Методи та засоби організації комп’ютерних систем і мережевих технологій моніторингу і ідентифікації аварійних режимів
Мережеві технології підвищення надійності та ефективності функціонування тягових електричних мереж і об’єктів. Методи організації мікропроцесорних систем визначення відпрацьованого і залишкового ресурсу силового електричного обладнання тягових підстанцій.
| Рубрика | Программирование, компьютеры и кибернетика |
| Вид | автореферат |
| Язык | украинский |
| Дата добавления | 29.07.2015 |
| Размер файла | 263,4 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
МІНІСТЕРСТВО ІНФРАСТРУКТУРИ УКРАЇНИ
ДЕРЖАВНИЙ ЕКОНОМІКО-ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТУ
УДК 681.325
Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук
МЕТОДИ ТА ЗАСОБИ ОРГАНІЗАЦІЇ КОМП'ЮТЕРНИХ СИСТЕМ І МЕРЕЖЕВИХ ТЕХНОЛОГІЙ МОНІТОРИНГУ І ІДЕНТИФІКАЦІЇ АВАРІЙНИХ РЕЖИМІВ
Спеціальність 05.13.05 - Комп'ютерні системи та компоненти
ГОНЧАРОВА ЛІДІЯ ЛЕОНІДІВНА
Киев - 2011
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана в Державному економіко-технологічному університеті транспорту Міністерства інфраструктури України
Науковий керівник: доктор технічних наук, професор
Стасюк Олександр Іонович, завідувач кафедри «Автоматизація та
комп'ютерно-інтегровані технології транспорту»
Державного економіко-технологічного
університету транспорту
Офіційні опоненти:
доктор технічних наук, професор
Віноградов Микола Анатолійович,
професор кафедри «Комп'ютерні
інформаційні технології»,
Національного авіаційного університету
кандидат технічних наук, старший
науковий співробітник
Чемерис Олександр Анатолійович,
учений секретар Інституту проблем моделювання
в енергетиці ім. Г.Є. Пухова НАН України
Захист дисертації відбудеться “_2_” листопада_2011 р. о _10_ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К26.820.04 при Державному економіко-технологічному університеті транспорту за адресою: 03049,
м. Київ - 49, вул. Лукашевича, 19.
З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Державного економіко-технологічного університету транспорту за адресою: 03049, м. Київ - 49, вул. Лукашевича, 19.
Автореферат розісланий “19_” _вересня_2011 р.
Вчений секретар спеціалізованої вченої ради К26.820.04,
кандидат технічних наук, доцент О.В. Шевченко
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
мережевий тяговий мікропроцесорний електричний
Актуальність теми. Електричній галузі в умовах ринку висувається ряд підвищених вимог в процесі виробництва, передачі й споживання електроенергії. В зв'язку з цим важливою проблемою організації ефективного функціонування в системах електропостачання є забезпечення їх надійності і якості роботи, включаючи організацію економії електричної енергії, що зумовлено зростанням її частки в собівартості продукції, яка досить висока на енергоємних технологічних виробництвах. В той же час, розглядаючи через призму фізичного та морального старіння електротехнічного обладнання, що находиться в експлуатації, можна також виявити додаткові негативні впливи не тільки на економічність режимів і збільшення собівартості електроенергії, а в деяких випадках і на надійність функціонування енергосистеми. Одним із представницьких споживачів електричної енергії є залізничний транспорт, система електропостачання якого тісно пов'язана з єдиною енергосистемою, а також застосовується для живлення районних і не тягових споживачів. До особливостей систем електропостачання залізниць можна віднести велику нерівномірність навантажень, труднощі захисту від короткого замикання, несинусоїдальність і несиметрія струму, істотний вплив на лінії передачі інформації. Високий рівень фізичної й моральної зношеності електротехнічного обладнання залізниць також сприяє істотному збільшенню витрат електроенергії і створенню ряду екологічних проблем. При такому стані розвиток системних аварій в зв'язку з ненадійністю устаткування й помилками персоналу, як показує досвід багатьох країн, може привести до багатомільйонних економічних втрат. Тому, природним рішенням проблеми забезпечення надійності та якості функціонування існуючих тягових електричних мереж і відповідно покращення безпеки руху залізничного транспорту є безпосередньо комп'ютеризація технологічних процесів, що забезпечують передачу і споживання електроенергії. Найважливішими питаннями в цьому плані є інформатизація процесів оперативного й стратегічного керування, а також інтелектуалізація процедур управління на основі сучасних комп'ютерних систем і мережевих технологій. Досвід застосування комп'ютерних засобів і інформаційних технологій при рішенні задач технологічного управління в енергетиці показав, що для їхнього ефективного використання потрібна розробка нових принципів і методів керування режимами електричних мереж. Стало очевидним, що для істотного збільшення ефективності застосування сучасних інформаційних технологій необхідно провести дослідження спільних властивостей математичних моделей, методів, алгоритмів, задач управління, особливостей сучасних і перспективних мережних технологій, а також архітектурних особливостей інформаційно-керуючих комп'ютерних систем. Тільки при такому підході відкривається можливість реалізувати розробку нових шляхів і способів інформатизації, а також інтелектуалізації процесів керування, контролю й прогнозу надійності роботи силових електричних об'єктів і електричних мереж, а також істотно збільшити ефективність їх функціонування. Основою для рішення поставлених в дисертації задач стали роботи відомих вчених: Г.Е. Пухова, Б.С. Стогнія, О.В. Палагіна, В.Ф. Євдокимова, А.В. Праховника, А. В. Кириленка, О.Ф. Буткевича, А.П. Ладанюка, В.П. Боюна, В.П. Тарасенка, Г.И. Загарія, М.Ф. Сопеля, І.В. Жуковицького, В.І. Поддубняка, та ін.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалась згідно з планом науково-дослідних робіт Державного економіко-технологічного університету транспорту в рамках держбюджетних наукових тем №0107U000735 «Розробка комп'ютерних методів і систем безперервної діагностики і прогнозу технічного стану силового електричного обладнання тягових підстанцій залізниць», № 0102U000709 «Розробка методів синтезу комп'ютерних систем визначення технічного стану та екологічної безпеки електрообладнання тягових мереж залізниць», № 0102U000639, “Розробка проблемно-орієнтованих апаратно-програмних засобів моделювання та керування в енергетиці». Дисертаційна робота спрямована на виконання задач дослідження комплексної автоматизації електричних мереж і об'єктів залізниць і створення сучасних автоматизованих систем управління технологічними процесами.
Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є розробка принципів організації і методів синтезу комп'ютерних систем і мережевих технологій моніторингу параметрів режимів тягових електричних мереж і об'єктів, на основі дослідження спільних властивостей математичних моделей, методів, апаратно-орієнтованих алгоритмів і архітектур обчислювальних систем.
Основні задачі наукового дослідження сформульовані і реалізуються в наступних напрямках:
- аналіз сучасного стану і тенденції розвитку мережевих технологій підвищення надійності та ефективності функціонування тягових електричних мереж і об'єктів;
- розробка часової декомпозиції задач керування і на їх базі принципів організації і методології синтезу мережевих технологій моніторингу і ідентифікації параметрів режимів електричних мереж;
- проведення досліджень в області реєстрації первинної інформації у вигляді Т-спектрів і методів синтезу паралельних архітектур контролерів на основі матричних процесорів орієнтованих на сучасні інтегральні технології;
- розробка обчислювальних мереж моніторингу та ідентифікації режимів тягових електричних систем і комп'ютерно - орієнтованих методів визначення з високою точністю відстані до місця аварії;
- розробка комп'ютерних системи моніторингу електричних мереж на рівні тягових підстанцій, що реалізують реєстрацію доаварійних, аварійних і післяаварійних режимів синхронно за часом і роботою засобів захисту;
- проведення досліджень і розробка методів організації мікропроцесорних систем визначення відпрацьованого і залишкового ресурсу силового електричного обладнання тягових підстанцій в процесі його роботи;
- проведення комп'ютерного моделювання, експериментальних досліджень і впровадження систем моніторингу електричних мереж;
Об'єктом дослідження є процеси моніторингу і ідентифікації аварійних режимів електричних мереж.
Предмет досліджень - це принципи організації і методи синтезу комп'ютерних систем і мережевих технологій моніторингу і ідентифікації параметрів режимів тягових мереж, способи реєстрації первинної інформації у вигляді Т-спектрів, методи синтезу паралельних архітектур контролерів і мікропроцесорних систем визначення залишкового ресурсу силового електричного обладнання, математичні моделі і методи ідентифікації аварійних режимів.
Методи дослідження. Вирішення поставлених у дисертаційній роботі завдань базується на використанні методів системного аналізу, математичного моделювання, теорії оптимізації, методів параметричного і структурного синтезу, математичного апарату диференційних перетворень, методів імітаційного моделювання, експериментальних дослідженнях.
Наукова новизна одержаних результатів дисертації визначається наступними основними результатами:
- сформульовані принципи організації і методологія синтезу комп'ютерних систем і мережевих технологій моніторингу і ідентифікації параметрів режимів електричних мереж залізниць на основі запропонованої часової декомпозиції задач керування;
- розроблені методи синтезу паралельних архітектур швидкодіючих контролерів для рішення задач підвищеної інтелектуальної складності та розмірності на основі матричних процесорів орієнтованих на сучасні інтегральні технології;
- вперше запропоновано методи реєстрації первинної інформації моніторингу параметрів режимів тягових мереж у вигляді Т-спектрів, що являється основою для інтелектуальної обробки отриманих даних та розроблено математичні моделі і на їх базі компютерно - орієнтовані методи ідентифікації параметрів режимів тягових електричних мереж і методи визначення з високою точністю відстані до місця аварії;
- запропоновано комп'ютерні системи проведення моніторингу електричних мереж на рівня тягових підстанцій, що реалізують реєстрацію доаварійних, аварійних і післяаварійних режимів включаючи процедури інтелектуальної обробки інформації і отримали подальший розвиток методи організації спеціалізованих обчислювальних мереж моніторингу режимів систем електропостачання для тягових підстанцій, дистанцій електропостачання і залізниць;
- вперше запропоновано методи організації мікропроцесорних систем, що реалізують з єдиних інформаційних позицій визначення в процесі роботи величини відпрацьованого і залишкового ресурсу силового електричного обладнання включаючи проведення моніторингу і контролю ізоляції високовольтних вводів силових трансформаторів.
Практичне значення отриманих результатів. Практична цінність роботи полягає в наступному:
- отримані здобувачем наукові результати доведені до конкретних інженерних методик, алгоритмів, програмних і апаратних реалізацій;
- запропоновано інженерні методи побудови швидкодіючих контролерів з паралельною архітектурою на основі матричних процесорів з врахуванням особливостей виготовлення їх в інтегральному виконанні;
- розроблено та запропоновано ряд конкретних схемних реалізацій комп'ютерних систем і обчислювальних мереж для проведення безперервного контролю і визначення місця аварії силових електричних систем на рівні тягових підстанцій, дистанцій електропостачання і залізниці вцілому;
- результати проведених в дисертаційній роботі досліджень впроваджено при створенні корпоративної системи моніторингу параметрів режимів, оцінки технічного стану і рівня надійності функціонування електричних мереж і силового обладнання залізниць.
Особистий внесок здобувача. У дисертаційній роботі основні результати проведених досліджень відповідно до мети та задач роботи, отримані автором самостійно. У роботах, написаних у співавторстві, автору належить: розробка нових методів організації архітектур комп'ютерних систем орієнтованих для проведення моніторингу, реєстрації нештатних режимів електричних мереж і силового обладнання тягових підстанцій [1]; моделі і алгоритми адаптації маршрутизації орієнтованих для корпоративних обчислювальних мережах залізниць [2]; методологічні підходи проектування засобів телекомунікації [3]; методи синтезу паралельних архітектур швидкодіючих контролерів з можливістю реконфігурації на основі матричних процесорів орієнтованих на сучасні інтегральні технології виготовлення [7].
Апробація результатів дисертації. Основні результати роботи доповідались, обговорювались і отримали позитивну оцінку на наступних міжнародних конференціях: Материалы Третьей научно-практической конференции «Проблемы экономики и управления на железнодорожном транспорте» - Судак, 2008; Материалы Четвертой научно-практической конференции «Проблеми та перспективи розвитку транспортних систем в умовах реформування залізничного транспорту: управління, економіка і технології» - Київ, 2008; Матеріали 21-й Міжнародної науково-практичної конференції «Перспективные компьютерные управляющие и телекоммуникационные системы для железнодорожного транспорта Украины»- Алушта, 2008; Матеріали 22-й Міжнародної науково-практичної конференції «Перспективные компьютерные управляющие и телекоммуникационные системы для железнодорожного транспорта Украины»- Алушта, 2009; Матеріали 24-й Міжнародної науково-практичної конференції «Перспективные компьютерные управляющие и телекоммуникационные системы для железнодорожного транспорта Украины»- Алушта, 2010; Матеріали V Міжнародної науково-практичної конференції «Проблеми та перспективи розвитку транспортних систем в умовах реформування залізничного транспорту: Управління, Економіка і технології» - Київ, 2011.
Публікації. Основні результати роботи дисертації опубліковано в 19 наукових працях, серед яких 7 наукових статей (три статті без співавторів), 4 патенти на корисну модель, 8 праць опубліковано в збірниках тез доповідей конференцій.
Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел та додатків. Загальний обсяг роботи складає 157 сторінки друкованого тексту, включає 25 рисунків, 1 таблицю, 7 графіків, список використаних джерел містить 86 найменувань на 11 сторінках, 2 додатки на 6 сторінках.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
У вступі обґрунтовано актуальність напрямку досліджень, представлено зв'язок дисертаційної роботи з науковими програмами, планами, темами, сформульовано мету і задачі досліджень, показано наукову новизну отриманих результатів і практичну цінність роботи, наведено відомості про апробацію результатів і їх впровадження.
У першому розділі проведено аналіз сучасних комп'ютерно-орієнтованих методів управління тяговими електричним мережами, намічені шляхи досліджень, показано, що перспективним напрямком забезпечення заданого рівня їх надійності і ефективності функціонування при незначних інвестиціях є безпосередньо комп'ютеризація технологічних процесів. На основі проведеного аналізу запропонована часова декомпозиція задач керування електричними мережами залізниць, перший рівень якої пов'язаний з комп'ютеризацією технологічних процесів для автоматичного рішення комплексу задач контролю і діагностики. Більш високим рівнем є інформатизація процесів оперативного і стратегічного управління, де для отримання достатнього об'єму інформації про стан функціонування електричної мережі реалізується безперервний моніторинг параметрів режимів і на базі отриманої інформації обчислюється ряд оцінок технічного стану як фрагментів, так і електричної мережі в цілому. На наступному рівні інтелектуалізації процедур прийняття рішень реалізується обробка інформації в багаторівневому комп'ютерному середовищі за допомогою сучасних методів ситуаційного моделювання для формування варіантів управлінських рішень, а також моделюються задачі оптимізації технологічних процесів функціонування. Розглянуті концептуальні основи організації архітектури корпоративної інтегрованої компютерної системи для підвищення ефективності управління електричними мережами залізниць, для реалізації якої запропоновано сукупність взаємозалежних принципів таких, як принцип єдиного інформаційного простору і синхронності та єдності вимірювання первинної інформації в розподілених електричних мережах, що являється загальним принципом синтезу розподіленого багаторівневого комп'ютерного середовища. Принцип єдиної синхронної інформаційної взаємодії, суть якого полягає в організації вимірювання первинної інформації з єдиних інформаційних позицій. Принцип підтримки єдиної моделі даних. Принцип ідентифікації нештатних режимів електричних мереж з єдиних загальносистемних позицій і принцип розподіленої обробки даних і єдиного інформаційного простору. На базі запропонованих принципів розглянуто методологію організації комп'ютерних систем і мережевих технологій моніторингу і ідентифікації режимів, що базується на дослідженнях спільних властивостей математичних моделей, методів і обчислювальних архітектур. Завдяки особливостям технологічних процесів, пов'язаних з виконанням передачі і споживанням електричної енергії, формується об'єднана математична модель, що відображає специфіку і режими функціонування тягових мереж залізниць, яка реалізується шляхом зливання ряду локальних математичних моделей, кожна із яких відображає відповідно клас задач пов'язаних з комп'ютеризацією електричних мереж, інформатизацією оперативно-технологічного управління, а також задач інтелектуалізації процедур прийняття рішень. Розглянуті питання організації узагальнених математичних моделей формування управлінських рішень.
В другому розділі досліджено та запропоновано методи реєстрації первинної інформації моніторингу параметрів нормальних і аварійних режимів електричних мереж на основі застосування диференційних перетворень представлення первинних даних у вигляді Т-спектрів, що реалізується відповідною парою залежностей
де - оригінал; - диференціальне зображення оригіналу представляє собою дискретну функцію цілочисленого аргументу - масштабна постійна; - символ відповідності між оригіналом і диференціальним зображенням . Для одержання дискрет функції , отриманої шляхом виконання моніторингу параметрів режиму з метою уникнення операції диференціювання на основі прямого диференційного перетворення, запишемо систему алгебраїчних рівнянь виду
, .
Рішення системи дозволить отримати дискрет , що відображають , які являються основою для інтелектуальної обробки отриманої інформації в - області з наступним переходом в область оригіналів з метою прийняття управлінських рішень. На основі диференційних перетворень запропоновані методи організації мікропроцесорних пристроїв орієнтованих для синхронного виміру параметрів режимів в різних точках тягової електричної мережі. Швидкий розвиток сучасних інтегральних технологій виготовлення надвеликих інтегральних схем і заказних програмуємих логічних інтегральних схем високого рівня інтеграції відкрив можливість поставити питання синтезу нового класу мікроконтролерів з паралельною архітектурою для рішення задач підвищеної інтелектуальної складності і розмірності, які орієнтовані для удосконалення систем керування бистроплинними процесами, що протікають в тягових електричних мережах. На основі застосування сучасних інтегральних технологій архітектура мікропроцесорного контролера з можливістю реконфігурації може бути описана як
F = < D, L, S, и> ,
де D ={Dij} - множина математичних методів для обчислення параметрів об'єкта керування, які є базовими в основі функціонування системи управління; L ={Lij} - множина алгоритмів керування формованих на основі відповідних методів; S ={Sil} - набір програмних компонентів, із яких формується допустиме описування синтезованої структури; и - процедура опису об'єкту керування.
Для раціонального вибору паралельної архітектури мікроконтролера запропоновано ряд варіантів постановки задачі оптимізації, яка полягає в знаходженні мінімуму цільової функції. Критерієм якості є мінімальні сумарні апаратні затрати на реалізацію всіх алгоритмів ,
,
,
де - час реконфігурації кристала за допомогою файлу конфігурації, для кожного кристала = const і залежить від типу кристала; - допустимий час виконання всіх алгоритмів.
Для організації паралельної обробки інформації в контролерах наведено методи синтезу швидкодіючих матричних процесорів орієнтованих на сучасні інтегральні технології виготовлення. Суть підходу полягає в тому, що математична модель на основі розрядних перетворень представляється в області зображень як і після проведення відповідних алгебраїчних перетворень може бути записана у вигляді системи розрядних рівнянь n-го порядку виду , . Розрядні рівняння можуть бути сформовані в явній формі, неявній або у вигляді розрядних рекурентних послідовностей і в залежності від типу рівнянь або їх комбінації можна сформувати наступні варіанти обчислювального процесу
;;
; .
Для кожного i=го розрядного рівняння синтезується електронна модель, об'єднавши які згідно отримаємо однорідний матричний процесор.
У третьому розділі для забезпечення високого рівня ефективності електроенергетичного обладнання на основі принципів і методології синтезу запропоновано способи організації локальних обчислювальних мереж спеціального призначення, в якості мережних вузлів яких використовується ряд мікропроцесорних систем, що реалізують моніторинг і ідентифікацію режимів тягових мереж, визначення запасу ресурсу високовольтних вимикачів, контроль діелектричних параметрів високовольтних трансформаторів. Тут вирішується комплекс задач, пов'язаних з комп'ютеризацією технологічних процесів, в аспекті часової декомпозиції процесу керування на рівні тягових підстанцій. Сукупність задач, пов'язаних з інформатизацією процесів оперативно- диспетчерського управління на рівні дистанції електропостачання, реалізується шляхом організації обчислювальних мереж регіонального рівня зв'язаних з локальними мережами тягових підстанцій за допомогою магістральних маршрутизаторів. Процес інтелектуалізації процедур прийняття оперативних, довгострокових і стратегічних рішень реалізується шляхом організації корпоративної обчислювальної мережі залізниці, що включає локальні і регіональні мережі в якості слабо пов'язаних сегментів. Досліджено формування математичних моделей та комп'ютерно-орієнтованих методів ідентифікації аварійних режимів при заземленні ізольованої нейтралі в момент аварії. Значення комплексної напруги фази , де відбулося коротке замикання, фактично може бути представлено у наступному вигляді
,
де, питомий комплексний фазовий і питомий міжфазовий опір; = опір дуги;,,, - комплексне значення струмів відповідних фаз короткого замикання; L - відстань до місця короткого замикання. Представимо у вигляді косинусної і синусної складових і отримаємо:
.
Введемо позначення:
і отримаємо вираз для визначення відстані L до місця короткого замикання:
.
Запропонована комп'ютерна система безперервного контролю і визначення місця аварії силових мереж на рівні тягових підстанцій. Вона включає мікропроцесорні системи моніторингу аналогових і дискретних сигналів. Обчислювальний процес в ній організовано таким чином, що реалізується моніторинг режиму і постійно формується блок доаварійної інформації аналогових і дискретних сигналів глибиною n періодів частоти живлення силової мережі. При появі нештатного режиму залишається первинна інформація за n періодів частоти живлення силової мережі доаварійного режиму і записується повністю аварійний і післяаварійних режими синхронно з роботою системи захисту. Після цього визначається відстань L до місця аварії, формується файл експрес-аварійної інформації, який передається на всі рівні управління і файл повної аварійної інформації, що видається за запитом. Запропоновано методи побудови і конкретні схемні реалізації мікропроцесорних систем для проведення з єдиних інформаційних позицій контрою і визначення поточного відпрацьованого ресурсу
,
де Ikср - величина середнього струму, що протікає по контактах повітряного високовольтного вимикача в процесі комутації за часу , а також визначення, що характеризує електричне зношення контактів в результаті виконання відповідної комутації в елегазових вимикачах. Розроблені методи організації мікропроцесорних пристроїв моніторингу і контролю ізоляції високовольтних вводів силових трансформаторів тягових підстанцій в реальному часі, що відкрило можливість проведення більш глибокого діагностування електричного обладнання і покращення якості роботи.
У четвертому розділі на основі сформульованих раніше сукупності принципів і методологій синтезу розроблено комп'ютерну систему контролю і ідентифікації режимів електричних мереж синхронно за часом і роботою системи захисту. Приведено результати експериментальних досліджень моніторингу нормальних і аварійних режимів, а також визначено відстань до місця аварії на рівні тягової підстанції. Наведено результат моніторингу фазової контактної мережі на тяговій підстанції Новоград. Із осцилограм, що зареєстровано комп'ютерною системою моніторингу і реєстрації режимів силових електричних мереж залізниці на тяговій підстанції Новоград видно, що 02.03.2010 р. в 9 годині 59 хвилин, 59 секунд і 430 мілісекунд було однофазне коротке замикання на лінії фідера контактної мережі №2 Судилово. Аварія з'явилась на фазі В. Відстань до короткого замикання 66,261 км. Довжина лінії 66,350 км. Як показано на осцилограмі, аварійний режим продовжувався біля ста мілісекунд. Результати виміру реалізовано на відмітці курсору і приведено в лівому вікні осцилограми. Значення діючого стуму короткого замикання в момент аварії Iдій=0,3663 кА, а величина миттєвого струму, що вимірюється по лінії курсору, відповідно Iмить=-1,2307 кА. Діапазон зміни струму від -1,26 кА до 1,25 кА. Дійсне значення напруги Uдій=23,6595 кВ і відповідно миттєве значення напруги по лінії курсору Uмить=-15,1182 кВ. Діапазон зміни напруги відповідно від -39,29 кВ до 39,29 кВ.
Рис.1. Осцилограми аварійного режиму
На осцилограмі також показано значення струму і напруги на фідері контактної мережі №1 Коростень. Дійсне і миттєве значення струму на цьому фідері дорівнює нулю, а Uдій= 26,0704 кВ, Uмить=-35,3351 кВ. При необхідності є також можливість показати роботу системи захисту, тобто динаміку відключення фідера від навантаження в момент аварійного режиму. При появі аварії автоматично формується файл-експрес аварійної інформації, який передається на всі рівні управління електропостачанням. При необхідності показується також робота системи захисту, тобто відключення фідера від навантаження. Файл-експрес аварійної інформації формується і передається автоматично після фіксації аварії на всі рівні управління. В цьому розділі приведено також результати синтезу паралельного матричного процесора на основі програмуючих логічних схем. На основі методів позиційної декомпозиції приведено математичну модель організації обчислювального процесу на рівні бінарних змінних
, .
де -, ,
при , , при ,
а також діаграма моделювання матричного процесора для обчислення
квадратного кореня
Рис. 2. Діаграма моделювання матричного процесора
Матричний обчислювач може бути використаний як компонент, наприклад, у вигляді бібліотечних елементів для реалізації складних обчислювальних і керуючих пристроїв і систем.
ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ТА ВИСНОВКИ
У дисертаційній роботі на основі проведених досліджень з єдиних інформаційних позицій спільних властивостей математичних моделей, методів, апаратно - орієнтованих алгоритмів і архітектури обчислювальних систем розв'язано наукову задачу з розробки методів і засобів організації комп'ютерних систем і мережевих технологій моніторингу параметрів режимів тягових електричних мереж і об'єктів, що забезпечують реєстрацію доаварійних, аварійних і післяаварійних режимів синхронно за часом і роботою систем захисту, завдяки чому значно покращились надійність і якість функціонування системи електропостачання потягів.
1. Проведено аналіз сучасного стану силових електричних об'єктів і систем керування ними на основі чого показано, що сучасні тенденції забезпечення високого рівня ефективності електроенергетичного виробництва безпосередньо пов'язані з його інформатизацією та інтелектуалізацією процедур керування. Показано, що використання нових інформаційних технологій є найбільш перспективний і найменш витратний шлях підвищення надійності та ефективності функціонування електричних мереж у порівнянні з іншими підходами і не потребує значних інвестицій, але дозволить досить швидко та якісно забезпечити високий рівень якості роботи.
2. На основі проведеного аналізу запропонована часова декомпозиція задач керування електричними мережами залізниць, розроблені та запропоновані принципи організації і методологія синтезу розподілених комп'ютерних систем і мережевих технологій моніторингу і ідентифікації параметрів режимів, що базується на дослідженнях спільних властивостей математичних моделей, методів і обчислювальних архітектур.
3. Для удосконалення систем керування швидкоплинними процесами, що протікають в тягових електричних мережах, запропоновані методи синтезу паралельних архітектур швидкодіючих контролерів для рішення задач підвищеної інтелектуальної складності та розмірності, а також методи синтезу паралельних матричних процесорів як складових контролерів орієнтованих на сучасні інтегральні технології виготовлення надвеликих інтегральних схем, обробка даних в яких реалізується за один такт.
4. Вперше запропоновано методи реєстрації первинної інформації моніторингу параметрів нормальних і аварійних режимів електричних мереж на основі застосування математичного апарату диференційних перетворень і представлення даних у вигляді Т-спектрів, що являється основою для інтелектуальної обробки отриманої інформації і формування процедур прийняття управлінських рішень. Запропоновані методи організації мікропроцесорних пристроїв орієнтовані для синхронного виміру параметрів режимів в різних точках тягової електричної мережі.
5. Для забезпечення високого рівня ефективності електроенергетичного обладнання запропоновано методи організації спеціалізованих локальних обчислювальних мереж і технологій моніторингу та ідентифікації режимів електричних комплексів тягових підстанцій, локальних мереж регіонального рівня, що забезпечують моніторинг електричних систем дистанцій електропостачання і корпоративних обчислювальних мереж залізниць як основи вибору процедур оперативного керування і забезпечення функціонування розподілених баз даних.
6. Розроблено математичні моделі і на їх базі комп'ютерно - орієнтовані методи ідентифікації параметрів штатних і нештатних режимів тягових електричних мереж і на їх основі запропоновані методи визначення з високою точністю відстані до місця аварії на основі виконання заземлення і без заземлення нейтралі під час виміру параметрів режимів, що відкрило можливість значно покращити процедури оперативно-диспетчерського керування в процесі експлуатації і електропостачання залізничного транспорту.
7. Розроблено і запропоновано комп'ютерні системи орієнтовані для проведення моніторингу електричних мереж на рівні тягових підстанцій, що реалізують реєстрацію доаварійних, аварійних і післяаварійних режимів синхронно за часом і роботою засобів захисту електрообладнання, включаючи процедури інтелектуальної обробки інформації такі, як визначення відстані до місця аварії, діагностування технічного силового устаткування та прогнозу технічного стану електричних мереж, включаючи потужні об'єкти, завдяки чому суттєво покращилася якість функціонування та надійність систем електропостачання залізничного транспорту і, як наслідок, безпека руху.
8. Вперше запропоновано методи організації мікропроцесорних систем, що реалізують з єдиних інформаційних позицій контроль функціонування і прогноз залишкового ресурсу повітряних і елегазових високовольтних вимикачів, а також визначення їх відпрацьованого, залишкового і критичного ресурсу, завдяки чому стало можливим реалізувати безперервний контроль силового електричного обладнання тягових підстанцій в процесі його роботи, включаючи елементи інтелектуальної обробки первинної інформації.
9. Для забезпечення високого рівня надійності функціонування електричного обладнання тягових підстанцій запропоновані методи синтезу мікропроцесорних пристроїв проведення моніторингу та контролю ізоляції високовольтних вводів силових трансформаторів в процесі їх роботи, а також визначення граничних значень ряду параметрів, що відкрило можливість проведення більш глибокого діагностування і покращення якості роботи.
10. На базі проведених в роботі досліджень розроблена і впроваджена на Південно-західній залізниці комп'ютерна система моніторингу і ідентифікації аварійних режимів електричних мереж, приводяться результати експериментальних даних, зареєстрованих системою, у вигляді осцилограм струмів і напруг контактних мереж доаварійних, аварійних і післяаварійних режимів з фіксацією дати і часу аварії, а також роботи системи захисту та можливістю індикації миттєвих і дійсних значень по лінії курсору всього діапазону зафіксованих параметрів, включаючи визначення відстані до місця аварії. Приведені результати моделювання і часова діаграма роботи паралельного матричного процесора на базі кристалу програмованої логічної інтегральної схеми, що відтворює математичну залежність за час перехідного процесу і являється складовим компонентом мікропроцесорного контролера.
СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ
1. Щербакова И.А. Информационные технологии и компьютерные системы для обработки информации управления электронными сетями / Щербакова И.А., Тутик В.Л., Железняк А.Л., Гончарова Л.Л. // Збірник наукових праць. Випуск 49, «Транспортні системи і технології», Інститут проблем моделювання в енергетиці - 2008.- № 49 - С. 35-41.
2. Баранов В.Л. Використання системноаналогових обчислювальних структур для адаптивної маршрутизації / Баранов В.Л., Мартинова О.П., Данилівна Г.В., Подлєсних Є.Г. Гончарова Л.Л. / Науково-технічний журнал. Інформаційно-керуючі системи на залізничному транспорті. - 2008. - № 1, - С. 24-28.
3. Лунтовский А.О. Методология эффективный инструментарий автоматизированного проектирования телекоммуникационных систем. / Лунтовский А.О., Стасюк А.И., Щербакова И.А., Гончарова Л.Л. Подлесных Е.Г. // Науково-технічний журнал. Інформаційно-керуючі системи на залізничному транспорті - 2008.- № 3 - С. 32-42
4. Гончарова Л.Л. Комп'ютерні методи організації мікропроцесорних систем контролю і прогнозу залишкового ресурсу енергетичних об'єктів / Гончарова Л.Л. // Збірник наукових праць. «Моделювання та інформаційні технології», Інститут проблем моделювання в енергетиці - 2009.- № 53 - С. 103-108
5. Гончарова Л.Л. Информационные технологии мониторинга режимов электрических сетей на основе дифференциальных Т-моделей. / Гончарова Л.Л. // Науково-технічний журнал. Інформаційно-керуючі системи на залізничному транспорті. - 2009.- № 4 - С. 93-97
6. Гончарова Л.Л. Современные методы компьютерного анализа режимов функционирования сложных электрических объектов./ Гончарова Л.Л.// Зб. наук. праць. ІПМЕ НАН України - Вип-56. - К: - 2010. С. 17 - 24.
7. Опанасенко В.Н. Синтез реконфигурируемых вычислительных структур контроллеров на ПЛИС / В.Н. Опанасенко, И.А. Щербакова, А.Л. Железняк, Л.Л. Гончарова // Науково-технічний журнал. Інформаційно-керуючі системи на залізничному транспорті - 2010.- № 1 - С. 33-37
8. Пат. № 47570 G06F 9/00. Мікропроцесорний контролер з паралельною обробкою інформації / Щербакова І.О.; Стасюк О.І.; Опанасенко В.Н.; Возненко А.Д.; Гончарова Л.Л.; Железняк А.Л.; Подлесных Е.Г.; Державний економіко-технологічний університет транспорту; заявл. 02.09.2010; опубл. 10.02.2010, бюл. № 3 - 6 с.
9. Пат. № 44654 G06F 11/18. Комп'ютерна система моніторингу діелектричних параметрів і стану ізоляції високовольтних силових трансформаторів / Стогній Б.С.; Сопель М.Ф.; Стасюк О.І.; Буткевич О.Ф.; Тутик В.Л.; Гончарова Л.Л.; Пилипенко Ю.В.; Панов А.В.; Щербакова І.О.; Державний економіко-технологічний університет транспорту; заявл. 30.04.2009; опубл.12.10.2009 бюл. № 19 - 6 с.
10. Пат. № 44712 G06F 11/00 G07C 3/10. Мікропроцесорна система моніторингу і прогнозування залишкового ресурсу повітряних високовольтних вимикачів / Стогній Б.С.; Сопель М.Ф.; Стасюк О.І.; Щербакова І.О.; Гончарова Л.Л.; Тутик В.Л.; Железняк А.Л.; Михайлевський О.С.; Слинько В.М.; Державний економіко-технологічний університет транспорту; заявл. 18.05.2009; опубл. 12.10.2009 бюл. № 19 - 6 с.
11. Пат. № 41967 G06F 11/00.Комп'ютерна система моніторингу і визначення місця аварії силових мереж СЦБ / Стогній Б.С.; Сопель М.Ф.; Стасюк О.І.; Тутик В.Л.; Щербакова І.О.; Железняк А.Л.; Гончарова Л.Л.; Подлєсних Є.Г.; Державний економіко-технологічний університет транспорту; заявл. 17.06.2008; опубл. 25.06.2009 бюл. № 12 - 6 с.
12. Железняк А.Л.Организация компьютерных систем управления технолого-организационными процессами. / Железняк А.Л., Возненко А.Д., Гончарова Л.Л. // Материалы Третьей научно-практической конференции «Проблемы экономики и управления на железнодорожном транспорте» - Судак, 2008 - С. 220-221
13. Засядько А.А. Використання диференціальних перетворень для знаходження теплофізичних характеристик деталей вузлів залізничного транспорту / Засядько А.А., Почка С.И., Гончарова Л.Л. // Материалы Третьей научно-практической конференции «Проблемы экономики и управления на железнодорожном транспорте» - Судак, 2008, - С. 221-223
14. Баранов В.Л. Маршрутизация грузових потоков / Баранов В.Л., Мартинова О.П., Гончарова Л.Л. // Материалы Четвертой научно-практической конференции «Проблеми та перспективи розвитку транспортних систем в умовах реформування залізничного транспорту: управління, економіка і технології» - Київ, 2008 - С. 165-165
15. Железняк А.Л. Интегрированные компьютерные системы и технологии для обработки информации динамического управления / А.Л. Железняк, Л.Л. Гончарова // Матеріали 21-й Міжнародної науково-практичної конференції «Перспективные компьютерные управляющие и телекоммуникационные системы для железнодорожного транспорта Украины»- Алушта, 2008. - С. 12-13
16. Гончарова Л.Л. Реконфигурируемые вычислительные структуры контроллеров на ПЛИС / Л.Л. Гончарова, В.Н. Опанасенко // Матеріали 21-й Міжнародної науково-практичної конференції «Перспективные компьютерные управляющие и телекоммуникационные системы для железнодорожного транспорта Украины»- Алушта, 2008. - С. 19-19
17. Гончарова Л.Л. Мікропроцесорна система моніторингу і прогнозу залишкового ресурсу / Л.Л. Гончарова // Матеріали 22-й Міжнародної науково-практичної конференції «Перспективные компьютерные управляющие и телекоммуникационные системы для железнодорожного транспорта Украины»- Алушта, 2009. - С. 13-13
18. Гончарова Л.Л. Организация вычислительных систем монторинга на основе дифференциальных Т-моделей / Л.Л. Гончарова // Матеріали 23-й Міжнародної науково-практичної конференції «Перспективные компьютерные управляющие и телекоммуникационные системы для железнодорожного транспорта Украины»- Алушта, 2010. - С. 9-9
19. Гончарова Л.Л. Методи реєстрації первинної інформації на основі диференційних Т-моделей / Гончарова Л.Л.// Матеріали V Міжнародної науково-практичної конференції «Проблеми та перспективи розвитку транспортних систем в умовах реформування залізничного транспорту: Управління, Економіка і технології» - Київ, 2011. - С. 244
АНОТАЦІЯ
Гончарова Л.Л. Методи та засоби організації комп'ютерних систем і мережевих технологій моніторингу і ідентифікації аварійних режимів. -Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.05 - «Комп'ютерні системи та компоненти». - Державний економіко-технологічний університет транспорту, Київ, 2011 р.
В дисертаційній роботі розроблені та досліджені нові методи організації компютерних систем і мережевих технологій моніторингу параметрів режимів тягових електричних мереж і способи ідентифікації аварій. Сформульовано сукупність взаємозалежних принципів організації і методологію синтезу розподілених комп'ютерних систем і, на їхній базі, розроблений ряд конкретних архітектурних реалізацій орієнтованих на виконання з єдиних інформаційних позицій моніторингу параметрів електричної мережі, визначення залишкового ресурсу електричного обладнання і реєстрацією доаварійних, аварійних і післяаварійних режимів синхронно за часом і роботою мікропроцесорної системи захисту. Розроблено методи синтезу паралельних архітектур швидкодіючих контролерів для рішення задач підвищеної складності. Запропоновано математичні моделі і методи ідентифікації параметрів штатних і нештатних режимів тягових мереж. Розроблена комп'ютерна система моніторингу і визначення відстані до місця аварії яка впроваджена на тягових мережах залізниць.
Ключові слова: комп'ютерні системи, мережеві технології, математичні моделі, методи, електричні мережі, ідентифікація, мікропроцесорні пристрої.
АННОТАЦИЯ
Гончарова Л.Л. Методы и средства организации компьютерных систем и сетевых технологий мониторинга и идентификации аварийных режимов.-Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.05 - «Компьтерные систиемы и компоненты» -Государственный экономико-технологический университет транспорта, Киев, 2011 г.
В диссертационной работе разработаны и исследованы новые методы организации компьютерних систем и сетевых технологий для мониторинга параметров режимов тяговых электрических сетей и идентификации аварий. Сформулирована совокупность взаимозависимых принципов организации и методология синтеза распределенных компьютерных систем и сетей, и на их базе разработано ряд конкретных архитектурных реализаций ориентированных на выполнение с единых информационных позиций мониторинга параметров электрических сетей и регистрации доаварийный, аварийных и послеаварийных режимов синхронно по времени и работы системы защиты. Рассмотрены способы формирования файлов экспресс - информации с последующей передачей их на все уровни управления. На основе изложенных способов формирования матричных процессоров на основе современных интегральных технологий изготовления разработаны методы синтеза параллельных архитектур быстродействующих контроллеров для решения задач повышенной интеллектуальной сложности и размерности. Впервые, на основе дифференциальных преобразований предложены методы и микропроцессорные средства регистрации первичной информации в виде Т-спектров для синхронного измерения параметров в разных точках электрической сети, что является основой интеллектуальной обработки полученной информации и формирования процедур принятия управленческих решений. Показана организация корпоративной вычислительной сети железной дороги как основы формирования процедур оперативного управления. Разработаны математические модели и методы идентификации штатных и не штатных режимов электрических сетей. Разработаны методы организации микропроцессорных средств для определения и прогноза остаточного ресурса высоковольтных воздушных и элегазовых выключателей. Предложена микропроцессорная система для беспрерывного контроля изоляции высоковольтных вводов силовых электрических трансформаторов с целью минимизации потерь электроэнергии. Рассмотрены вопросы моделирования матричных процессоров как составных звеньев быстродействующих контроллеров. В результате проведенных исследований разработана и внедрена на Юго-Западной железной дороге компьютерная система мониторинга и идентификации аварийных режимов тяговых сетей, приводятся результаты экспериментальных исследований.
Ключевые слова: компьютерные системы, сетевые технологи, математические модели, методы, электрические сети, идентификация, микропроцессорные устройства.
ANNOTATION
Goncharova L.L. Methods and means to organization of computer systems and network technologies for monitoring and identification of emergency modes.
Thesis for scientific degree of the Candidate of Technical Sciences in the specialty 05.13.05 - “Computer systems and components”. State economy-technological transport university, Kyiv, 2011.
In this dissertation new methods for organization of computer systems and network technologies of monitoring parameters in traction power lines and means to identify faults were developed and analyzed. Complex interdependent organization principles and methodology of synthesis of distributed computer system were stated. On that basis architectural implementations oriented on detection of electric equipment's residual life and registration of prefault state, emergency state and postemergency state synchronized by time and work of c protection system were developed. Synthetic procedures of parallel architecture fast controllers for solution of difficult tasks were developed. Mathematical models and identification methods for regular and irregular modes of traction power lines parameters were offered. Computer system for monitoring and identifying fault locations was developed and implemented on traction power lines of railroad.
Main terms: computer systems, network technologies, mathematical models, methods, power lines, identification, microprocessor equipment.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Особливості архітектури комп'ютерних мереж. Апаратні та програмні засоби комп'ютерних мереж, їх класифікація та характеристика. Структура та основні складові комунікаційних технологій мереж. Концепції побудови та типи функціонування комп'ютерних мереж.
отчет по практике [1,2 M], добавлен 12.06.2015Аналіз фізичної організації передачі даних по каналах комп'ютерних мереж, топологія фізичних зв'язків та організація їх сумісного використання. Методи доступу до каналів, настроювання мережевих служб для здійснення авторизації доступу до мережі Інтернет.
дипломная работа [2,6 M], добавлен 12.09.2010Класифікація комп'ютерних мереж. Забезпечення функціонування локальної мережі за допомогою сервера. Топологія локальної мережі. Оптоволоконний інтерфейс до розподілених даних FDDI. Бездротові технології Wi-Fi, Bluetooth, GPRS. Мережеві апаратні засоби.
реферат [561,2 K], добавлен 15.03.2013Визначення поняття і дослідження структури топології комп'ютерних мереж як способу організації фізичних зв'язків персональних комп'ютерів в мережі. Опис схеми топології типів шина, зірка і кільце. Багатозначність структур топології комп'ютерних мереж.
реферат [158,1 K], добавлен 27.09.2012Критерії процесу та вибір альтернативного рішення. Методи організації інформаційних систем. Інформаційні технології. Історія розвитку персональних компьютерів, компьютерних мереж та їх зв’язок з розвитком інформаційних систем управління економікою.
контрольная работа [36,5 K], добавлен 27.10.2008Вивчення історії кафедри "Комп’ютерної інженерії". Дослідження процесу складання, монтажу, налагодження, тестування апаратного забезпечення комп’ютерних систем і мереж. Науково-дослідні роботи у лабораторії "Програмного забезпечення комп’ютерних систем".
отчет по практике [23,9 K], добавлен 01.03.2013Апаратні та програмні засоби комп'ютерних мереж, необхідність об'єднання ПК у одне ціле - локальну обчислювальну мережу. Вимоги, які висуваються до сучасних технологій обміну даними. Середовище обміну, канали, пристрої передавання та приймання даних.
реферат [549,2 K], добавлен 18.03.2010Периферійне обладнання: види, призначення, технічні характеристики. Поняття звіту як засобу організації даних при обробці баз даних засобами системи Microsoft Access. Протоколи середнього та високого рівня у мережевих технологіях. Поняття браузера.
контрольная работа [1,2 M], добавлен 05.06.2011Оцінювання та засоби підвищення надійності інформаційних технологій протягом усього життєвого циклу програмного забезпечення на основі негомогенного пуасонівського процесу та обчислення її параметрів, з урахуванням сучасних тенденцій тестування.
автореферат [52,0 K], добавлен 10.12.2010Таксономія як наука про систематизації та класифікації складноорганізованих об'єктів і явищ, що мають ієрархічну будову, її принципи та значення. Загрози безпеці комп'ютерних систем, прийоми та методи її забезпечення. Механізми шифрування інформації.
контрольная работа [13,2 K], добавлен 26.01.2011
