CC BY
13на бшьш раншх етапах захисту, наприклад, для пе-ретворення машинного коду в промГжне представ-лення LLVM).
По-друге, слГд зменшити кiлькiсть файлiв, як1 мiстять С++-код кодогенератора. Кожен С++-файл е одиницею трансляци, а зменшення одиниць трансляци значно прискорюе зборку. Число файлiв мае бути рiвне один плюс число файлiв, згенерованих утилггою llvm, - tbgen.
По-трете, тимчасовi файли треба тримати в па-м'ятi, а не зберiгати на диск. У поточнш версп прототипу ус тимчасовi файли зберГгаються на диск. Оск1льки доступ до шформацп на диску на три порядки повшьшше, шж доступ до даних в пам'ятi, уникнення такого збереження дозволить значно прискорити автоматичне створення кодогенератора.
По-четверте, утилгга llvm - tbgen мае бути ште-грована в додаток. У поточнш версп прототипу утилгга llvm - tbgen е окремою програмою. Iнтеграцiя утилгти (можлива, завдяки вщкритому початко-вому коду LLVM) llvm - tbgen дозволить уникнути зайво! витрати часу на створення нового системного процесу.
По-п'яте, слад замшити комшлятор GCC на комшлятор LLVM Clang. Для зборки кодогенератора прийнятшше застосовувати комшлятор LLVM Clang, оскшьки вш вже використовуеться додатком для зборки штерпретатора. У поточнш версп прототипу застосовуеться комшлятор GCC, так як у С++-кодГ кодогенератора використовуеться стандартна бГблютека C++, яка присутня в пакет програм GCC i вщсутня в Clang. Таким чином, для викорис-тання Clang необхгдно виключити виклики функцш стандартно! бГблютеки C++ з початкового коду кодогенератора.
Шсля здшснення приведених в CTarri пiдходiв по прискоренню автоматичного створення кодогенератора з процесу створення будуть виключеш ко-пiювання коду бiблiотек LLVM, вщкриття/за-криття/читання /запис велико! кшькосп файлiв i ви-клик нових системних процеав. Час створення кодогенератора визначатиметься часом комшляцп декшькох файлiв компiлятором Clang, часом генераций С++-коду утилiтою llvm - tbgen i часом гене-рацй' описання вiртуально! машини у форматi LLVM. Практика показуе, що усi щ етапи в сумi займають менше 3 секунд.
Лiтература
1. Stepanenko I., Kinzeryavyy V., Nagi A., Lo-zinskyi I. Modern obfuscation methods for secure coding. Ukrainian Scientific Journal of Information Security, 2016, vol. 22, issue 1. P. 32-37.
2. Kurmangaleev Shamil, Dolgorukova K.Y., Savchenko Valeriy, Nurmukhametov Alexey, Matev-osyan H.A., Korchagin V.P. Software deobfuscation methods: analysis and implementation. Proceedings of the Institute for System Programming of RAS. Vol. 24. P. 145-160.
3. Никольская К. Ю., Хлестов А. Д. Обфуска-ция и методы защиты программных продуктов. Вестник УрФО. Безопасность в информационной сфере. 2015. № 2(16). С. 7-10
4. Wang P., Wang S., Ming J. et al. Translingual Obfuscation. In Proceedings of the 1st IEEE European Symposium on Security and Privacy. Saarbrucken, Germany. 2016. — March 21-24.
5. Варновский Н.П., Захаров В.А., Кузюрин Н.Н., Шокуров А.В. Современное состояние исследований в области обфускации программ: определения стойкости обфускации. Труды Института системного программирования РАН. 2013. Vol. 26. С. 167-198.
МЕРЕЖ1 SMART GRID У ГРОМАДАХ: ЗАГАЛЬН1 П1ДХОДИ ТА МЕТОДИ РОЗРАХУНКУ ДЛЯ
МОДЕЛЮВАННЯ
Мельничук Г.В.
магктр електронгки, державний експерт Директорату просторового планування територт та архгтектури Мгтстерства розвитку громад та територш Украши
м. Кшв, Украша
SMART GRID NETWORKS IN COMMUNITIES: GENERAL APPROACHES AND CALCULATION
METHODS FOR SIMULATION
Melnichuk G.
master of electronics, state expert Directorate of Spatial Planning and Architecture Ministry of Development of Communities and Territories of Ukraine
Kyiv, Ukraine
АНОТАЦ1Я
У статп розглянуто аспекти розвитку електромереж населених пункпв та !х об'еднань в умовах впро-вадження технолопчних шновацш у сферГ електроенергетики, електротехшки та транспорту, а також ме-тоди розрахунку таких систем для застосування моделювання електроенергетичних процеав. ABSTRACT
The article considers aspects of development of electric networks of settlements and their associations in the conditions of introduction of technological innovations in the field of electric power, electric engineering and transport, and also methods of calculation of such systems for application of modeling of electric power processes.
Ключовi слова: SmartGrid, електропостачання, елекгричш мереж!, енергоменеджмент, громада, де-централiзацiя.
Keywords: SmartGrid, power supply, electricity networks, energy management, community, decentralization.
Новi шновацшш технологи, зокрема у сферах альтернативних джерел енергп, и накопичення, ке-рування енергетичними комплексами та моделю-вання процесiв, надають новi можливостi для вдос-коналення енергосистем населених пунктiв, що значно впливае i на якiсть життя мешканцiв, i на мо-жливосл для дшово! активностi, i на полшшення еколопчно! ситуаци. У поеднанш з концепцiею де-централiзацil влади та пiдвищенням значения населених пункпв i 1х об'еднань це створюе передумови для децентралiзацil енергосистем, тдвищення ене-ргоефективностi та стшкосп iнфраструктур до при-родних та техногенних ризишв.
Формування енергосистеми: ввд децентра-
лiзованностi до центратзацп Понад 100 рок1в тому електрифiкацiя розпоча-лася саме з населених пункпв, зокрема з великих мiст - спочатку це були невелик! електростанцп для забезпечення освiтления, розташованi часто серед щшьно! багатофункцюнальнох тсько! забудови. Наступним етапом стала електрифiкацiя громадсь-кого транспорту - розширення мют в умовах шдус-трiального розвитку значно пвдвищило попит на пе-ревезення, тож замiсть кiнних та парових трамвав швидко набули поширення електричнi. Трамвайнi компаш! мали спочатку власш електростащи та електромережу, однак вже на початку ХХ столптя у великих мютах будуються централiзованi електростанцп, споживачами яких ставали в першу чергу промисловi пвдприемства.
З часом вiдбулося поглинання трамвайних та освiтлювальних мереж, малi електростанцп посту-пово реконструйовували пвд електрошдстанцп, а у 1930-х роках починаеться спорудження великих електростанцiй, спочатку вугшьних, пдроелектрос-таицiй, а згодом - теплових (на мазуп, природному газ^. Поширення атомних електростанцiй у 1960-1980-тi роки дозволило здiйснити поступове об'ед-наиия енергосистеми - на сьогодшшнш день в Ук-ра!ш дiе Сдина електроенергетична система, яка об'еднуе пострадянський простiр i штегрована з енергосистемами Сходно! i Центрально! Свропи.
Нов1 тенденци: акумуляцiя енергп та уп-равлшня споживанням Централiзацiя електромереж1 разом з перевагами принесла i новi виклики, серед яких - дисбаланс споживання в межах доби. Спочатку спожи-вання електроенерги було досить прогнозованим: вдень - промисловють, ввечерi - освiтления, пiковi навантажения - у години тк електротранспорту. Однак у зв'язку з ростом частки споживання домо-господарствами пiковi навантаження проявляються все бшьше - незважаючи на пвдвищення енергоефе-ктивностi окремих приладiв !х кшьшсть зростае значно швидше.
Питання пiкiв споживання наразi е одним з ключових для Сдино! електроенергетично! сис-
теми, що вирiшуеться як використанням маневро-вих потужностей теплоелектростанцiй (атомнi ста-нцп працюють у стабiльному режимi, тепловi ж мо-жуть швидко змiнювати режим роботи), так i шляхом збереження енергп за допомогою пдроакумулюючих електростанцiй (ГАЕС) у нет-ковi години i повернення у мережу пвд час найбшь-ших наваитажень. Остаинi працюють як гравггацш-ний акумулятор: у непiковi години електронасоси використовують надлишкову енергiю, аби закачати воду у верхнiй резервуар, у пiковi години вода тече вниз, обертаючи турбiни генераторiв [2].
У 1980-х енергокомпани почали запроваджу-вати так званi «штелектуальш лiчильники», як1 по-стiйно передавали даш в енергокомпаш!. Це - мониторинг, а наступний рiвень - управлшня споживанням, найвiдомiший споаб - рiзнi тарифи за часом, коли вночi електроенергiя дешевше. Однак повноцшно це працюе у поеднанш з ввдповщним обладнанням у споживачiв - наприклад, «розумш» розетки та системи, яш включають i вимикають пристро! в залежиостi вiд часу, потреби, рiвня нава-нтаження.
Коли ж таш енергетичнi «розумш будинки» поеднуються у мережу, можна узгодити роботу ба-гатьох пристро!в для згладжування пiкових наван-тажень. Такi «розумш» мережi набули поширення в США, Кита!, 1тали та шших кра1нах свiту, але це поки що мова тшьки про споживання. Коли ж до-дати вже iснуючi та перспективш альтернативнi джерела генерацп електроенерги (сонячш батаре!, вiтряки тощо) та можливосп iнформацiйних систем - можна говорити про яшсно новий рiвень управлшня енергосистемою. Але останшм часом дода-лися ще новi можливосп - у розподiленому збере-женш електроенерги.
Електромобiлi та <^ртуальш електростанцп» для децентратацп локальних енергосис-тем
Як столптя тому електрична централiзацiя зробила революцiю в енергетицi, так i незабаром на основi шновацш може виникнути принципово нова система - розподшено! генерацп i збереження енергп. Ключовим в цьому е поширення електромобь лiв та шшого електротранспорту: якщо спочатку 1х розглядали як виключно як споживачiв, то завдяки низцi iнновацiй рухомий склад електротранспорту мюта може принести суттеву користь енергосис-темi [3].
Поки електромобшв було небагато, 1х вплив на енергомережу майже непомпно, однак поширення «швидких» зарядок може призвести до мю-цевих перебо!в у електропостачаннi. Можна вико-ристовувати управлiния споживанням - «розумш» зарядки, як1 доступнi тiльки в певний час, а також плани споживання для декiлькох зарядок, коли вони працюють по черзг Оптимальною е зарядка
BH04i за шчним тарифом, але тодi мають бути спе-цiально облаштованi майданчики та енергопоста-чання.
Тут саме можна застосувати MicbKi електроме-режi освiтлення та громадського електротранспо-рту - пвдстанци розташованi в рiзних районах мюта, при цьому вночi вони практично не використову-ються. А якщо поеднати пiдстанцiю i паркiнг -отримаемо ту саму масову зарядку для електромо-бiлiв. Розташовувати так енергопаркiнгi доречно бшя станцiй метро i великих пересадочних вузлiв, як перехоплюючi паркiнги. Використання дифере-нцшованих тарифiв дасть змогу згладити наванта-ження мiж ранковим та вечiрнiм годинами пiк, а та-кож стимулювати залишати електромобiлi на енер-гопаркiнгах i для нiчного збер^ання.
Втiм, у електромобiлiв виявилася ще одна мо-жливiсть: машини нового поколшня можуть вщда-вати енерпю в мережу, тобто бути мережевими аку-муляторами. Технологiю Vehicle to Grid (V2G) вже тестують автовиробники: за пiдрахунками фахiвцiв компанii Nissan, яш вже розгорнули кiлька пшотних проектiв в Данii i Великобритани, власник електро-мобiля може заробити на мкяць до 1300 евро. Не варто забувати про ресурс акумулятора - однак вони чим дал^ тим витримують бiльше перезаря-джень.
В середньому приватний автомобiль викорис-товуеться 4% часу, весь шший час вiн стоiть. Тож електромобш з можливiстю вiддавати енергiю в мережу за технолопею Vehicle to Grid (V2G) стають «мюькими акумуляторами» - !х власники цiлком можуть заробляти на зберiганнi енергii, надаючи ii на енергоринок мiста шд час пiкових навантажень. Це, до реч^ додатковий стимул у годину шк скори-статися громадським транспортом, а не власним ав-томобiлем. Але ж саме цього прагнуть сучаснi транспортники, аби розвантажити дороги.
Водночас з розвитком технологiй поширення набувають стацiонарнi акумулятори - передуам для домогосподарств та невиробничих компанш. Працюючи в парi з «штелектуальними» лiчильни-ками, домашнi акумулятори заряджаються у нiчний час за дешевим тарифом, забезпечуючи економiю коштiв, а водночас i безперебiйне енергопоста-чання у разi ввдключень централiзованоi мережi [2, 7]. У поеднаннi з електромобшями Vehicle to Grid i за наявносл вiдповiдноi системи керування так фо-рмуеться «вiртуальна електростанщя» для компен-сацп пiкових навантажень та безперебшного елект-роживлення. Такий пiдхiд отримав назву MicroGrid, i у свiтi з'являеться все бшьше iнжинi-рингових компанiй, що виробляють i встановлю-ють вiдповiдне обладнання.
Аналiтичнi розрахунки мроцесчв у системах електроживлення
Ключовою передумовою запровадження ефек-тивних алгоритмiв керування системами MicroGrid е моделювання процесiв та прогнозш можливостi для бiльш гнучкого керування локальними енерго-системами. Для цього найб№ше пiдходять аналтги-чнi методи, яш, на вiдмiну вiд чисельних, дозволя-ють проводити аналiз нелшшного ланцюга в зага-льному вид^ а не для визначених значень параметрiв елементiв схеми.
Як приклад розглянемо метод окремих складо-вих з використанням перетворень Лапласа. Перева-жну бiльшiсть складних перiодичних функцш, якими описуються режими роботи генераторiв еле-ктрично1' енергп, можна сформувати з елементар-них математичних функцш, яш назвемо базовими (таблиця 1). Однак апроксимащя нелшшно1' характеристики, що лежить в основi даних методiв, обу-мовлюе внесення в розрахунки б№шо1' або меншо1' похибки.
_Таблиця 1
Тип Назва Базова функ^ /Б, ,(t) Зображення FБ, (t)
1 Функщя рiвня /б, i(t)= A A Fs, i(t)= — P
2 Синусощальна функцiя /б,2(t)= sin ct c Fs,2(t) = —-- p +c
3 Експоненцшна функцiя bs(t) = e 1 Fs, s(t) =- p + a
4 Функцiя прямо!' пропорцiйностi /Б, 4(t)= At A Fs, 4(t)= — p
Загальний пiдхiд до побудови зображень Лапласа для складних перюдичних функцш у випадку постшно! тривалостi iнтервалiв iнтегрування детально розглянуто у [3]. Зображення Рп (р) функцii сигналу и (^) для випадку прямокутних iмпульсiв амплiтудою и мае вигляд:
Fn (p) =
1
1
Fn (p) = ±и,
e <i"1)pT. (1)
p (1 - e-pT ) tT Коли iнтервали апроксимацп функцii мають рiзну тривалiсть, тобто T = var, що е бiльш уза-
гальненим випадком, зображення функцп сигналу знаходиться наступним чином:
Р (1 - e
-PTn ) Z ' ) 1 =1
e
- PT
)
(2)
умови, що Тп = ^ Т , Т0 = 0.
за у
Розрахунки зпдно (2) у порiвняннi з (1) склад-нiшi, однак у окремих випадках саме здiйснення ап-роксимацй' функцп сигналу генератора може спро-стити розрахунки, зменшивши кiлькiсть iнтервалiв апроксимацп за рахунок об'еднання iнтервалiв з од-наковими амплiтудами ступiнчатих iмпульсiв.
При побудовi модульованих функцiй та функ-цiй сигналу, для апроксимацп яких необхвдно за-стосувати кшька базових функцiй, необх1дно вико-ристовувати чергування базово! функцiï з паузою для утворення складноï базовоï функцп. У такому
випадку Tt + T0i = ТП, де Ti - тривалiсть базово1' функцп, Ti - тривалiсть паузи. При цьому Ft (0 +1) = Ft (Tj + T0i +1) . Тодi зображення фу-
-2(i-1) pT
(3)
нкцп сигналу мае вигляд: Рп (р) = ±и,
Р (1 - е рТп) и
Зсув вое! функци здiйснюеться за теоремою
затзнювання шляхом домноження на е рТ. Слiд зазначити, що при апроксимацп кiлькома базовими функщями необхiдно дотримуватися вимоги:
Р/Т) П^Д/еТ) =0, де I * У та 1,7 е {1,... ,и}, тобто вимоги однозначносп визна-чення зображення функцп на штервалг
Послiдовнiсть розрахунк1в для знаходження узагальнених виразiв для розрахунк1в процеав у колах з циклiчно змшюваними параметрами насту-пна:
1) побудова графЫв або таблиць залежно-стей циктчних змiн параметрiв електричного кола вщ часу, у однаковому масштабi, визначення функцiй генератора иг(()та навантаження. 2(1);
2) побудова зображень функцш генератора и(р) та навантаження 2(р) за допомогою перетво-рень Лапласа: и(р)=1{Пг(Г)}, 2(р)=Ь{2(1)};
3) побудова зображень функцш струмiв вщ-повiдно до закону Ома в операторнш фо-рм1:1(р) = и(р)/2(р);
4) знаходження оригiналiв струмiв за допомогою оберненого перетворення Лапласа 1ф= Ь-
{Цр}}-
Отримання функцiй струмiв на штервалах у аиалiтичному виглядi дае змогу здiйснити точнi розрахунки для оцшки характеристик струму, оптимального вибору параметрiв елементiв електрон-них та електротехшчних пристро!в необх1дно ви-значити низку характеристик та коефщенпв, зокрема дiючий та середнiй струми, амплiтуднi ма-ксимуми та мшмуми, коефiцiенти форми, пульса-цiй за амплиудним значенням, пульсацiй за дшчим значенням, пульсацiй за середнiм значенням, амп-л1туди.
В свою чергу, це дае можливiсть здiйснювати моделювання та прогнозування роботи складно! си-
стеми електроживлення територп з кшькома генераторами електроенергiï та складними навантажен-нями, як для оптимiзацiï поточноï роботи такоï сис-теми, так i для ïï вдосконалення та планування роз-витку.
Громади як повноцшш учасники енергори-
нку
Централiзацiя системи електропостачання свого часу призвело до того, що мюта мiська влада часто не мае впливу на енергокомпанiï, що еконо-мiчно зацiкавленi у продаж! електроенергп - але нiяк не у енергозбереженш чи полiпшеннi екологп мiста. В той час як саме мюцев! громади найбiльш защкавлеш у реалiзацiï проектiв !з впровадження шдход!в MicroGrid та поеднання 1'х у «розумш» мереж! - SmartGrid. Так формуеться поняття «енерге-тична полiтика мюта», що полягае не лише у впро-вадженш енергоощадних технологiй, а й у проакти-внш позицп на енергоринку [4].
У сучасних мiстах створення iнтелектуальноï енергомереж1 SmartGrid - одна з ключових складо-вих концепцп SmartCity, ïï можна навiть назвати другим р!внем «розумного» мiста - коли впрова-джуеться iнтелектуальне управлшня не пльки ш-формацiйними, а й енергетичними потоками. I це змшюе ва сфери - i шфраструктуру, i управлiння енергомережею [5].
Водночас це створюе i нов! виклики, адже та-кий штерактивний енергоринок, де безл!ч i спожи-вач!в, i виробнишв, i збер!гач!в енергп, не лише пе-ретворюе громаду на повноцшного учасника регю-нального та нацюнального енергоринку, а й вимагае нових шдход!в до регулювання, утворення тариф!в та систем розрахуншв.
Лiтература
1. National Energy Technology Laboratory. NETL Modern Grid Initiative - Powering Our 21st-century Economy. - United States Department of Energy Office of Electricity Delivery and Energy Reliability, 2007. - August. - P.17.
2. Ross, J.W.; Sebastian, I. M.; Beath, C.M. (2017). «How to Develop a Great Digital Strategy». MITSloan Management Review. - 58 (2).
3. Денисюк С.П., Мельничук Г.В. Побудова перетворення Лапласа при анал!з! електромагнггних процеав у колах з цикл!чно змшюваними параметрами // Електрошка та зв'язок. - 2005. - № 26. - С. 29 - 36.
4. Кириленко О. В., С. П. Денисюк. Сучасш тенденций побудови та керування режимами електро-енергетичних мереж // Энергосбережение. Энергетика. Энергоаудит. - 2014. - № 9. Спец. вып. Т. 2 : Силовая электроника и энергоэффективность. - С. 82-94.
5. Мороз О.М., Черемган М.М., Савченко О.А., Попадченко С.А., Дюбко С.В. Використання технологш SmartGrid для щдвищення ефективносл електропостачання споживач!в // Енергетика: еко-номша, технологи, еколопя. -2017. - № 3(49). -С.82-86.
i=i
