Петергеря Юлія Сергіївна. Керування системою електроживлення локального об’єкта

brief description

Петергеря Юлія Сергіївна. Керування системою електроживлення локального об’єкта. : Дис... д-ра наук: 05.09.03 2007

Петергеря Ю.С. Керування системою електроживлення локального об’єкта. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.09.03 електротехнічні комплекси та системи. Інститут електродинаміки НАН України, Київ, 2007.
Дисертація присвячена розвитку теоретичних засад енергоефективного керування системою електроживлення локального об’єкту на принципах комбінації централізованої та децентралізованої стратегій, ієрархічного розподілу електротехнічних пристроїв та мінімізації вартісних витрат користувача. Розроблений новий математичний апарат спектрального та вейвлет-перетворень дискретних функційm-ічного аргументу в орієнтованому базисі дозволяє здійснювати аналіз дискретних функцій і вироблення керуючих сигналів, завадозахищене передавання даних та прогнозування характеристик електроспоживання локального об’єкта з підвищеною точністю та швидкодією порівняно з відомими спектральними методами та вейвлет-перетвореннями, наприклад, Фур’є, Хартлі, Уолша, Хаара, Добеші. Запропоновані електро-вартісні моделі виробництва, споживання, загальної рівноваги та економіки добробуту враховують як електротехнічні параметри пристроїв локального об’єкту, так і вартісні фактори, що створює базу для керування з мінімізацією вартісних витрат користувача.

У дисертаційній роботі розв’язано науково-прикладну проблему енергоефективного керування системою електроживлення локального електротехнічного об’єкту на базі нового математичного апарату спектральних та вейвлет-перетворень дискретних функцій, принципів ієрархічного розподілу пристроїв, централізованої та децентралізованої стратегій керування, побудови електро-вартісних моделей, що дало можливість створити алгоритми та системи керування електроживленням з мінімізацією вартісних витрат користувача та зменшенням пікових навантажень. При цьому одержано наступні основні наукові результати:

Обґрунтовано необхідність створення математичних основ енергоефективного керування електроживленням у локальних електротехнічних об’єктах. Проведений аналіз довів, що перспективним напрямком дослідження є розвиток теорії спектральних перетворень, вейвлет-аналізу із залученням положень теорії колективної поведінки автоматів, класифікаційного розбиття об’єктів, нейронних мереж, економічної теорії.
Для аналізу дискретних функцій і вироблення керуючих сигналів локального об’єкта розроблено нове дискретне спектральне перетворення в орієнтованому базисі, яке дозволяє змінювати положення вісі проекцій вектора під довільним кутом у відповідності з конкретною задачею. Розроблене перетворення оперує виключно з дійсними числами, а в частковому випадку при довжині інтервалу, що кратна 3, виключно з цілими числами, що дозволяє реалізувати алгоритми керування на більш дешевих та швидкодіючих цілочисельних мікроконтролерах.
Застосування розробленого перетворення в орієнтованому базисі дозволяє досягти підвищення точності та швидкодії порівняно з відомими спектральними методами, наприклад, перетвореннями Фур’є, Хартлі та Уолша, за рахунок наявності у матриці зворотного перетворення близько 1/3 нулів. При певних значеннях кута вісі проекцій трудомісткість перетворення в орієнтованому базисі на 5-27% менша від трудомісткості перетворення Уолша при сумірних довжинах інтервалів.
Отримані базисні функції нового перетворення були використані для побудови вейвлет-базису, що характеризується наявністю одного типу коефіцієнту апроксимації таm-1 типів коефіцієнтів деталізації. Це дає можливість провести більш детальний аналіз функції-оригіналу в порівнянні з вейвлет-перетворенням Хаара і Добеші, які оперують лише з одним типом коефіцієнту деталізації.
Використання при стисканні та фільтрації часових рядів запропонованого дискретного вейвлет-перетворення в орієнтованому базисі на інтервалі, кратному трьом, для досягнення заданого коефіцієнта подібності 0,96 потребує менше на 23,7 % операцій, ніж при дискретних вейвлет-перетвореннях, що традиційно використовуються для подібних задач.
Проведений аналіз спектральних та вейвлет-перетворень в орієнтованому базисі, розробка узагальнених та багатовимірних перетворень, побудова алгоритмів швидких перетворень утворюють базу для практичного застосування цього математичного апарату.
Керування електроживленням локального об’єкту передбачає прогнозування характеристик електроспоживання, що запропоновано реалізувати на базі двох підходів із залученням теорії класифікації та нейронних мереж, причому попередня обробка та згладження характеристики виконується за допомогою вейвлет-перетворення в орієнтованому базисі. Використання ОБ-вейвлетів для прогнозування характеристики електроспоживання локального об‘єкту дозволяє отримати прогноз на час на 12,5% більший, ніж при використанні вейвлетів Добеші. Похибка прогнозування за розглянутим нейронним алгоритмом складає 0,33-5% в залежності від алгоритму навчання.
Розроблені електро-вартісні моделі виробництва, споживання, загальної рівноваги та економіки добробуту враховують як електротехнічні параметри пристроїв локального об’єкту, так і вартісні фактори, що дозволяє створити алгоритм керування з мінімізацією витрат користувача.
Розроблено систему та програмне забезпечення децентралізованого керування навантаженнями локального об’єкту на базі колективної взаємодії автоматів у спільному інформаційному середовищі. При цьому мікроконтролери керування підсистемами споживачів реалізують функції автоматів, а центральний блок керування виробляє сигнали „штраф”-„не штраф”, виконуючи функції середовища.
Доведено, що для стаціонарного середовища доцільним є використання програмних моделей детермінованих автоматів, час переходу яких в усталений режим складає 6-37% від часу переходу для імовірнісних автоматів. У випадковому середовищі з перемиканням доцільно використовувати автомати зі змінною структурою, імовірність отримання сигналу „штраф" для яких на 12% менше, ніж для детермінованих автоматів.
Розроблений алгоритм централізованого керування забезпечує наближення характеристики сумарного електроспоживання до заданого вигляду шляхом зміни моментів комутації окремих пристроїв, що дозволяє зменшити пікові навантаження та вартісні витрати за умови дії різних тарифів на електроенергію. Для прикладу з 5 навантаженнями, трьома рівнями ієрархії та двома тарифними зонами грошові витрати на електричну енергію зменшуються на 11-13%.
Результати виконаних в дисертації теоретичних досліджень і практичних розробок знайшли застосування у ряді дослідних організацій, промислових підприємств та комунальних об’єктів (НПП „Інжемаш”, м. Київ, ТОВ „Кіровоградський м’ясокомбінат”, м. Кіровоград, ТОВ „Луганський м’ясокомбінат”, м. Луганськ, ВАТ „Машстройконструкція”, ТОВ „Агро-МБК”, м. Оріхів, кіноконцертний зал будинку культури ХЕМЗ, м. Харків), а також в навчальному процесі Національного технічного університету України „Київський політехнічний інститут”.
Результати дисертаційної роботи рекомендовано для використання вищевказаним організаціям, а також іншим науковим і промисловим установам, які займаються розробкою систем керування електроживленням (НДІ „Перетворювач”, м. Запоріжжя, Національний технічний університет „Харківський політехнічний інститут”, НДІ ВО „ХЕМЗ”, м. Харків).