Electrical Engineering and Power Engineering (EE&PE - E-Journal) / Електротехніка та електроенергетика
Not a member yet
396 research outputs found
Sort by
Поновлення регресійної моделі для унормування питомих витрат енергії
No full textPurpose. To develop a method of updating the regression model for the normalization of specific energy consumption in the presence of frequent and significant changes in the energy efficiency of the production process.
Methodology. Analysis of existing methods of updating regression models, comparison of their possibilities, and synthesis of the method of updating the model in conditions of frequent and significant changes in the energy efficiency of the production process.
Findings. It was established that in the presence of a significant number of possible variants of structural and mode changes in the energy consumption of the control object, the introduction of associated variables into the regression model is problematic, as it requires an increase in the number of experimental data in conditions of their expected heterogeneity. The flaw of the well-known regression model for normalizing the power consumption of the object of control is revealed, which consists of the fact that the model does not take into account the last values in the sequence of their appearance of experimental data obtained in the process of energy efficiency control. This reduces the accuracy of predicted energy consumption values. It is proposed to update the regression model every time after performing the energy efficiency control and sample adjustment. Adjustments are implemented by checking the homogeneity of the obtained experimental data, followed by their addition to the elements of the existing sample and removal (if necessary) from the sample of outdated data. The defined sequence of adjustment of the initial data allows timely updating of the model and implementation of the forecast of specific energy consumption, entering data reflecting the latest changes that occurred in the facility's energy supply. The proposed method of updating the model implements the approximation in time of the moment of energy efficiency control to the moment of obtaining experimental data for building a regression dependence for normalizing energy consumption values. This helps to increase the accuracy of the forecast of normalized values. A significant change in the conditions of production of products with a violation of the homogeneity of data is accompanied by a transition to the transitional mode of adjustment, where it is proposed to reduce the number of elements of the existing sample, ensuring the sequential removal of the elements furthest from the next moment of control. Extraction continues until data homogeneity is achieved. During the daily control of the efficiency of electricity consumption, the change in the values of the regression model coefficients in the process of its renewal reflects the changes in the object's electricity consumption that occurred over the last day. This allows you to separate their impact from the impact of changes that occurred earlier and to assess the level of this impact.
Originality. For the first time, the shortcomings of the existing methods of updating regression models in the conditions of frequent and significant changes in the energy efficiency of the production process were identified. A method of updating the model under these conditions has been developed, which involves adjusting the sample of experimental data by changing the number of its elements and checking the homogeneity of the data.
Practical value is that the sequence of actions during the implementation of the developed method of updating the regression model is defined, which allows for an increase in the accuracy of calculating the normalized values of specific energy consumption.
Мета роботи. Розробити спосіб поновлення регресійної моделі для унормування питомих витрат енергії при наявності частих і суттєвих змін енергоефективності виробничого процесу.
Методи дослідження. Аналіз існуючих способів поновлення регресійних моделей, співставлення їх можливостей, синтез способу поновлення моделі в умовах частих і суттєвих змін енергоефективності виробничого процесу.
Отримані результати. Встановлено, що при наявності значної кількості можливих варіантів структурних і режимних змін в енергоспоживанні об'єкту контролю уведення в регресійну модель супутніх змінних є проблематичним, так як потребує збільшення кількості експериментальних даних в умовах їх очікуваної неоднорідності. Розкрито недолік відомої регресійної моделі для унормування електроспоживання об'єкта контролю, який полягає у тому, що модель не враховує значень останніх в послідовності їх появи експериментальних даних, отриманих у процесі контролю енергоефективності. Це знижує точність прогнозованих значень енергоспоживання. Запропоновано здійснювати поновлення регресійної моделі щоразу після виконання контролю енергоефективності і здійснення коригування вибірки. Коригування реалізують шляхом перевірки однорідності отриманих експериментальних даних з наступним приєднанням їх до елементів існуючої вибірки та вилученням (у разі необхідності) із вибірки застарілих даних. Визначена послідовність коригування вихідних даних дозволяє своєчасно здійснювати поновлення моделі і виконання прогнозу питомого енергоспоживання, вводячи дані, що відображають останні зміни, які відбулися в енергозабезпеченні об'єкта. Запропонований спосіб поновлення моделі реалізує наближення в часі моменту контролю енергоефективності до моментів отримання експериментальних даних для побудови регресійної залежності для унормування значень енергоспоживання. Це сприяє підвищенню точності прогнозу унормованих значень. Суттєва зміна умов виробництва продукції з порушенням однорідності даних супроводжується переходом в перехідний режим коригування, де пропонується зменшувати кількість елементів існуючої вибірки, забезпечуючи послідовне вилучення найбільш віддалених від наступного моменту контролю елементів. Вилучення продовжують до досягнення однорідності даних. При щоденному контролі ефективності споживання електричної енергії зміна значень коефіцієнтів регресійної моделі в процесі її поновлення відображає зміни в електроспоживанні об'єкта, які відбулися за останню добу. Це дозволяє відокремити їх вплив від впливу змін, що сталися раніше та оцінити рівень цього впливу.
Наукова новизна. Вперше визначені недоліки існуючих способів поновлення регресійних моделей в умовах частих і суттєвих змін енергоефективності виробничого процесу. Розроблено спосіб поновлення моделі в цих умовах, що передбачає коригування вибірки експериментальних даних шляхом зміни кількості її елементів, перевірку однорідності даних.
Практична цінність полягає у визначенні послідовності дій при реалізації розробленого способу поновлення регресійної моделі, що дозволяє підвищити точність розрахунку унормованих значень питомого енергоспоживання.
Моделювання режимів буксування асинхронного електроприводу електромобіля
No full textPurpose. Creation a computer model of electric drive of an electric vehicle with the possibility of modeling in slippage modes, as well as the subsequent determination of slippage detection method as early as possible to further reducing or preventing slippage.
Methodology. Mathematical analysis and modeling.
Findings. Mathematical models in the structural form of the control system, power converter and motor are added in a simplified way, as the blocks. For compiling a computer model, the blocks of the control system and the power converter will be assembled using models of elements of power electric circuits. The model allows the ED simulation with a huge number of parameters varying – modeling slipping processes with one or two wheels, a sharp change in engine parameters, failure of one of the components of the power circuit, etc. Using the Simulink and SimPower packages of the Matlab software package, as well as the block diagram of the electric drive, a computer model of the ED was synthesized. Computer simulation of dynamic processes in the electric drive during a collision, as well as pulling away on the road surface with a reduced coefficient of friction, was carried out. The obtained diagrams fully correspond to the real physical processes occurring in the electric vehicle and give reason to believe that the constructed mathematical and computer models are adequate. Proceeding from this, electromechanical transients in the electric drive during acceleration with slipping and one wheel runover a road surface with reduced traction were obtained and analyzed. As a result of this analysis, the most optimal and reliable way to determine the skidding mode for its further elimination was determined.
Originality. Computer model of the asynchronous electric drive of an electric vehicle with a detailed mechanical part, taking into account the mechanical differential gear, was built. The model allows the ED simulation with a huge number of parameters varying – modeling slipping processes with one or two wheels, a sharp change in engine parameters, failure of one of the components of the power circuit, etc.
Practical value. Computer simulation was carried out for two modes: start of electric vehicle movement , when one of the wheels has been of on the road surface with a reduced coefficient of adhesion (0,1) since launch and acceleration with a collision with a surface with a reduced coefficient of adhesion (0,1) with one wheel at the moment of time of 6.3 s.Мета роботи. Створення комп’ютерної моделі електроприводу електромобіля з можливістю моделювання в режимах ковзання, а також подальше визначення методу виявлення ковзання якомога раніше для подальшого зменшення або запобігання ковзанню.
Методи дослідження. Математичний аналіз та моделювання.
Отримані результати. Математичні моделі в структурній формі системи керування, силового перетворювача та двигуна додаються спрощено, як блоки. Для складання комп'ютерної моделі блоки системи керування та силового перетворювача будуть зібрані за моделями елементів силових електричних кіл. Модель дозволяє моделювати ЕП з величезною кількістю змінних параметрів – моделювати процеси буксування одним або двома колесами, різку зміну параметрів двигуна, вихід з ладу одного з компонентів силового ланцюга тощо. З використанням пакетів Simulink та SimPower програмного комплексу Matlab, а також структурної схеми електроприводу, була синтезована комп'ютерна модель ЕП. Проведено комп’ютерне моделювання динамічних процесів в електроприводі під час наїзду, а також рушання з дороги зі зниженим коефіцієнтом тертя. Отримані діаграми повністю відповідають реальним фізичним процесам, що відбуваються в електромобілі і дають підстави вважати, що побудовані математичні та комп’ютерні моделі є адекватними. Виходячи з цього отримано та проаналізовано електромеханічні перехідні процеси в електроприводі під час розгону з пробуксовкою та наїзду одного колеса на дорожнє покриття зі зниженим зчепленням. В результаті цього аналізу визначено найбільш оптимальний і надійний спосіб визначення режиму заносу для його подальшого усунення.
Наукова новизна. Побудовано комп’ютерну модель асинхронного електроприводу електромобіля з детальною механічною частиною з урахуванням механічного диференціала. Модель дозволяє моделювати електропривод з величезною кількістю змінних параметрів – моделювати процеси буксування одним або двома колесами, різку зміну параметрів двигуна, вихід з ладу одного з компонентів силового ланцюга тощо.
Практична цінність. Комп'ютерне моделювання проводилося для двох режимів: початок руху електромобіля, коли одне з коліс з моменту запуску знаходилося на поверхні дороги зі зниженим коефіцієнтом зчеплення (0,1) та розгін з наїздом на поверхню зі зниженим коефіцієнтом зчеплення (0,1) одним колесом у момент часу 6,3 с
Методика передпроєктного вибору компонентів FPV квадрокоптерного типу за заданими значеннями тяги, швидкості та часу польоту
Get PDFPurpose. Develop a methodology for the pre-project selection of quadcopter-type UAV components for the creation of drones based on the specified criteria.
Methodology. Mathematical analysis and modeling.
Findings. The paper presents a comprehensive framework aimed at facilitating the rapid assembly of customizable multirotor unmanned aerial vehicles (MR-UAVs) tailored to specific mission requirements, all without the need for tools. This modular approach encompasses the development, implementation, and evaluation of a structured process that guides operators through selecting hardware components such as sensors, actuators, propellers, motors, batteries, and electronic speed controllers. This meticulous selection process is pivotal in achieving the desired flight characteristics of the MR-UAV. Furthermore, a software tool has been devised to streamline the equipment selection process and accurately compute flight time. The flight time calculation algorithm, rooted in data obtained from brushless motor and propeller analyses conducted using a traction stand/dynamometer, has undergone rigorous testing to ensure reliability and precision. The framework itself comprises five distinct modules: controller, transmission, video, communication, and payload. These modular components afford users the flexibility to mix and match according to the demands of their specific application, enabling the swift assembly of an MR-UAV optimized for the task at hand. To validate the efficacy of the framework, a prototype was constructed and subjected to rigorous testing, confirming the soundness of the design. Notably, the versatility of this framework is exemplified through the creation of three distinct modular MR-UAV profiles. These profiles cater to diverse applications: surveillance, emphasizing extended flight time; delivery, prioritizing larger payload capacity; and a hybrid configuration allowing seamless transition between battery power sources mid-flight. In essence, this paper not only introduces a modular framework for MR-UAV assembly but also underscores its practicality and adaptability through real-world implementation and testing across varied mission profiles.
Originality. For this section of the abstract should determining the most important results that reflect originality of work. The algorithm proposed in the article is based on an approach that allows adapting MR-UAVs at a higher level than previous systems. The infrastructure allows the user to configure flight characteristics (flight time, speed, maximum payload), as well as sensors and communication channels (video and data link) according to the requirements of a specific operation.
Practical value. To facilitate the process of selecting hardware components for frame modules, the paper presents an algorithm for estimating flight time, which is included in the process of building modular profiles. The algorithm has been tested and an average accuracy of 98.94% has been achieved for hover time-of-flight estimation. The design of the software is presented. This tool allows developers to analyze brushless motor and propeller data (obtained from the thrust stand), evaluate how gross weight and battery selection affect the MR-UAV (in terms of flight time, thrust-to-weight ratio, and maximum payload), and optimizes the process development of MR-UAV.Мета роботи. Розробити методику передпроєктного вибору компонентів БПЛА квадрокоптерного типу для створення дронів на основі заданих критеріїв.
Методи дослідження. Математичний аналіз та моделювання.
Отримані результати. У статті розроблено, реалізовано та оцінено модульну структуру, яка дозволяє операторам швидко зібрати без інструментів мультироторний безпілотний літальний апарат (МР-БПЛА) із індивідуальними характеристиками польоту для виконання вимоги місії. Розроблено поетапний процес вибору апаратних компонентів (датчиків, приводів, гвинта, двигунів, акумуляторів, електронних регуляторів швидкості) для модулів рамки для досягнення бажаних характеристик. Розроблено програмний засіб, який оптимізує процес вибору компонентів обладнання та розрахунок часу польоту. Перевірено алгоритм розрахунку часу польоту на основі даних безщіткового двигуна та гвинта, зібраних за допомогою тягового стенду/динамометра. Фреймворк складається з п’яти модулів (контролер, трансмісія, відео, зв’язок і корисне навантаження), що дозволяє користувачеві комбінувати модулі, щоб швидко зібрати МР-БПЛА, який найкраще відповідає вимогам бажаного застосування. Для перевірки дизайну фреймворку було реалізовано та протестовано прототип. Фреймворк був використаний для створення 3 модульних профілів МР-БПЛА, один для спостереження (тривалий час польоту), один для доставки (більший корисний вантаж), а третій профіль МР-БПЛА дозволяє форму перемикання, прив’язану до джерела живлення від батареї під час польоту.
Наукова новизна. Запропонований у статті алгоритм базується на підході, що дозволяє адаптувати МР-БПЛА на більш високому рівні, ніж попередні системи. Інфраструктура дозволяє користувачеві налаштовувати характеристики польоту (час польоту, швидкість, максимальне корисне навантаження), а також датчики та канали зв’язку (відео та канал передачі даних) відповідно до вимог конкретної операції.
Практична цінність. Щоб полегшити процес вибору апаратних компонентів для модулів каркасу, в роботі представлено алгоритм для оцінки часу польоту, який включено в процес побудови модульних профілів. Алгоритм перевірено, і середня точність 98,94% була досягнута для оцінки часу польоту зависання. Представлено дизайн програмного засобу. Цей інструмент дозволяє розробникам аналізувати дані про безщіткові двигуни та гвинти (отримані зі стенду тяги), оцінювати, як повна вага та вибір батареї впливають на МР-БПЛА (щодо часу польоту, співвідношення тяги до ваги та максимального корисного навантаження), а також оптимізує процес розробки МР-БПЛА
До питання побудови зварювальних інверторних джерел з підвищеним коефіцієнтом потужності
Get PDFPurpose. Design a power-factor-corrected, energy- and cost-efficient switchmode power supply for welding.
Methodology. It is proposed to use the principle of direct conversion and to develop the "hybrid" power circuit consisting of a main power path using direct conversion and an auxiliary power path having a converter with an intermediate DC link with relatively low stored energy. Since a load to the welding power supply is the welding arc, its instantaneous power fluctuations during the mains voltage period essentially do not influence the welding process due to the thermal constant of the weld pool molten metal. Effective use of this features of the welding arc allows to optimize the power processing, reduce the amount of energy stored in the reactive elements of the circuit and improve the economical, mass and dimensional parameters of the supplies.
Findings. A new power factor corrected switchmode power supply topology is proposed utilizing beforementioned principles of power processing. The algorithm for calculating the switching frequency of supply power switches is given. To confirm the adequacy of the developed provisions, an experimental sample of the power supply was created. Oscillograms of mains voltage and source current consumption and oscillograms in output current limitation mode are obtained. The results of experiments showed that the supply has a power factor > 0.94 in a wide range of powers.
Originality. A distinctive feature of the supply is the absence of additional inductive components in the power path, a lower capacitance of the DC-link bulk capacitor and a simplified scheme for limiting its inrush current during initial charging. The supply has an increased open circuit voltage, independent of the mains voltage, which allows for easy arc ignition during manual arc welding.
Practical value. Due to the increased power factor, the current drawn from the mains is 30 % to 45 % lower than that of widespread inverter supplies without a power factor corrector. These features allow to simultaneously use more power supply units with the same mains current load, and/or to provide stable welding in conditions of a "weak" mains.Мета роботи. Розробка зварювального інвертора з корекцією коефіцієнта потужності, з невеликою собівартістю і низькими втратами енергії.
Методи дослідження. Запропоновано використати принцип прямого перетворення і розробити "гібридну" схему, що містить основний канал з безпосереднім перетворенням і допоміжний, який має перетворювач з проміжною ланкою постійного струму з невеликим запасом енергії. Оскільки навантаженням для зварювального джерела живлення є зварювальна дуга, миттєві коливання її потужності протягом періоду напруги мережі практично не впливають на процес зварювання через термічну постійну розплавленого металу зварювальної ванни. Ефективне використання особливостей навантаження джерел – зварювальної дуги – дозволяє оптимізувати силову частину, знизити запас енергії в реактивних елементах схеми і поліпшити економічні і масогабаритні параметри джерел.
Отримані результати. Проведений аналіз підходів до побудови інверторних зварювальних джерел з підвищеним коефіцієнтом потужності. Запропоновано нову топологію прямоходового інверторного зварювального джерела живлення з корекцією коефіцієнта потужності. На відміну від "класичних" схем з подвійним перетворенням енергії в розробленій схемі передбачена можливість живлення навантаження як безпосередньо від мережі, так і від накопичувача енергії, що є в джерелі. Наведений алгоритм розрахунку частоти перемикання силових ключів джерела, обчислення виконується в реальному часі за умови стабілізації амплітуди потокозчеплення первинної обмотки трансформатора. Розглянута можливість використання інверторних джерел, виконаних за представленою топологією і працюючих з описаним алгоритмом керування, у трифазній мережі живлення. Для підтвердження адекватності розроблених положень створений експериментальний зразок джерела живлення. Отримані осцилограми напруги мережі та споживаного струму джерела при потужності в навантаженні близько 1 кВт та осцилограми в режимі обмеження вихідного струму. Проведені експерименти показали, що джерело має коефіцієнт потужності більше 0,94 у широкому діапазоні потужностей.
Наукова новизна. Розроблене джерело не містить додаткових силових компонентів індуктивного типу, має знижену ємність накопичувального конденсатора у ланці постійного струму та спрощену схему обмеження зарядного струму конденсатора. Напруга холостого ходу джерела має підвищене значення, що не залежить від напруги мережі, це дозволяє забезпечити легкий підпал дуги при ручному дуговому зварюванні.
Практична цінність. За рахунок підвищеного коефіцієнта потужності середньоквадратичний струм, що споживається від мережі, на 30 – 45 % нижче, ніж у "класичних" інверторних джерелах без коректора коефіцієнта потужності. Це дозволяє забезпечити роботу більшої кількості таких джерел при тому ж струмовому навантаженні мережі та/або забезпечити стабільну роботу в умовах "слабкої" мережі
Реалізація керування енергопотоками підземних споживачів у залізорудній шахті
Get PDFPurpose. To enhance the capabilities of the power flow control algorithm to minimize the level of electricity consumption in the electric power system of an iron ore mine, this includes underground consumers.
Methodology. The research was conducted using the following methods: fuzzy attribute reduction of a coarse set, attribute reduction by QuickReduct, K-means, and the Hadoop platform.
Findings. The article considers and describes the methodology for implementing an algorithm for minimizing the levels of electricity consumption for underground consumers of an iron ore mine. An algorithm implementation of the Kanopy algorithm using the fast calculation function has been developed and improved.
Classification using the K-means method and its implementation in the basic Hadoop platform was carried out. An efficiently functioning and improved algorithm for source control has been built to minimize the volume of electricity consumption in underground consumers of an iron ore mine. The key advantage of this algorithm for practical application is its flexibility in operation: it provides several solution options, unlike typical mathematical methods, where only one solution option is offered to determine the sequence of solving the tasks and problems. This algorithm will allow its use with multiple methods for calculating key energy parameters, which will help reduce the excessive amount of data for calculating volumes given the uncertainty of energy consumption by underground consumers and avoid unnecessary calculation operations in a branched data structure with several solutions with a clear systematization.
Originality. The paper improves the practical implementation of the functioning algorithm, which allows increasing the accuracy and efficiency of calculations by eliminating excessive levels of power consumption by underground consumers of an iron ore mine.
Practical value. This research should be applied to the preventive assessment and analysis of the calculated volumes for reducing power consumption levels and their systematization using methods with a branched data structure for underground consumers of an iron ore mine. Two possible ways of further development and improvement of the state of energy and power equipment at mining enterprises (especially at an iron ore mine) are outlined.Мета роботи.. Удосконалити можливості роботи з алгоритму керування електро енергопотоками для мінімізації рівнів споживання електроенергії у електроенергетичній системі залізорудної шахти, до якої входять підземні споживачі.
Методи дослідження. Під час проведення дослідження застосовані методи: нечіткої редукції атрибутів грубої множини, скорочення атрибутів при швидкому розрахунку, K – середніх, базисна платформа Hadoop.
Отримані результати. Проведено розгляд та описано методологію реалізації алгоритму мінімізації рівнів споживання електроенергії для підземних споживачів залізорудної шахти. Розроблено та удосконалено реалізацію алгоритму Канопі з використанням функції швидкого розрахунку. Проведено розподіл на класи з використанням методу K – середніх та його реалізації у базисній платформі Hadoop. Побудовано ефективно функціонуючий і удосконалений алгоритм для керування джерелами з застосуванням мінімізації обсягів споживання електроенергії у підземних споживачах залізорудної шахти. Ключовою перевагою, для впровадження у практичне застосування даного алгоритму є його гнучкість у роботі: проявляється у забезпеченні кількох варіантів вирішення на відміну від типових математичних методів, де пропонується лише один його варіант розв’язку для визначення послідовності вирішення поставлених завдань та задач. Даний алгоритм дозволить використовувати його з множинними методами розрахунку ключових енергетичних параметрів, що допоможе зменшити надлишковий обсяг даних розрахунку обсягів враховуючи невизначеність обсягів енергоспоживання у підземних споживачів та уникнути зайвих розрахункових операцій у розгалуженій структурі даних з кількома розв’язками з чіткою їх систематизацією.
Наукова новизна. Проведено удосконалення практичної реалізації алгоритму функціонування, що дозволяє підвищити точність та ефективність розрахунків за рахунок усунення надлишкових рівнів споживаної потужності у підземних споживачів залізорудної шахти.
Практична цінність. Дане дослідження слід застосувати для превентивної оцінки та аналізу розрахованих обсягів по зменшенню рівнів споживаної потужності та їх систематизації за допомогою методів з розгалуженою структурою даних для підземних споживачів залізорудної шахти. Окреслено два можливі шляхи подальшого розвитку та удосконалення стану енергетики та енергетичного обладнання на гірничих підприємствах (в особливості на залізорудній шахті)
Алгоритм формування оптимальних схемотехнічних рішень локальних електроенергетичних систем що містять відновлювані джерела електроенергії
Get PDFPurpose. Formation of optimal circuit design solutions of the local mains with renewable power supply with take apart the minimum losses of electrical energy and reduct discounted costs.
Methodology. Math model of local mains with renewable power supply. The decomposition and reduction method for the structures of mains that are optimized. The method of potential surfaces. Methods of parametric optimization for the circuit design solutions.
Findings. It is noted that although the share of the renewable power supply continues to grow and develop rapidly, the industry still faces many challenges as: reduce electricity losses and annual costs, improve operation and maintenance efficiency, maintain mains stability, ensure safety and reliability of the power supply system with the renewable power supplies.
It is shown that an effective solution to these problems is possible only on the basis of the analysis of the prospects for the development of the local mains with renewable power supplies, the development of technical and organizational support mechanisms that will contribute to the construction of modern circuit design solutions.
Originality. It is proposed to apply the potential surface method for create the optimal structure of the local mains with renewable power supplies during its design and modernization, which allows optimizing the mains structure with take apart the minimum losses of electrical energy and reduct discounted costs.
Practical value. The algorithm of forming the structure of power supply systems is described, which realizes the simultaneous solution of the tasks of determining the count of the load nodes, distributing power receivers between them, determining the design of power supply, taking into account the discreteness of the design of the system elements.
The proposed formalized method of building optimal the circuit design solutions of the local mains with renewable power supplies during its design and modernization, which allows optimizing the mains structure with take apart the minimum losses of electrical energy and reduct discounted costs.
In addition, based on the joint use of evaluation and optimization models, the proposed method allows optimizing the loading of cable lines, which leads to a decrease in losses in them.
The results of numerical modeling based on the proposed algorithm are presented on the example of solving the problem of reconstruction of a section of the city mains after added renewable power supplies to it.Мета роботи. Формування оптимальних схемотехнічних рішень локальних електроенергетичних систем що містять відновлювані джерела електроенергії з точки зору мінімуму втрат електричної енергії та зниження річних приведених витрат.
Методи дослідження. Математичне моделювання локальних електроенергетичних систем що містять відновлювані джерела електроенергії. Методи декомпозиції та редукції схем систем електропостачання, що оптимізуються. Метод потенційних поверхонь. Методи параметричної оптимізації отриманих схемотехнічних рішень.
Отримані результати. Зазначено, що хоча частка відновлюваних джерел електричної енергії продовжує зростати і стрімко розвивається, однак галузь все ще стикається з багатьма проблемами, зокрема, як продовжувати знижувати втрати електричної енергії та річні приведені витрати, покращити ефективність експлуатації та обслуговування, підтримувати стабільність електромережі, забезпечити безпеку та надійність роботи системи електропостачання що містять відновлювані джерела електричної енергії.
Показано, що ефективне рішення зазначених проблем можливе лише на основи аналізу перспектив розвитку локальних електроенергетичних систем, які містять відновлювані джерела електричної енергії, розробки механізмів технічного та організаційного забезпечення, які сприятимуть побудові сучасних системних (схемотехнічних) рішень.
Наукова новизна. Запропоновано застосувати метод потенційної поверхні для побудові оптимальної структури локальної електроенергетичної системи при її проектуванні та модернізації в умовах присутності в ній відновлюваних джерел електричної енергії, який дозволяє оптимізувати структуру мережі з точки зору втрат електричної енергії та зниження річних приведених витрат.
Практична цінність. Описано алгоритм формування структури систем електропостачання, що реалізує одночасне вирішення завдань визначення кількості вузлів навантаження, розподілу електроприймачів між ними, визначення конструкції джерел живлення з урахуванням дискретності дизайн елементів системи.
Запропонована формалізована методика побудови оптимальних схемотехнічних рішень локальної електромережі з відновлюваними джерелами живлення при її проектуванні та модернізації, що дозволяє оптимізувати структуру електромережі з мінімальними втратами електроенергії та зменшити дисконтовані витрати.
Крім того, на основі спільного використання оціночних та оптимізаційних моделей запропонований метод дозволяє оптимізувати завантаження кабельних ліній що призводить до зменшення втрат в них.
Наведено результати чисельного моделювання на основі запропонованого алгоритму на прикладі розв’язання задачі реконструкції ділянки міської магістралі після підключення до неї відновлюваних джерел живлення
Дослідження напруги несиметрії у трифазних мережах з різними режимами нейтралі
Get PDFPurpose. Determination of the influence of network parameters with different neutral modes on the zero-sequence voltage
Methodology. The research methodology is based on the general theory of electrical engineering and, in particular, on the method of symmetrical components.
Findings. A mathematical model has been developed to establish the nature of the zero-sequence voltage change for different modes of the network neutral. The value of the zero-sequence voltages and the angles between the phase voltage vector with asymmetry and the zero-sequence voltage vector depending on the capacitive asymmetry, capacitance and active resistance of the network insulation for different neutral modes are established.
Originality. Conducted studies have shown that the largest increase in the zero-sequence voltage is observed at the asymmetry capacity, which is 10...30% of the network insulation capacity. Moreover, the relative capacitive asymmetry of the insulation when changing the values of the capacitance of the network relative to the ground has the most significant effect on the value of the zero-sequence voltage in networks with a compensated neutral and is practically excluded when the neutral of the network is completely isolated relative to the ground.
Practical value. For real parameters of the network, based on the results of theoretical and experimental studies, it is possible to judge the efficiency of existing protection devices and use them in the development of new principles and protection devices.Мета роботи. Визначення впливу параметрів мереж з різними режимами нейтралі на напругу нульової послідовності.
Методи дослідження. Методологія дослідження базується на загальній теорії електротехніки і, зокрема, на методі симетричних складових.
Отримані результати. Розроблено математичну модель для встановлення характеру зміни напруги нульової послідовності для різних режимів нейтралі мережі. Встановлено значення напруг нульової послідовності та кутів між вектором напруги фази з несиметрією та вектором напруги нульової послідовності залежно від ємнісної несиметрії, ємності та активного опору ізоляції мережі для різних режимів нейтралі.
Наукова новизна. Проведені дослідження показали, що найбільше зростання напруги нульової послідовності відзначається при ємності несиметрії, яка становить 10...30% від ємності ізоляції мережі. Причому найбільш суттєвий вплив відносна ємнісна несиметрія ізоляції при зміні значень ємності мережі відносно землі надає на величину напруги нульової послідовності в мережах з компенсованою нейтраллю і практично виключається при повністю ізольованій нейтралі мережі відносно землі.
Практична цінність. Для реальних параметрів мережі за результатами теоретичних та експериментальних досліджень можна судити про працездатність існуючих засобів захисту та використовувати їх при розробці нових принципів і пристроїв захисту
Мехатронна система для вивчення процесів керування на прикладі моделі літального апарату типу «Планер»
Get PDFPurpose. Development of a mechatronic system based on the example of a Glider type aircraft model for studying and researching its control processes.
Methodology. Physical experiment on the developed laboratory bench, computer modelling, calculation and analytical methods.
Findings. In the course of the study, the main processes of glider control were considered and analyzed: the interaction of the pilot's controls and the operating mechanisms of the wing. An analysis of the shortcomings and advantages of existing developments on the subject under study was carried out, taking into account the issues of mobility, economy, simplicity and reliability of implementation, as well as the possibility of using it as a training stand. A laboratory stand has been developed in the form of a mechatronic system based on the example of a "Glider" type aircraft model for studying and researching the interaction processes of control bodies and flight executive mechanisms. The software and hardware complex is connected using the USB interface. A SOC platform with an ArduinoUno microcontroller was used to process processor commands and convert them into aileron movements. The Logitech Extreme 3D joystick was chosen as the control interface. In order to increase the similarity to real systems, a certain delay (inertia) is provided between the moment of the operator's impact on the joystick and the response of the glider. Styrofoam was used as the material of the glider model. Servo drives MG-90S and DS-37 are used to control the position of the moving parts of the glider model. The airframe is rotated using a 28BYJ-48 engine. Software has been developed, the feature of which is easy setup and quick start-up of the laboratory stand. Provide for the possibility of keeping a log, which will allow analysis of the actions of the stand operator. As a result of the conducted research, the features of glider control and the structure of the mechanisms that ensure the control process were determined.
Originality. A mechatronic system of a "Glider" type aircraft model based on an ArduinoUno-based software-hardware complex has been proposed and developed, which differs from the existing ones by the presence of a program that provides easy setup and quick start-up of the aircraft, which allows you to study the interaction of control bodies and executive mechanisms flight.
Practical value. The developed laboratory stand based on the "Glider" type aircraft expands the possibilities of studying and researching electromechanical processes of automatic control systems of complex mechatronic objects.Мета роботи. Розробка мехатронної системи на прикладі моделі літального апарата типу «Планер» для вивчення та дослідження процесів керування ним.
Методи дослідження. Фізичний експеримент на розробленому лабораторному стенді, комп’ютерне моделювання, розрахунково-аналітичний.
Отримані результати. В ході дослідження було розглянуто та проаналізовано основні процеси керування планером: взаємодію органів керування пілота та діючих механізмів крила. Проведено аналіз недоліків та переваг існуючих розробок за досліджуваною тематикою з урахуванням питань мобільності, економічності, простоти і надійності виконання, а також можливості використання в якості навчального стенду. Розроблено лабораторний стенд у вигляді мехатронної системи на прикладі моделі літального апарата типу «Планер» для вивчення та дослідження процесів взаємодії органів керування та виконавчих механізмів польоту. Підключення програмно-апаратного комплексу здійснюється за допомогою інтерфейсу USB. Для обробки команд процесору та конвертації їх у рухи елеронів використано SOC платформу з мікроконтролером ArduinoUno. В якості інтерфейсу керування обрано джойстик Logitech Extreme 3D. З метою підвищення подібності до реальних систем передбачено певну затримку (інерцію) між моментом впливу оператора на джойстик та реакцією планера. Як матеріал моделі планера використано пінополістирол. Сервоприводи MG-90S та DS-37 використовуються для керування положенням рухомих частин моделі планера. Обертання планера здійснюється за допомогою двигуна 28BYJ-48. Розроблено програмне забезпечення, особливістю якого є легке налаштування та швидкий запуск лабораторного стенду. Передбачити можливість ведення журналу, який дозволить проводити аналіз дій оператора стенду. В результаті проведеного дослідження було визначено особливості керування планером та структуру механізмів, що забезпечують процес керування.
Наукова новизна. Запропоновано та розроблено мехатронну систему моделі літального апарату типу «Планер» на основі програмно-апаратного комплексу на базі ArduinoUno, який відрізняється від існуючих наявністю програми, яка забезпечує легке налаштування та швидкий запуск літального апарату, що дозволяє досліджувати взаємодію органів керування та виконавчих механізмів польоту.
Практична цінність. Розроблений лабораторний стенд на основі літального апарату типу «Планер» розширює можливості вивчення та дослідження електромеханічних процесів систем автоматичного керування складними мехатронними об’єктами
Нечітка модель компенсації факторів старіння розподільних трансформаторів
Get PDFPurpose. This paper aims to evaluate the negative factors that affect the aging of power distribution transformers, develop a fuzzy control model for their compensation, and study the results of applying the proposed model to different modes of the electrical power network.
Methodology. The mathematical method of fuzzy logic was used to implement the control system of the power grid operating modes.
Findings. The article presents a structure based on fuzzy logic for compensating depreciation factors of distribution transformers. A tuning algorithm and measures were developed to optimize the transformer's load level and power factor. The developed model analyzes the parameters and factors affecting the normal operation of the transformer and warns of dangerous factors that threaten reliability and may lead to a malfunction. In addition, the efficiency of PV generating stations, shunt capacitor banks, and energy storage systems installed on the secondary voltage side to preserve the service life of distribution transformers was analyzed and discussed.
Originality. The paper further develops the fuzzy logic models used to optimize the operation of the power grid and compensate for the aging factors of power distribution transformers
Practical value. The results obtained in the paper can be used to build an optimal system for controlling the operation modes of the electric power grid, which reduces the factors that accelerate the aging of power distribution transformers.Мета роботи. Метою даної роботи є проведення оцінки негативних факторів, що впливають на старіння силових розподільних трансформаторів, розробка нечіткої моделі управління засобами їх компенсації та дослідження результатів застосування запропонованої моделі для різних режимів роботи електричної мережі.
Методи дослідження. Для реалізації системи управління режимами роботи електричної мережі був використаний математичний метод нечіткої логіки.
Отримані результати. В роботі представлено структуру на основі нечіткої логіки для компенсації факторів старіння розподільних трансформаторів. Було розроблено алгоритм налаштування та розроблено заходи, спрямовані на оптимізацію рівня навантаження та коефіцієнта потужності трансформатора. Розроблена модель аналізує параметри та фактори, що впливають на нормальну роботу трансформатора, і попереджає про наявність небезпечних факторів, які становлять загрозу надійності та можуть призвести до несправності. Крім того, було проаналізовано та обговорено ефективність фотоелектричних генеруючих станцій, батарей шунтових конденсаторів і систем накопичення енергії, встановлених на стороні вторинної напруги, для збереження терміну служби розподільних трансформаторів..
Наукова новизна. В роботі отримали подальший розвиток моделі нечіткої логіки, що використовуються для оптимізації роботи електричної мережі та компенсації факторів старіння силових розподільних трансформаторів.
Практична цінність. Отримані в роботі результати можуть бути використані для побудови оптимальної системи управління режимами роботи електричної мережі, яка зменшує фактори, що прискорюють старіння силових розподільних трансформаторів
Розробка та дослідження методу контролю аномальної поведінки процесу доменної плавки
Get PDFPurpose. To develop and investigate a method for controlling the blast furnace process in the absence of an analytical description of its behavior, which allows for the detection of anomalies in the production process.
Methodology. This study utilizes methods for evaluating and forecasting time series based on the Kalman filter algorithm, fractal analysis, and nonlinear dynamics.
Findings. A method has been developed that allows for the evaluation and forecasting of non-stationary stochastic processes with an unknown analytical model. This method includes an embedded anomaly detection procedure based on the 3-sigma method. Research was conducted on real-time series data of the chemical composition of cast iron at the blast furnace output. It has been demonstrated that the developed method effectively detects anomalies in the process behavior. A possible implementation of a control system using the proposed method has been considered.
Originality. For the first time, a modification of the suboptimal Kalman-type filter-forecaster has been developed, invariant to the properties of the processed process. This modification improves the reliability and accuracy of forecasting non-stationary processes when it is impossible to obtain their analytical model and detects production process anomalies using an embedded procedure based on the 3-sigma method. For the first time, a study of time series data on the chemical composition of cast iron at the blast furnace output using the 3-sigma method has been conducted, which allowed for the identification of zones with anomalous values and outliers, indicating significant deviations in the production process behavior.
Practical value. This research expands existing quality control methods in the metallurgical industry and demonstrates the effectiveness of the statistical 3-sigma method for monitoring and analyzing time series in real production conditions. The obtained results can be used to develop more accurate quality control systems and take prompt corrective actions.Мета роботи. Розробити та дослідити метод контролю доменного процесу за відсутності можливості аналітичного опису його поведінки, котрий дозволяє виявляти аномалії виробничого процесу.
Методи дослідження. У цій роботі використані методи оцінки та прогнозу часових рядів на базі алгоритму фільтра Калмана, фрактального аналізу та нелінійної динаміки.
Отримані результати. Розроблено метод, що дозволяє виконувати оцінку та прогноз нестаціонарних стохастичних процесів з невідомою аналітичною моделлю, котрий включає вбудовану процедуру виявлення аномалій, засновану на методі 3 сигм. Виконано дослідження реальних часових рядів даних про хімічний склад чавуну на випуску доменної печі. Показано, що розроблений метод дозволяє ефективно виявляти аномалії у поведінці процесу. Розглянуто можливий варіант реалізації системи управління, що використовує запропонований метод.
Наукова новизна. Вперше розроблено модифікацію субоптимального фільтра-прогнозатора калманівського типу, інваріантного до властивостей оброблюваного процесу, що дозволяє підвищити достовірність і точність прогнозу нестаціонарних процесів при неможливості отримання їх аналітичної моделі та виявляти аномалії виробничого процесу за допомогою вбудованої процедури, яка основана на використанні методу 3 сигм. Вперше проведено дослідження часових рядів даних про хімічний склад чавуну на випуску доменної печі з використанням методу 3 сигм, яке дозволило виявити зони з аномальними значеннями та викидами, які можуть свідчити про значні відхилення у поведінці виробничого процесу.
Практична цінність. Дане дослідження розширює існуючі методи контролю якості у металургійній промисловості та демонструє ефективність застосування статистичного методу 3 сигм для моніторингу та аналізу часових рядів в умовах реального виробництва. Отримані результати можуть бути використані для розробки більш точних систем управління якістю продукції та вжиття оперативних коригуючих заходів