Browsing by Author "Варецький, Юрій Омелянович"

Now showing 1 - 2 of 2

Методи і моделі визначення електричного навантаження цивільних об’єктів з використанням графічного і макромоделювання та фрактальних властивостей
(Одеський національний політехнічний університет, 2020) Бондарчук, Анатолій Сергійович; Лежнюк, Петро Дем'янович; Одеський національний політехнічний університет; Варецький, Юрій Омелянович; Говоров, Пилип Парамонович; Черненко, Павло Олексійович
Дисертаційна робота присвячена теоретичному узагальненню і вирішенню важливої науково-практичної проблеми в галузі науки і техніки щодо дослідження процесів і достовірного визначення електричного навантаження у системах електропостачання (СЕП) цивільних об’єктів. Розв’язання проблеми здійснено шляхом розроблення методів і математичних моделей щодо підвищення достовірності визначення і прогнозування електричного навантаження та уточнення нормативних показників на проєктування СЕП, що сприятиме економії енергетичних ресурсів, капітальних витрат на спорудження та експлуатацію СЕП, зниження негативної дії на довкілля. За результатами дослідження створено концептуально новий метод розрахунку електричного навантаження цивільних об'єктів шляхом графічного синтезу динаміки складових навантаження з використанням моделювання за теорією сплайнів, який надав можливість у 1,5−3,5 разів підвищити достовірність його визначення, порівняно з обчисленням за чинними нормативними показниками, що експериментально підтверджено на реальних СЕП об’єктів. Доведена самоафінність структури електричного навантаження цивільних об’єктів та встановлено, за методом R/S-аналізу ретроспективної інформації, фрактальний принцип його формування, який надає можливість чисельно оцінити за показником Херста наявність довготривалої пам’яті та її глибину, трендостійкість для прогнозування та виявлення кризових інтервалів часового ряду, в періоди яких можливі аварійні ситуації в СЕП. Застосовано метод моделювання електричного навантаження об’єктів цивільного призначення за математичним макромоделюванням, який відрізняється від існуючих методів використанням дискретних макромоделей без попередньої обробки первинної інформації, що дає можливість пришвидшити процес моделювання. З метою підвищення рівня достовірності визначення електричного навантаження цивільних об’єктів розроблено метод моделювання електричного навантаження житлових будинків та його прогнозування шляхом графічного синтезу осцилограм ЕП, результати якого експериментально підтверджено вимірюваннями на реальних об’єктах. Створено метод визначення питомого електричного навантаження на житло багатоповерхових будинків за моделлю математичного сподівання усереднених функцій, який на відміну від чинних нормативних документів, дозволив підвищити точність його обчислення. Удосконалений метод оцінки впливу вищих гармонік, які генеруються нелінійними ЕП, джерелами відновлювальної енергії, на електричне, теплове навантаження струмовідних частин, шляхом моделювання за теорією сплайнів процесів в електричній мережі, що надає можливість попереджувати критичні ситуації їх перегрівання. Розроблено графічну методику прогнозування ефективності застосування гібридних сонячних колекторів для енергозабезпечення житлових будинків, що відрізняється від інших урахуванням цін на енергетичному ринку та визначенням дисконтованого прибутку і строку окупності інвестиційного проєкту. Створено основу електронної бази моделей характеристик ЕП, цивільних об’єктів, використання якої підвищуватиме достовірність визначення розрахункового навантаження при проєктуванні СЕП. The dissertation is devoted to theoretical synthesis and decision of an important scientific and practical problem in the field of science and technology concerning the study of processes and precise determination of electrical load in power supply systems of civilian objects. The problem solving was accomplished by developing methods and mathematical models for increasing the accuracy of the determination and prediction of electric load and clarification of normative indicators for the design of the power supply systems of civilian objects for civilian use, which will create conditions for energy resource savings, capital costs for the construction and operation of the power supply sys-tems, and reduce the negative impact on the environment. According to the results of the study, a conceptually new approach was developed and a method for calculating the electric loading of civilian objects by graphically synthesizing their load dynamics using simulation based on the theory of splines, which allowed 1.5–3.5 times to increase the accuracy of its definition, compared with calculation by current normative indicators, which is experimentally confirmed on real objects. The selfdetermination of the structure of the electrical load of civilian objects was proved and the fractal principle of its formation was established on the basis of the R/S analysis of retrospective information. It made it possible to estimate numerically the presence of longterm memory and its depth, trend stability for the identification of time intervals of the time series. Based on the improvement of the method of forecasting the dynamics of electrical loading of civil objects by mathematical macromodeling, which differs from the existing use of discrete macromodels, much better accuracy of its forecast for other methods was obtained. In order to increase the accuracy of the determination of the electric load of civilian objects, a method for modeling the electric load of residential buildings and its forecasting is developed by graphic synthesis of oscillograms of electric receivers, the results of which have been experimentally confirmed on real objects. A method for determining the specific electric load on the dwelling of multistorey houses was created based on the model of the mathematical expectation of averaged functions which, unlike the current normative documents, allowed increasing the accuracy of its calculation. On the basis of the improved method of estimating the influence of higher harmonics generated by nonlinear of electric receivers, the sources of renewable energy on electric, thermal load of currentcarrying parts by simulating processes in the electric network, it was possible to prevent critical situations of their overheating. A technique for forecasting the energy, economic and environmental efficiency of using hybrid solar collectors for the energy supply of multistorey residential buildings has been developed, which differs from other ones by considering the prices in the energy market and determining the discounted profit and payback period of the investment project. Диссертация посвящена теоретическому обобщению и решению важной научно-практической проблемы в области науки и техники по исследованию процессов и точного определения электрической нагрузки в системах электроснабжения (СЭC) гражданских объектов. Решение проблемы осуществлено путем разработки методов и математических моделей повышающих точность определения и прогнозирования электрической нагрузки, уточнения нормативных показателей на проектирование СЭC гражданского назначения, которые способствуют экономии энергетических ресурсов, капитальных затрат на сооружение и эксплуатацию СЭС, снижения негативного воздействия на окружающую среду. Проблема точно-го определения электрической нагрузки объектов гражданского назначения требует нового подхода с учетом работы ЭП с нелинейной характеристикой, существенного генерирования ими электромагнитных помех, применения возобновляемых источников энергии, инновационных технологий, поскольку использование действующих нормативных документов приводит к превышению реальной нагрузки, о чем свидетельствуют результаты проведенных исследований. В связи с этим по результатам экспериментальных исследований создан концептуально новый подход и разработан метод расчета электрической нагрузки таких объектов путем графического синтеза динамики составляющих нагрузки с использованием моделирования на основе теории сплайнов, который дал возможность в 1,5−3,5 раза повысить точность его определения по сравнению с вычислением по действующим нормативным показателям. Разработан метод моделирования электрической нагрузки гражданских объектов и его прогнозирования путем графического синтеза осциллограмм ЭП, что значительно повышает его точность, результаты которого экспериментально подтверждены на реальных объектах. Разработана программа в среде MathCad с использованием встроенной функции cspline (x, y) с продолжением интерполяционной кривой кубической параболой, которая позволяет получить более точную величину расчетной нагрузки многоквартирных домов микрорайона города по сравнению с другими методами. Доказана самоаффинность структуры динамики нагрузки гражданских объектов и установлено методом R/S-анализа ретроспективной информации фрактальный принцип его формирования, который дал возможность численно оценить по показателю Хэрста наличие долговременной памяти и ее глубину, трендостойкость для прогнозирования и выявления кризисных интервалов временного ряда. Применен метод макромоделирования, который отличается от существующих использованием дискретных автономных макромоделей без предварительной обработки первичной информации. Апробация математических макромоделей электропотребления показала их способность представлять адекватную информацию. Метод оценки влияния высших гармоник, генерируемых ЭП с нелинейными характеристиками, на нагрузку токоведущих частей путем моделирования процессов в электрической сети с использованием теории сплайнов, дает возможность предупреждать их перегревание. Разработана методика прогнозирования эффективности применения гибридных солнечных коллекторов для энергоснабжения многоэтажных жилых домов, которая отличается от других учетом цен на энергетическом рынке и определением дисконтированного дохода, срока окупаемости инвестиционного проекта. В работе даны результаты исследования и создана основа электронной информационной базы моделей особенностей технических данных ЭП с нелинейными характеристиками, объектов гражданского назначения, которая сформирована с помощью современных информационных технологий. Использование такой информационной базы повысит точность определения расчетной нагрузки при проектировании систем электроснабжения объектов гражданского назначения.
Оцінювання якості функціонування електричних мереж з відновлюваними джерелами енергії
(Вінницький національний технічний університет, 2019) Комар, Вячеслав Олександрович; Лежнюк, Петро Дем’янович; Вінницький національний технічний університет; Варецький, Юрій Омелянович; Кузнєцов, Микола Петрович; Попов, Володимир Андрійович
Дисертація присвячена вирішенню науково-технічної проблеми, яка полягає у розробленні методів і засобів для оцінювання якості функціонування електричних мереж з відновлюваними джерелами енергії. Якість функціонування електричних мереж характеризується якістю електричної енергії, надійністю електропостачання, його економічністю, тощо. Користуючись результатами досліджень, виконаними автором у попередніх своїх роботах, запропоновано визначати інтегральний показник якості функціонування електричних мереж за моделлю, яка отримана на поєднанні теорій марковських процесів та подібності, що дозволяє перейти від векторної оцінки до скалярної. Для врахування в інтегральному показнику якості електричної енергії та рівня її втрат запропоновано визначати імовірність відповідності фактичного режиму «ідеальному». «Ідеальний» режим визначається, виходячи з принципу найменшої дії і відповідає заступній схемі мережі, сформованій за r -схемою. Такий підхід дозволяє аналіз режимних параметрів звести до аналізу струмів у вузлах споживання та генерування. Оскільки за базис прийнято «ідеальну» мережу, то можна виконувати порівняння електричних мереж різних за конфігурацією і набором споживаних та генеруючих потужностей без виконання техніко-економічних розрахунків. Показано, що запропонований в роботі підхід визначення інтегрального показника якості функціонування дозволяє враховувати індивідуальні особливості споживачів і під час розв’язання проектних задач надавати пріоритет певним складовим, які характеризують якість функціонування електричної мережі. Для розв’язання задачі розвитку електричних мереж з дискретними змінними запропоновано використовувати методи на базі динамічного програмування. Однак для цього необхідно розробити формалізовані процедури оптимізації з використанням принципу оптимальності динамічного програмування. Для цього були отримані умови оптимальності, за якими можна вибирати оптимальну стратегію розвитку з множини можливих. Відповідно до цих умов оптимальною є стратегія, для різних можливих станів якої, рівні відношення приростів витрат до приростів інтегрального показника якості функціонування. Врахування технічних обмежень, під час розв’язання проектних задач, виконується методом штрафних функцій. Визначення штрафних функцій запропоновано здійснювати за інтегральним показником якості функціонування, що дозволить врахувати багатокритеріальність задачі оптимального розвитку. Виконано дослідження можливості застосування відновлюваних джерел енергії для впливу на перетікання реактивної потужності в електричній мережі. Проведене моделювання підтвердило доцільність і ефективність застосування ВДЕ як засобу впливу на баланс реактивної потужності. Для уникнення негативних наслідків від впровадження необґрунтовано потужних джерел в електричних мережах вдосконалено метод визначення оптимальної встановленої потужності джерела. Розроблений метод, на основі інформації про об’єм, графік споживання і доступні точки приєднання об’єктів генерування, дозволяє визначити встановлену потужність ВДЕ, яка забезпечить підвищення якості функціонування мережі. Вивчення досвіду країн-лідерів у впроваджені відновлюваних джерел енергії показав, що необхідно впроваджувати заходи для корегування графіків споживання. Розроблені в світі механізми дозволяють реалізувати керування споживанням (demand response). В роботі розроблено метод визначення споживачів, зміна графіку навантаження яких буде мати найбільший ефект під час забезпечення необхідного рівня якості функціонування електричних мереж. Розроблений алгоритм реалізації методу, який ґрунтується на транспортній задачі, і дозволяє врахувати економічну складову процесу корегування графіків споживання. Розроблено метод визначення необхідного резерву в електроенергетичній системі для забезпечення достатнього рівня балансової надійності. Виконано аналіз джерел забезпечення резерву за різних варіантів функціонування відновлюваних джерел енергії в локальній електричній системі. Розглянуто проблему інформаційного забезпечення задачі оцінювання якості функціонування електричних мереж з ВДЕ. Проведений аналіз інформаційного забезпечення в розподільних електричних мережах показав, що найкращим джерелом інформаціє є автоматизовані системи комерційного обліку електроенергії (АСКОЕ). Однак АСКОЕ охоплює лише незначну частину вузлів споживання. Інші варіанти отримання інформації є розрахунок за характерним режимом (середніх навантажень) або імітацією режимів за типовими графіками, при цьому останній варіант може забезпечити розв’язання поставленої задачі з достатньою точність. Запропоновано архітектуру дворівневої системи моніторингу та керування, яка в рамках концепції Smart Grid реалізує активну поведінку кінцевого споживача та оптимальне інтегрування розосередженого генерування і систем акумулювання електроенергії різних типів і потужності в електричні мережі, що призведе до зростання надійності та якості електроенергії. Здійснено апробацію розроблених моделей та методів для оцінювання якості функціонування електричних мереж з відновлюваними джерелами енергії та показано доцільність їх використання. Для цього проведено ряд натурних експериментів для визначення рівня спотворень синусоїди напруги та струму різними об’єктами відновлюваної енергетики. The dissertation devoted by scientific and technical problem solution, which consists in developing methods and means for assessing the quality of electric networks functioning with renewable energy sources. The quality functioning of electric networks is characterized by the quality of electric energy, electricity supply reliability, economic efficiency, and other. Using research results carried out by the author in his previous papers, it is proposed to determine the integral index of electric networks quality functioning according to the model obtained by a combination of Markovs theories processes and similarity, which allows us to move from vector to scalar. In order to take into account in the integral index of electric energy quality and level of electricity losses it is proposed to determine the probability of correspondence the actual regime to the "ideal". "Ideal" regime is determined by the basis principle of least action and corresponds to the network which formed by r-scheme. This approach can change allows regime parameters analysis to the nodes currents analysis of consumption and generation. Since the "ideal" network is adopted for the basis, it is possible to perform a electrical networks comparison of different configurations and a set of consumed and generating capacities without performing technical and economic calculations. It is shown that the problem of electric networks development with discrete variables can be solved by methods based on dynamic programming. However, for this purpose, it is necessary to develop formalized optimization procedures using the dynamic programming optimality principle. For this purpose, optimal conditions have been obtained, by which one can choose the optimal development strategy from the set of possible ones. In accordance with these conditions, the strategy is optimal, for the various possible states, the ratio of incremental costs to increments of the integral quality functioning indicator. To avoid the negative consequences of the introduction of unreasonably powerful sources in electrical networks, the method of optimal installed power of the source has been improved. The developed method, based on information on the volume, consumption graph and available points of generating objects connection, allows you to determine the installed capacity of RES, which will ensure the improvement of the network operation quality. Using leading countries the experience in the renewable energy sources implementation shown that measures are needed to adjust consumption curves. The mechanisms developed in the world allow to implement demand management. The method of determination consumers which load graph change will have the greatest effect in providing the necessary level of electric networks quality functioning. An algorithm for implementing a method based on a transport task is developed and allows for the economic component of adjusting consumption graph process be taken into account. The problem of information provision in the electric networks with RES quality functioning is considered. An analysis of information provision in distribution electrical networks has shown that automated systems of commercial electricity accounting (ASCEA) are the best sources of information. However, ASCEA covers only a small part of the consumption nodes. Other options for obtaining information is the calculation of the typical mode (average load) or simulation of modes according to typical graphs, with the latter option can provide a solution to the task with sufficient accuracy. The testing of developed models and methods for assessing the electric networks with renewable energy sources functioning quality has been tested and the feasibility of their use has been demonstrated. Диссертация посвящена решению научно-технической проблемы, которая заключается в разработке методов и средств для оценки качества функционирования электрических сетей с возобновляемыми источниками энергии. Качество функционирования электрических сетей характеризуется качеством электрической энергии, надежности электроснабжения, его экономичностью и тому подобное. Пользуясь результатами исследований, выполненными автором в предыдущих своих работах, предложено определять интегральный показатель качества функционирования электрических сетей по модели, полученной на сочетании теории марковских процессов и подобия, что позволяет перейти от векторной оценки к скалярной. Для учета в интегральном показателе качества электрической энергии и уровня потерь предложено определять вероятность соответствия фактического режима «идеальному». «Идеальный» режим определяется исходя из принципа наименьшего действия и отвечает сети построенной по r -схеме. Такой подход позволяет анализ режимных параметров свести к анализу токов в узлах потребления и генерации. Поскольку базисом принято «идеальную» сеть, то можно выполнять сравнения электрических сетей различных по конфигурации и набору потребляемых и генерирующих мощностей без выполнения технико-экономических расчетов. Показано, что задача развития электрических сетей с дискретными переменными может быть решена методами на базе динамического программирования. Однако для этого необходимо разработать формализованные процедуры оптимизации с использованием принципа оптимальности динамического программирования. Для этого были получены условия оптимальности, по которым можно выбирать оптимальную стратегию развития из множества возможных. Согласно этим условиям оптимальной является стратегия, для различных возможных состояний которой, равны отношение приростов расходов к приростам интегрального показателя качества функционирования. Во избежание негативных последствий от внедрения необоснованно мощных источников в электрических сетях усовершенствован метод определения оптимальной установленной мощности источника. Разработанный метод, на основе информации об объеме, графике потребления и доступных точках присоединения объектов генерации, позволяет определить установленную мощность ВИЭ, которая обеспечит повышение качества функционирования сети. Изучение опыта стран-лидеров во внедрении возобновляемых источников энергии показал, что необходимо внедрять меры для корректировки графиков потребления. Разработанные в мире механизмы позволяют реализовать управление потреблением (demand response). В работе разработан метод определения потребителей, изменение графика нагрузки которых будет иметь наибольший эффект при обеспечении необходимого уровня качества функционирования электрических сетей. Разработанный алгоритм реализации метода, основанного на транспортной задачи, и позволяет учесть экономическую составляющую процесса корректировки графиков потребления. Рассмотрена проблема информационного обеспечения задачи оценки качества функционирования электрических сетей с ВИЭ. Проведенный анализ информационного обеспечения в распределительных электрических сетях показал, что лучшим источником информации являются автоматизированные системы коммерческого учета электроэнергии (АСКУЭ). Однако АСКУЭ охватывает лишь незначительную часть узлов потребления. Другими вариантами получения информации является расчет по характерному режимом (средних нагрузок) или имитацией режимов по типовым графикам, при этом последний вариант может обеспечить решение поставленной задачи с достаточной точностью. Осуществлена апробация разработанных моделей и методов для оценки качества функционирования электрических сетей с возобновляемыми источниками энергии и показана целесообразность их использования.