CC BY
7При этом концепты ArchiMate заменялись классами owl, а отношения - соответствующими свойствами owl. Для формирования онтологии использовался онторе-дактор Protégé.
Проведенные исследования показали, что анализ влияния изменений на основе онтологии может быть полезным инструментом оценки нефункциональных свойств ИТ-архитектуры. Дальнейшим развитием исследований может быть адаптация предложенного подхода анализа онтологии к оценке гибкости инвестиционных проектов ИТ-технологий методом реальных опционов.
Список литературы
1. R. S. Arnold and S. A. Bohner. An Introduction to Software Change Impact Analysis. In Software Change Impact Analysis, IEEE Computer Society Press 1996.
2. Колос, Н. В. Применение архитектурного подхода при формировании ИТ-портфеля / Н. В. Колос, Н. Г. Захарченко // Вест. Белг. ун-та кооперации, экономики и права. - 2014. - № 1(49). - С.200-206
3. Чеглаков, А. Л. Проектирование и оценка гибкой архитектуры корпоративной информационной системы / А. Л. Чеглаков // Вест. Белг. ун-та кооперации, экономики и права. - 2013- № 2(46). - С. 180183.
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ СИСТЕМЫ СОЛНЕЧНОГО
ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ
Шерьязов Сакен Койшыбаевич
доктор техн. наук, профессор, Челябинская государственная агроинженерная академия, г. Челябинск
Чигак Алексей Сергеевич
Аспирант, Челябинская государственная агроинженерная академия, г. Челябинск
Sheryazov Saken, Doctor of Science, professor, of Chelyabinsk state agrar-academy, Chelyabinsk, Chigak Alexey, postgraduate student, of Chelyabinsk state agrar-academy, Chelyabinsk АННОТАЦИЯ
Применяемые в системах солнечного энергоснабжения (ССЭ) циркуляционные насосы (ЦН) переменного тока имеют ряд недостатков. Поэтому рекомендуется использовать ЦН, работающие на постоянном токе, питая их от солнечных батарей (СБ). Однако изменение параметров СБ в течение дня, зависимость параметров ЦН от величины приложенного напряжения неизвестны и выбор оборудования затрудняется.
На разработанной нами лабораторной модели исследованы зависимости параметров ЦН от мощности СБ. Приведены данные исследований, которые будут использованы для оптимизации параметров оборудования
в ССЭ.
ABSTRACT
Systems used in solar energy circulation pumps AC have a number of disadvantages. Therefore, it is recommended to use the DC pumps, nourishing them from solar panels. However, changing the parameters of the solar panels during the day, the dependence of the pump parameters on the magnitude of the applied voltage is unknown and the choice of equipment is difficult.
On the laboratory model studies of the dependence of parameters of the pump from the power of the solar panel. It presents research findings, which will be used to optimize the parameters of the equipment in the system of solar energy.
Ключевые слова: Солнечное энергоснабжение, циркуляционные насосы, солнечные батареи, производительность насоса.
Keywords: Solar power, circulation pumps, solar panels, pump capacity.
Общепризнано, что основным фактором развития цивилизации является эффективное использование источников энергии. В основном мы используем традиционные энергоресурсы, такие как - нефть, уголь, природный газ. При этом рост мировой экономики ограничивается дефицитом энергоресурсов и растущими ценами на них [1]. В связи с этим в последнее время большое внимание уделяется возобновляемым источникам энергии. В этом ряду наиболее перспективной является солнечная энергетика.
Евросоюз поставил задачу довести выработку электроэнергии за счет возобновляемых источников энергии до 30 % от общего потребления энергии. Основной
прирост мощностей фотоэлектрических станций пришелся на последние 5 лет, когда их объем вырос в 10 раз [1].
Солнечную энергию можно преобразовать в другие виды, в частности - в тепловую с помощью солнечных коллекторов (СК) и электрическую с помощью СБ. Для получения горячей воды и обогрева помещений целесообразно использование СК. При этом важным условием является автономность системы энергоснабжения.
В настоящее время разработана ССЭ жилого дома, которая действует в условиях Южного Урала. Для повышения степени её автономности следует разработать независимые от электросети источники питания электроприёмников системы.
В ССЭ наиболее распространены ЦН в контуре СК, работающие на переменном токе под напряжением 220 В, что объясняется относительной их простотой и возможностью прямого подключения к электросети (рисунок 1).
При этом насосы имеют ряд недостатков: ограниченные возможности регулирования оборотов двигателя и зависимость от надежности электроснабжения.
Рисунок 1. Существующая схема подключения циркуляционного насоса в контуре СК
Рисунок 2. Внешняя и мощностная характеристики исследуемого СМ
Поэтому в автономной системе ССЭ предпочтительнее использовать насосы, работающие на постоянном токе, с питанием от СБ. По сравнению предыдущими данные насосы обладают следующими преимуществами:
• возможность изменения производительности насоса путём изменения величины приложенного напряжения;
• полная независимость от электросети за счёт использования автономных источников.
При этом требуется выбрать СБ по мощности для обеспечения необходимой производительности насоса.
Для исследования зависимости параметров СБ и насоса постоянного тока от величины мощности солнечного излучения, нами разработана лабораторная модель. Солнечный модуль (СМ) располагается на крыше дома под углом наклона, соответствующему оптимальному значению при круглогодичном использовании на широте Челябинска [2].
В ходе исследования СМ установили необходимые его технические характеристики в условиях Южного Урала. По результатам исследований были получены необходимые характеристики СМ (рисунок 2).
Анализ результатов показывает, что напряжение максимальной мощности примерно равно номинальному напряжению насоса, следовательно, прямой запуск насоса от СМ возможен. Однако при подключении насоса к СМ запустить насос не удалось. Причина не запуска насоса в начальный момент времени объясняется ростом напряжения на входном конденсаторе насоса, за короткий промежуток времени, до величины напряжения холостого хода СМ [3]. При этом срабатывает встроенная защита от перенапряжения. Для нормальной работы насоса предложена схема его подключения через специальное устройство, позволяющее регулировать напряжение. Схема позволяет согласовать напряжение на выходе СМ с допустимым значением. Лабораторная модель для исследования предложенной схемы и характеристики насоса приведены на рисунке 3.
Технические характеристики насоса
Номинальное напряжение: 12 В Номинальный ток: 1,6 А Номинальная производительность: 12 л/мин Номинальная мощность: 19 Вт.
Рисунок 3. Схема подключения насоса к СБ
В ходе эксперимента были исследованы режимы работы элементов предлагаемой схемы. Результаты исследования представлены на рисунке 4.
Анализ приведенных графиков показывает, что предлагаемое техническое решение поддерживает уровень напряжения на выходе в пределах заданной величины при превышении величины входного напряжения СБ над номинальной. При снижении напряжения ниже номинального ограничитель не влияет на работу оборудования.
С помощью данного устройства проведено экспериментальное исследование зависимости режимов работы насоса от мощности СБ, зависящей от мощности солнечного излучения. Результаты исследования в марте приведены на рисунке 5.
Анализ приведенных характеристик показывает, что производительность насоса меняется в широких пределах с изменением мощности СБ. Причем характеры их изменения совпадают во времени, что требовалось установить.
По результатам исследования получено оптимальное соотношение мощностей СБ и ЦН для автономной системы энергоснабжения [3,4]. Для проверки его оптимальности при круглогодичном использовании системы ССЭ произведены расчёты и замеры соответственно
удельной мощности солнечного излучения и производительности насоса. При этом угол наклона СБ выбирается таким образом, чтобы обеспечить постоянство вырабатываемой СБ мощности в течение расчётного периода (сезон, год и т.п.). Результаты исследования приведены на рисунке 6.
а)
б)
14 12 10 8 6 4 2 0
,.<$> „.# „.<$> я? ,*$> „<$> ,*$> ,.<$> г.#
Ч^- <ь- ,<3- ,<3-
Напряжение на входе ограничителя, В Напряжение на выходе ограничителя, В
а) изменения напряжения в марте; б) изменения напряжения в июле Рисунок 4. Изменения напряжения за исследуемый промежуток времени
♦ Экспериментальное значение мощности солнечного модуля, Вт —□ — Экспериментальное значение мощности насоса, Вт -Л- Производительность насоса, л/мин —□— Мощность солнечного излучения , кВт/м2
Рисунок 5. Основные характеристики исследуемого оборудования, полученные экспериментальным путем
а)
1,2 -1 -
11: 00-12:00 12: 00-13:00 13: 00-14: 00 13: 00-14: 00 14: 00-15: 00
Интервалы времени
- Удельная мощность потока солнечного излучения в марте, кВт/м2 Удельная мощность потока солнечного излучения в июле кВт/м2
0,8
0,6
0,4
0,2
0
б)
12 10 ■
18 ф ф
8 ■ 6 ■ 4 ■ 2 ■ 0 ■ ** г * V и
V V !Ъ •У V V л, V ч*' п. Инт п. ерв аль вр ? емен
—•—Производительность насоса в марте, л/мин Производительность насоса в июле л/мин
а) изменение удельной мощности потока солнечного излучения; б) изменение производительности насоса Рисунок 6. Изменения производительности ЦН в зависимости от удельной мощности потока солнечного излучения
Анализ приведенных графиков показывает, что, несмотря на разные значения удельной мощности потока солнечного излучения (а), производительность ЦН не превышает номинальную величину (б). Производительность насоса в таком случае, как видно на графике, сопоставима
с производительностью в ранневесенний период, следовательно, полученное соотношение является оптимальным в течение всего года.
В ходе проведённых исследований установлен характер изменения производительности насоса в течение дня в зависимости от поступающей солнечной энергии и,
соответственно, мощности СБ. Подтверждена оптимальность ранее определённого соотношения мощностей СБ и ЦН для круглогодичного использования автономной системы солнечного энергоснабжения.
Полученные результаты позволяют выбрать мощность насоса для повышения эффективности системы солнечного энергоснабжения.
Литература
1. Стребков Д.С. Матричные солнечные элементы. / Д.С. Стребков // В 3-х томах. Том 1. - М.: ГНУ ВИЭСХ, 2009. - 120 с.
2. Шерьязов С.К. Возобновляемые источники в системе энергоснабжения сельскохозяйственных потребителей. Научная монография. Челябинск: ЧГАУ, 2008. - 300 с.
3. Шерьязов С.К., Чигак А.С. Энерго- и ресурсосбережение. Энергообеспечение. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии: Сборник материалов Всероссийской студенческой олимпиады, научно-практической конференции и выставки работ студентов, аспирантов и молодых ученых 17-20 декабря 2013 г. Екатеринбург: УрФУ, 2013. 425-428 с.
4. Шерьязов С.К., Чигак А.С. Повышение эффективности автономной системы солнечного теплоснабжения. Труды 9-й Международной научно-технической конференции «Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве». В 5-ти частях. Часть 4. Возобновляемые источники энергии. Местные энергоресурсы. Экология. М.: ГНУ ВИЭСХ, 2014. - 128-133 с.
МЕТОД СЛУЧАЙНОГО ПОИСКА В РЕШЕНИИ ОПТИМИЗАЦИОННЫХ ЗАДАЧИ
СИНТЕЗА ВИБРОЗАЩИТНЫХ СИСТЕМ
Широухов Александр Валерьевич
Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России
THE RANDOM SEARCH METHOD IN THE SOLUTION OF THE OPTIMIZATION PROBLEM OF SYNTHESIS OF VIBRATION ISOLATION SYSTEMS
Shirokhov Alexandr, Saint-Petersburg university of State fire service of EMERCOM of Russia, Saint-Petersburg АННОТАЦИЯ
В статье представлен алгоритм поиска оптимальных характеристик виброзащитных элементов основанный на методе случайного поиска глобального экстремума по наилучшей пробе в направляющем конусе с переменным углом раскрытия. Для повышения эффективности поиска алгоритм дополнен методами статистического градиента, наискорейшего спуска и методикой поиска вдоль граничных поверхностей в параметрическом пространстве.
ABSTRACT
The article presents an algorithm for nding the optimal characteristics of the vibration isolation elements based on the method of random search for the global optimum at the best sample in the guide cone with a variable opening angle. To improve the efficiency of the search algorithm is supplemented by statistical gradient, steepest descent and the method of searching along the boundary surfaces in parametric space.
Ключевые слова: оптимизируемый параметр, приращение критерия качества, наилучшая проба, статистический градиент, метод наискорейшего спуска.
Keywords: optimize the increment of the quality criterion, the best sample, statistical, gradient, steepest descent method.
Анализ методов оптимизации показывает, что для синтеза виброзащитных систем (ВС) элементов автомобильных базовых шасси (АБШ), колебательные движения которых описываются дифференциальными уравнениями [1], при существующих ограничениях и критериях целесообразно использовать глобальные методы случайного поиска [2] при числе оптимизируемых параметров более трех - четырех, а при количестве оптимизируемых параметров до четырех целесообразно применить градиентные методы с учетом необходимости проверки найденного решения на глобальность.
При реализации шаговых алгоритмов начальные точки оптимизации определяются, исходя из номинальных значений характеристик виброзащитных систем штатных АБШ.
Для решения данной задачи предлагается алгоритм, который основан на методе случайного поиска глобального экстремума по наилучшей пробе в направляющем конусе с переменным углом раскрытия. Для повышения эффективности поиска алгоритм был дополнен методами статистического градиента, наискорейшего спуска и методикой поиска вдоль граничных поверхностей.
Переключение алгоритма с одной частной методики на другую и изменение угла раскрытия направляющего конуса осуществляется автоматически в процессе вычислений в зависимости от особенностей пространства оптимизируемых параметров и.
Блок-схема данного алгоритма представлена на
рис. 1.
