 
структуры  и  параметров  в  битовой  строке.  Анализ  функционирования  системы  и  дополнительные 
ограничения, накладываемые на параметры функций принадлежности нечеткого регулятора позволяют 
значительно  сократить  число  параметров  оптимизации  и  увеличить  быстродействие  алгоритма.  Для 
кодирования  произвольного  нечеткого  регулятора    с  параметрами  k,n,m,  где    k  –  число  входов;  n  – 

36 
 
число функций принадлежности для каждого входа; – число правил, требуется k(n+m) + 2m – 1 16-
битовых  слов.  Поиск  решения  задачи  ГА  во  многом  определяется  выбором  функции  оптимальности 
(
)
i
f g
. В данном случае функция оптимальности есть критерий качества функционирования нечеткого 
регулятора    для  каждого  конкретного  решения  задачи.  В  качестве  критерия  оптимальности  выбрана 
функция учитывающая максимально быстрое подавление колебаний платформы вогнутых зеркал при 
внешних  воздействиях.  На  рисунке  2  изображена  функциональная  схема  нечеткого  регулятора  на 
виртуальном стенде пакета Simulink. 
 
 
 
Рисунок 2  Функциональная схема 3-х входового нечеткого регулятора . 
 
Данная схема ЦЭСП построена на базе асихронного трехфазного двигателя с короткозамкнутым 
ротором  и  содержит  нечеткий  трехвходовый  регулятор,  блок  регулирования  скорости  ИД, 
включающий  схему  реализации  векторным  способом  управления  АТД  с  КЗ  и  автономный  инвертор 
напряжения, 
объект 
управления, 
наблюдатель 
состояния 
механической 
подсистемы, 
восстанавливающий фазовые переменные 
1
и 
2
 на основе скорости двигателя ωдв  и угла поворота 
θ1 элемента нагрузки J1. 
Выводы 
При  отработке  импульсной  нагрузки  скорость  стабилизации  вала  нагрузки  платформы  зеркал 
при 3-х входовом регуляторе примерно в 1.5 раза выше чем при 2-х входовом, что достигается за счет 
более активного управления и повышенными энергетическими затратами. 
 
Литература 
1.
 
Башаpин  А.  В.,  Новиков  В.  А.,  Соколовский  Г.  Г.  Упpавление  электpопpиводами.  Л.: 
Энеpгоиздат, 2002. 392 с. 
2.
 
Чемоданов Б. К. Следящие пpиводы: в 3 т. 2-е изд., доп. И пеpеpаб. / Под pед. Б. К. Чемоданова. 
Т. 1: Теоpия и пpоектиpование следящих пpиводов / Е. С. Блейз, А. В. Зимин, Е. С. Иванов и дp. 
М.: Изa-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2009. 904 с. 
3.
 
Теpехов В. М., Осипов О. И. Системы упpавления пpиводов: учеб. для вузов. / Под  pед. В. М. 
Теpехова. М.: Издательский центp "Академия", 2005. 304 с. 
3.
 
Гоpячев О. В., Шаpапов М. А. Комплексная методика синтеза интеллектуального pегулятоpа для 
следящего пpивода постоянного тока // Мехатpоника, автоматизация, упpавление.2006. № 11. С. 
30—35. 
4.
 
Батищев Д. И. Генетические алгоpитмы pешения экстpемальных задач / Под. pед. Львовича Я. Е.: 
учеб. пособие. Воpонеж: Изд-во ВГТУ, 2005. 
 
 
 
 

37 
 
УДК 621.004.9 
 
АЛГОРИТМЫ РЕКОНФИГУРАЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ 
ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ 
 
Романенко А.Ф. 
ЮКГУ им. М. Ауэзова, Шымкент, Казахстан 
 
Түйін 
Ӛндірістік  мекемелерді  электрмен  жабдықтау  жүйесінде  апатты  жағдай  нәтижесінде  тоқсыз 
қалған  электрэнергиясын  қабылдағыштардың  электрмен  жабдықталыуын  максималды  толық  қалпына 
келтіруді  қамтамассыз  ететін,  ӛндірістік  энергетика  желісі  құрылымдарын  кескінді  үйлестіру 
мақсатындағы математикалық қойылым орындалған. 
 
Summary 
The  mathematical  task  setting  of  structure  reconfiguration  of  industrial  enterprises  electric  networks  
providing maximally complete renewal of power supply of electric power receivers de-energized in the result of an 
emergency in the system of power supply of industrial enterprises is executed 
 
Одним  из  основных  технологических  направлений  развития  электроэнергетических  систем 
является их самоорганизация и управляемость. Основами повышения управляемости являются: 
-  применение  управляемых  систем  электропередачи  FACTS  (Flexible  Alternative  Current 
Transmission Systems); 
- использование современных информационных технологий в том числе цифровых АСУ; 
-  внедрение  систем  диагностики  и  мониторинга  состояния  оборудования,  позволяющих 
поддерживать необходимый уровень надежности функционирования в реальном масштабе времени. 
Требования,  которым  должны  удовлетворять  перспективные  системы  электроснабжения 
следующие: 
-  необходимость  глубокого  регулирования  реактивной  мощности  вследствие  резко 
неравномерной нагрузки; 
- высокое быстродействие регулирования напряжения в аварийных режимах; 
-  обеспечение  требуемых  уровней  напряжения  и  запасов  устойчивости    в  послеаварийных 
режимах и в ремонтных схемах; 
- оптимизация потокораспределения в линиях электропередачи различных классов напряжений
- ограничение уровней токов короткого замыкания. 
Технология  FACTS  является  одной  из  перспективных.  Концепция  ее  состоит  в  том,  что 
электрическая сеть из пассивного устройства транспорта электроэнергии превращается  в  устройство 
активно участвующее в управлении режимами работы электрических сетей. Благодаря этому удается в 
реальном  масштабе  времени  управлять  значением  пропускной  способности  линии  электропередачи, 
перераспределять между параллельными линиями электропередачи потоки мощности, оптимизируя их 
в  установившихся  режимах  и  перенаправлять  их  по  сохранившимся  после  аварий  линиям 
электропередачи  не  опасаясь  нарушения  устойчивости,  тем  самым  обеспечивая  надежность 
электроснабжения потребителей. 
К  устройствам  FACTS  первого  поколения  относят  устройства  обеспечивающие  регулирование 
напряжения  (реактивной  мощности)  и  обеспечивающие  требуемую  степень  компенсации  реактивной 
мощности  в  электрических  сетях  (статический  компенсатор  реактивной  мощности,  реактор  с 
тиристорным управлением, стационарный последовательный конденсатор с тиристорным управлением 
и др.). 
К  устройствам  FACTS  второго  поколения  относят  устройства,  обеспечивающие  регулирование 
режимных  параметров  на  базе  полностью  управляемых  приборов  силовой  электроники  (IGBT 
транзисторы  и  тиристоры).  FACTS-2  обладают  новым  качеством  регулирования  –  векторным,  когда 
регулируется  не  только  величина  ,  но  и  фаза  вектора  напряжения  электрической  сети.  Синхронный 
статический компенсатор (СТАТКОМ), объединенный регулятор потоков мощности и др. Статический 
тиристорный  компенсатор  применяется  в  первую  очередь  для  регулирования  напряжения  в 
относительно  мощных  электрических  сетях.  Использование  двух  СТАТКОМов,  включенных 
определенным  образом    позволяет  не  только  регулировать  напряжение,  но  и  увеличить  пропускную 
способность  сетей,  оптимизировать  потоки  мощности,  улучшить  форму  кривой  напряжения, 
обеспечить  объединение  энергосистем,  работающих  несинхронно.  Для  повышения  пропускной 

38 
 
способности  линии  электропередачи  эффективны  устройства  продольной  компенсации  и 
фазоповоротные устройства. 
На  текущий  момент  большинство  внутрицеховых  электрических  сетей  промышленных 
предприятий 
оснащаются 
резервирующими 
системами 
для 
обеспечения 
надежности 
электроснабжения.  Это  существенно  усложняет  их  топологию  и  управляемость.  В  таких  ситуациях 
число  схем  внутрицеховой  сети  электропитания  может  достигать  нескольких  сотен.  Поэтому 
актуальной  становится  задача  оперативной  реконфигурации  структур  электрических  сетей  при 
нарушении электроснабжения промышленных предприятий. 
Необходимо  учесть, что электрические сети промышленных предприятий  представляют собой 
сложные  структуры,  включающие  в  свой  состав  большое  число  разнородных  взаимосвязанных 
элементов. 
В  структуре  такой  электросети  выделяется  k  =    1,4  уровней иерархии:    высоковольтные  вводы 
электроэнергии 
в 
предприятие; 
комплектные 
трансформаторные 
подстанции; 
силовые 
трансформаторы;  группы  приемников  электроэнергии,  получающих  электроэнергию  от  одной  секции 
распределительных шин; группы приемников электроэнергии, питающихся от одного низковольтного 
фидера. 
Математическая постановка задачи имеет вид [2]: 
 
F→max; 
 
,
vi
i G
F
P
 
(
)
;
iw
i G
P
F
 
 
,
i s
G
 
( , )
( , )
0;
ij
js
i j
G
j s
G
P
P
 
 
( , )
;
ij
ij
i j
GP
p
 
 
( , )
0;
ij
i j
GP
 
 

0

 
где  G  -  граф  сети;  F  –  целевая  функция,  определяющая  поток  мощности  через  сеть, 
ограничиваемая  паспортными  пропускными  способностями  дуг; 
ij
p
  и 
ij
P
    -  соответственно 
номинальная пропускная способность дуги и поток мощности пропускаемый через нее. 
Решение  поставленной  задачи  возможно  на  основе  базовых  алгоритмов  реализации  симплекс-
метода [3]и Форда-Фалкерсона[4]. Однако это решение неэффективно, т.к. выдает только один вариант 
структуры  сети,    к  тому  же  он  не  оптимален  с  учетом  дополнительных  параметров.  В  этом  случае 
представляет  интерес  рассмотреть  другие  алгоритмы  решения  поставленной  задачи.  Например, 
алгоритм  Диница,  который  представляет  собой  развитие  базового  алгоритма  Форда-Фалкерсона, 
направленное  на  увеличение  его  быстродействия[5].  Алгоритм  состоит  из  этапов,  на  которых  поток 
увеличивается  одновременно  вдоль  всех  кратчайших  путей  фиксированной  длины.  Для  этого  на  r-м 
этапе  строится  вспомогательная  бесконтурная  сеть,  которая  содержит  все  увеличивающиеся  пути, 
длина которых не превышает длину кратчайшего пути kr из в w
Реализация алгоритма на r-м этапе состоит в следующем: 
Шаг 1: Построение вспомогательной сети. 
Шаг 2: Поиск псевдомаксимального потока 
После  нахождения  максимального  потока  и  корректировки  топологии  сети  работа  алгоритма 
заканчивается, а исходная сеть будет содержать максимальный поток F. 
Алгоритм реализации метода расстановки пометок  представляет собой поиск пути из истока v в 
сток w. Для этого необходимо выполнение следующих условий [6]: 
-  наличие  у  каждой  вершины  значения  потока,  пропускаемого  через  вершину  на  данной 
итерации; 
- пометка вершин, выполняемая в соответствии с методом поиска в ширину; 

39 
 
-  выполнение  алгоритма  до  тех  пор,  пока  единственной  непомеченной  вершиной  не  останется 
сток. 
Эвристический  алгоритм  основан  на  применении  «графа  приращений»[7].  В  его  основу 
положена  эвристика,  исключающая  при  выборе  путей  передачи  электроэнергии  использование 
ненасыщенных дуг графа G сети. Реализация алгоритма содержит следующие этапы: 
Этап  1:  Из  вершины  v  выбирается  путь  по  которому  будет  передаваться  поток  мощности  в 
вершину w. Величина потока определяется пропускной способностью дуги. 
Этап 2: Граф G преобразуется в граф G’,  в котором для дуги (i,j) с нулевым потоком Pij. 
Пропускная способность  pij сохраняется прежней, а для дуги с ненулевым потоком заменяется 
на величину p’ij = pij  Pij 
Этап 3: Если построены потоки для всех узлов Si , i = 1,…m4 , то выполняется переход к этапу 5, 
иначе к этапу4. 
Этап 4: Если в графе G’ можно найти ненулевой поток из v в w, то выполняется переход к этапу 
2 с новым графом G’,  в котором исключается из рассмотрения вершина Si , i = 1,…m4 , через которую 
передается поток, иначе выполняется переход к этапу 8. 
Этап  5:  Если  синтезированная  структура  электрической  сети  содержит  контуры,  то  из  них 
исключаются дуги с наименьшей пропускной способностью и вновь выполняется расчет. 
Этап 6: На данном этапе выполняется  оптимизация по критериям минимума потерь мощности в 
сети,  максимума  надежности  сети  или  их  различным  комбинациям  повышающих  живучесть, 
безотказность  и  долговечность  функционирования  сети.  Это  осуществляется  путем  удаления  из 
синтезированной  структуры  различных  сочетаний  дуг,  оценки  энергодиспетчером    получаемых 
структур  сетей  по  соответствующим  критериям  или  их  комбинациям  и  принятием  на  основе  этой 
информации решения о структуре сети. 
Этап 7: Выдача сообщения о варианте полного восстановления электроснабжения. 
Этап 8: При невозможности полного восстановления электроснабжения  осуществляется анализ 
предложенного  варианта в  целях  исключения контуров  и  обеспечения электроэнергией потребителей 
энергии  первой  и  второй  категории  по  надежности  электроснабжения,  а  также  потребителей 
электроэнергии с наибольшим ущербом от перебоев  в электроснабжении. 
 
Выводы 
Выполнена  математическая  постановка  задачи  реконфигурации  структур  электрических  сетей  
промышленных 
предприятий, 
обеспечивающих 
максимально 
полное 
восстановление 
электроснабжения  приемников  электроэнергии,  обесточенных  в  результате  аварий  в  системе 
электроснабжения промышленных предприятий. 
Эвристический  алгоритм,  по  сравнению  с  другими  рассмотренными  алгоритмами  имеет 
значительно  меньшее  время  реализации,  что  предпочтительно  при  его  использовании  в  режиме 
реального  времени,  т.к.  приводит  к  уменьшению  времени  простоя  технологического  оборудования  и 
снижению материального ущерба. 
Имеет  смысл  проведения  дополнительных  исследований  по  разработке  алгоритмов 
реконфигурации  внутрицеховых  электрических  сетей  с  применением  аппарата  искусственного 
интеллекта. 
 
Литература 
1.
 
Pезчиков А. Ф., Иващенко В. А. Упpавление электpопотpеблением пpомышленных пpедпpиятий. 
Саpатов: Издательский центp "Наука", 2008. 183 с. 
2.
 
Васильев  Д.  А.,  Лукьянов  Д.  В.,  Иващенко  В.  А.  Пpинятие  pешений  по  электpоснабжению  в 
аваpийных ситуациях на электpических сетях пpомышленных пpедпpиятий // Мехатpоника, 
автоматизация,  упpавление:  матеpиалы  7-й  науч.-технич.  конф.  СПб.:  ОАО  "Концеpн  "ЦНИИ 
"Электpопpибоp", 2010. С. 107—110. 
3.
 
Палий И. А. Линейное пpогpаммиpование. М. : Эксмо, 2008. 256 с. 
4.       Фоpд Л. P., Фалкеpсон Д. P. Потоки в сетях. М.: Миp,1966. 276 с. 
5.
 
Адельсон-Вельский Г. М., Диниц Е. А., Каpзанов А. В.Потоковые алгоpитмы. М.: Наука, 1975. 
120 с. 
6.
 
Пашкеев С. Д., Минязов P. И., Могилевский В. Д. Машинные методы оптимизации в технике 
связи. М.: Связu, 2006. 201 с. 
7.
 
Басакеp P., Саати Т. Конечные гpафы и сети: Пеp. с англ. М.: Наука, 2003. 368 с. 
 

40 
 
УДК 346.26 С 89 
 

1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   38


©emirb.org 2017
әкімшілігінің қараңыз

войти | регистрация
    Басты бет


загрузить материал