CC BY
17
© М.Г. Баширов, И.Г. Юсупова, Р.Д. Биткулов УДК 621.311.1
СПОСОБ РАЗРАБОТКИ ПРОГРАММНО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
М.Г. Баширов, И.Г. Юсупова, Р.Д. Биткулов
Уфимский государственный нефтяной технический университет г. Салават, Россия
Резюме: ЦЕЛЬ. Выработка подхода для реализации программного обеспечения для проектирования систем электроснабжения с учетом существующих способов, подходов, методов, алгоритмов реализации электроэнергетических и электротехнических расчетов на ЭВМ, представляющих интерес для реализации, существующих программ и приложений, а также возможности реализации программного обеспечения для работы на нескольких операционных системах. МЕТОДЫ. При решении поставленной задачи применялся анализ существующих решений как среди статей, так и среди существующих программ и приложений. РЕЗУЛЬТАТЫ. В статье рассмотрены особенности различных программ по проведению расчетов в области электротехники и энергетики. Проведен обзор способов, подходов, методов, алгоритмов реализации электроэнергетических и электротехнических расчетов на ЭВМ, представляющих интерес для рассматриваемой в статье задачи. Предложена структура разрабатываемого приложения. Предложены решения по дальнейшей разработке и модернизации. Показано решение для возможности облегчения разработки для нескольких операционных систем с помощью кросс-платформенного программирования. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Рассмотрение существующих программ и приложений, а также работ по тематике расчетов и моделирования в энергетике позволило лучше разобраться с требуемым функционалом программы, её перспективами и способами развития.
Ключевые слова: программное обеспечение; функционал программы; ЭВМ; моделирование, анализ; вычисление.
COMPARATIVE ANALYSIS OF SOFTWARE AND COMPUTING SYSTEMS FOR THE DESIGN OF POWER SUPPLY SYSTEMS
MG. Bashirov, IG. Yusupova, RD. Bitkulov
USPTU «Ufa State Petroleum Technological University», Branch of the University in the City of
Salavat
Abstract: THE PURPOSE. Development of an approach for the implementation of software for the design of power supply systems, taking into account the existing methods, approaches, methods, algorithms for the implementation of electric power and electrical calculations on a computer that are of interest for implementation, existing programs and applications, as well as the possibilities of ensuring the implementation of software for work on several operating several systems. METHODS. When solving the problem, the analysis of existing solutions was used both among articles and among existing programs and applications. RESULTS. The article discusses the features of various programs for carrying out calculations in the field of electrical engineering and energy. A review of the methods, approaches, methods, algorithms for the implementation of electric power and electrical calculations on a computer, which are of interest for the problem considered in the article, is carried out. The structure of the developed application is proposed. Solutions for further development and modernization are proposed. A solution is shown for the possibility of facilitating development for several operating systems using cross-platform programming. CONCLUSION. Consideration of existing programs and applications, as well as work on the topic of calculations and modeling in the energy sector, made it possible to better understand the required functionality of the program, its prospects and development methods.
Key words: software, program functionality, computer, modeling, analysis, computation.
Введение
В век информационных и цифровых технологий, которые проникли практически во все сферы жизни человека, происходит автоматизация практически в любой сфере человеческой деятельности. Задачи, на которые раньше тратилось большое количество времени, теперь решаются намного быстрее и точнее. Электронно-вычислительные машины (ЭВМ) серьезно упрощают процессы решения задач. Но полностью автоматизированными эти процессы назвать еще сложно.
Процесс проектирования также сильно упростился с появлением ЭВМ. В основном это, конечно, касается лишь процесса черчения. Расчетов и моделирования каких-либо процессов это касается слабо. Например, расчет нагрузок чаще всего проводится с использованием возможностей таблиц Excel. Также это относится и к выбору кабелей, расчета уставок релейной защиты и т.п. Проведение расчетов в Excel - это простое решение, но существует множество проблем, связанных с синхронизацией данных, ошибками при составлении таких таблиц и т.п. И чем большая сложность и громоздкость такой таблицы, тем большая вероятность появления какой-либо ошибки. Поэтому и требуется программа, которая бы упрощала такую работу.
Перед началом создания программы, разработчик сталкивается с выбором между простыми и сложными программами. Если сравнивать с современными возможностями ЭВМ, то раньше, когда уровень развития информационных технологий был низок, и ЭВМ имели очень ограниченные возможности, то программы в большинстве своем были простыми. Такие программы имели крайне узкую специализацию, а их решаемые задачи -хорошо детерминированы. Но теперь, при бурном развитии ЭВМ, в особенности это касается роста их мощности, у программистов имеется больше возможностей для разработки сложных программных комплексов. Они могут быть крайне обширными. Чтобы не перегружать программные комплексы, их делают модульными. В состав такого программного комплекса может входить одна основная программа и подключаемые к ней модули [1].
Современное прикладное программное обеспечение (ПО) - мощная прогностическая система, удобная в эксплуатации и снабженная пользовательским графическим интерфейсом, каталогами современных математических моделей, разветвленными базами данных справочной информации. Впечатляющие достижения в ее создании основаны на использовании строгих подходов физики, химии, материаловедения, вычислительной математики и других смежных дисциплин. Бурный прогресс в компьютерной технике, развитие математических моделей для описания технологических процессов, а также разработка эффективных вычислительных методов стали информационной основой для широкого внедрения прикладного ПО в практику инженерных и конструкторских расчетов на промышленных предприятиях.
Литературный обзор
Для того, чтобы в конечном итоге получить программный комплекс, который может решить широкий круг задач по электротехнике и энергетике, необходимо изучить последние исследования и разработки в данной области. Ниже приведен обзор способов, подходов, методов, алгоритмов реализации электроэнергетических и электротехнических расчетов на ЭВМ, представляющих интерес для рассматриваемой в статье задачи [2].
В работе иностранных авторов [3] проводится моделирование переходных процессов в свинцово-кислотных аккумуляторах путём построения физико-математической модели батарей на ЭВМ. Сначала приводится математическая модель, затем строится 3Б-модель, с помощью которой проводится оценка быстротекущих процессов, которые ранее не учитывались традиционными моделями.
Решение задачи определения места замыкания при ОЗЗ построением системы уравнений и модели показано в работе [4]. Построение проводится аналитически, с помощью дифференциальных уравнений. Только в данном случае отличие в том, что решение уравнений проводится вручную, что существенно замедляет и осложняет процесс расчета.
Это означает, что в разрабатываемой программе процесс расчета должен быть максимально упрощен для пользователя. Все расчеты должны быть реализованы так, чтобы пользователю было необходимо только вводить данные и совершать операции выборного характера.
В работе [5] также приводится расчет переходного процесса при дуговых замыканиях на землю в кабельных сетях 6-10 кВ с изолированной нейтралью. В данном случае расчет
выполнен с применением системы Matlab, что ограничивает применение данной модели, так как для того, чтобы воспользоваться данной наработкой необходима установленная система Matlab. Также отрицательной стороной данной модели является отсутствие пользовательского интерфейса.
Примером реализации уравнения и модели в комплексной форме является следующая статья [6], где приводится модель для анализа режима работы системы электроснабжения. В отличии от предыдущих случаев реализации моделирования на ЭВМ, в этот раз были использованы комплексные уравнения, что позволяет проще решать нелинейные уравнения.
Так как анализируемые системы могут иметь нелинейный характер, то стоит сосредоточится на реализации именно комплексной формы решения данных уравнения в ПО.
Математическое моделирование процессов в электрических сетях с применением фазных координат на ЭВМ представлено в следующей работе [7]. Можно с успехом применять результаты данной работы не только, например, для расчета, но и для визуального, графического моделирования.
А для понятия работы, апробации или моделирования для исследований релейной защиты лучшим вариантом будет реализация на ЭВМ, представленной в работе [8]. Это также связано с тем, что все больше релейная защита становится микропроцессорной и цифровой. Этому посвящена следующая работа [9].
Наличие также схемы для построения схемы электроснабжения, её релейной защиты, с последующим его анализом и испытанием позволило бы изучать релейную защиту без наличия, собственно, физических элементов.
Не стоит обходить вниманием также и моделирование симметричных режимов работы электрической сети с дальнейшей обработкой полученных данных, представленной в следующей работе [10]. Моделируя случаи работы электрической сети, можно оценить возможность работы данной сети в реальности. Затем на основе данной модели оценить результаты и выработать меры и решения для улучшений работы в данном режиме.
Молниезащита заслуживает особого внимания при разработке ПО. В работе [11] проводится компьютерное моделирование материалов покрытия для защиты от ударов молний. И оно показывает, что комплексное исследование с применением реального материала и его модели при экспериментах и испытании дает лучший результат в исследованиях.
Надежность бесперебойной подачи электроэнергии является одной из важнейших проблем в электроэнергетике. Для оценки её надежности в следующей работе [12] предлагается методика определения параметров надежности для каждого элемента системы электроснабжения на примере однотрансформаторной подстанции. Производится моделирование зависимости параметра потока отказов от резервирования и мощности трансформатора.
В данной работе [13] предлагается автоматизированный лабораторный стенд, предназначенный для оценки расчетного тока и исследования адекватности рассматриваемой математической модели перегрева провода относительно температуры окружающей среды. При разработке компьютерной модели нагрева проводника была принята схема тепловых процессов в проводнике, описанная в научных публикациях. Моделирование в данной работе производилось в среде Simulink.
При проектировании систем электроснабжения, заземления, молниезащиты, релейной защиты и т.д. инженеры-проектировщики часто сталкиваются с проблемой проведения расчетов нагрузок, электрических сетей, уставок релейной защиты и т.д. Проблема усугубляется отсутствием единой системы для проведения расчетов. Поэтому зачастую в работе приходится использовать не отдельные программы, которые чаще всего выполняют один вид расчета, но и собственные программы, реализованные в программе Excel. Все это в совокупности приводит к затратам по времени при выполнении работ по проектированию систем электроснабжения.
Таким образом, предлагается разработка программного комплекса для решения широкого круга задач, и которая могла бы с успехом внедрена в процесс проектирования, а также могла бы реализовать любые расчеты, относящихся к области электроэнергетики и электротехники. Такую разносторонность программного комплекса предполагается реализовать благодаря модульности комплекса, а также наличию реализации программы и на Android, и на ПК.
Материалы и методы
Теперь необходимо выполнить обзор существующих программных комплексов, приложений, в которых может проводиться расчет электрических величин, моделирование работы электрической сети и т.п. Рассмотреть какой функционал является минимальным. Какой круг задач решается данными программами
Программный комплекс энергетика «Акула» представляет собой комплекс, выполняющий следующие задачи:
- расчет заземляющих устройств;
- расчет молниезащиты;
- расчет сечения электропроводки;
- расчет электроэнергии;
- расчет потерь напряжения сети до 1000В;
- расчет потерь электроэнергии;
- расчет освещенности (выбор светильников);
- расчет мощности объектов.
- расчет аппаратов защиты;
- расчет мощности кондиционеров;
- расчет мощности электрокотлов.
В состав комплекса входит также:
- автоматизированный график ППР;
- автоматизированный журнал учета и хранения защитных средств;
- интернет-обозреватель;
- переводчик энергетика;
- экзаменатор;
- организатор.
Как видим, данный программный комплекс решает множество отдельных задач, но не комплекс задач. Также данный программный комплекс был разработан довольно давно (рисунок 1).
Рис. 1 Рабочее окно программного комплекса «Акула» Fig. 1 Working window of the "Akula" software
package»
Наиболее современными являются программные комплексы
- ЕТАР 18.1.1 - является комплексным инструментом для детального анализа систем переменного и постоянного токов;
- АНАРЭС - программный комплекс для расчетов, анализа и планирования режимов работы электроэнергетических систем;
- RastrWin - предназначен для решения задач по расчету, анализу и оптимизации режимов электрических сетей и систем.
Анализ данных программ показывает широкие возможности в различных областях энергетики: от расчета режимов сети до анализа электрических систем.
Наиболее близким по предполагаемому комплексу задач, программным комплексом, который предлагается разрабатывать, является ЕТАР 18.1.1 (рисунок 2). Он включает в себя множество модулей, что предполагает большую гибкость программы, а также возможность покупки только необходимых модулей, а не всего программного комплекса.
МММ« tMHIwlttMllH' ' ■ — ■ I -Л »—— — -■*«.
ч-,— - ----- - -' * *япт* л* • V™.
Рис. 2 Рабочее окно программного комплекса Fig. 2 Working window of the ETAP software package ETAP
ETAP является комплексной программой для анализа сетей переменного и постоянного токов.
Система постоянного тока использует ту же базу данных, что и сеть переменного тока. Модули «Установившийся режим в системах постоянного тока» и «Расчёт коротких замыканий в системах постоянного тока» предоставляют инженерам возможности для проектирования и обслуживания систем постоянного тока. Модуль «Определение параметров аккумуляторных батарей и их разряд» используется для выбора наиболее подходящих элементов аккумуляторных батарей, проверки ёмкости существующих батарей и моделирования различных сценариев работы системы постоянного тока.
Главным недостатком данного программного комплекса является то, что он разработан за рубежом.
АНАРЭС - программный комплекс для расчетов, анализа и планирования режимов работы электроэнергетических систем (рисунок 3).
Рис. 3 Рабочее окно программного комплекса Fig. 3 Working window of the ANTARES software
АНАРЕС package
Комплекс предназначен для оперативных расчетов, анализа, планирования режимов работы электроэнергетических систем (ЭЭС); управления ими на различных территориальных уровнях диспетчерского управления. Основные пользователи комплекса -это центры диспетчерского управления системных операторов ЭЭС, электросетевые
предприятия, электрогенерирующие компании, крупные промышленные организации, проектные и инжиниринговые организации в электроэнергетике, учебные центры.
Программный комплекс позволяет проводить:
- расчет нормальных (установившихся) режимов;
- оптимизация режима работы (минимизация потерь);
- поиск и анализ предельных режимов работы;
- расчет токов короткого замыкания;
- оценивание текущего состояния;
- анализ режимной надежности, с возможностью оценки вероятности возникновения и развития каскадных аварий;
- расчет электромеханических переходных процессов;
- производить проектирование электрических систем;
- решать задачи обработки телеметрической информации на уровне подстанций и подготовки её для дальнейшего использования для работы комплекса.
Данный программный комплекс работает под управлением всех операционных систем семейства Windows. Выполнен на единой информационной и сервисной основе. В отличие от ETAP имеет меньший функционал.
Программный комплекс RastrWin предназначен для решения задач по расчету, анализу и оптимизации режимов электрических сетей и систем. На рисунке 4 представлен пример расчета режимов работы простейшей разомкнутой электрической сети с использованием специализированной программы для расчета установившихся электрических режимов работы электрических сетей и систем - RastrWin.
В отличие от предыдущих программ, RastrWin является более узконаправленным программным средством.
Рис. 4 Графическое отображение сети в нормальном Fig. 4 Graphical display of the network in normal mode in режиме в программном комплексе RastrWin the RastrWin software package
Что же касается приложений на операционных системах (ОС) IOS и Android, то в сети был найден такой список самых популярных мобильных приложений в области электроэнергетики:
- «ЭлектроникЬйе»;
- «EE Helper (Electronics Engineer Helper)»;
- «Electronics TK (Electronics Toolkit)»;
- «Электрические расчёты Lite»;
- «Справочник Электрика»;
- «Электрика»;
- «Мобильный Электрик»;
- «CuCalc расчёт сечения кабеля».
Рассмотрим некоторые из них, непосредственно связанных с проведением расчетов.
«Электрические расчёты» - приложение предназначено прежде всего для электриков, которым нужны обычные, бытовые расчеты силы тока, напряжения, сечения провода, его сопротивления, параметров электродвигателя и многое другое (рисунок 5). Имеет наибольший функционал среди представленных приложений на Android. Из недостатков же стоит заметить, что программа, ориентированная на зарубежного пользователя, расчеты проводятся по стандартам международной электротехнической комиссии (МЭК).
«Справочник Электрика» -верный помощник при расчете сечений проводов и кабелей, автоматических выключателей. Также в функционал данной программы входят: цветовая маркировка жил кабеля, расчет заземления, расчет сопротивлений для светодиода.
«Электрика» - в этой программе для пользователей доступна документация по КИПиА и электрике. Программа позиционирует себя как подручный справочник во время работы в области электрики и профессиональной автоматизации, когда нужно постоянно обращаться к информационным таблицам, характеристикам и справочным материалам. Также в данном приложении имеются калькуляторы подбора сечения, расчета освещенности и т.д. На данное приложение стоит обратить внимание в большей степени как на образец справочника, подобно которому также можно организовать справочный модуль приложения.
= Электрические Расчеты Я = Электрические Расчеты 0.
Q Ш <~J Ш - £ О Ш. *
Основное Электродвига... Преобразован... Ресурсы Распк Основное Элепродвига-Преобрваоаш- Ресурсы Рас™
Уу Расчет сечения провода
Расчет падения напряжения
Расчет силы тока
Расчет напряжения
Ток элдвигателя
Мощность эл двигателя
Напряжение эл.двигателя
Коэффициент мощности эл.двигателя (КПД)
Расчет активной мощности
КПД эл.двигателя
Расчет полной мощности
Расчет реактивной мощности
Расчет коэффициента мощности
Расчет сопротивления
Максимальная длина провода
<£г Эл.двигатель из трехфазного в ® однофазный
е. Конденсаторный запуск однофазного эл.двигателя
Частота
вращения эл.двигателя
(Ö: Скольжение эл.двигателя
'feh Максимальный крутящий момент
Рис. 5 Окна приложения «Электрические расчёты
Fig. 5 Windows of the «Electrical Calculations» application
«Мобильный электрик»- приложение подобное «Электрическим расчетам», но уступающее по функционалу (рисунок 6). Имеются расчеты по формулам из ПУЭ, NEC, CEC, МЭК. Также присутствует расчет проводника. Также есть обширная база расчетов, связанных с электродвигателями.
Рис. 6.и Окно приложения «Мобильный электрик»
Fig. 6. and the Mobile Electrician application window»
«СиСа1с»-приложение, рассчитанное для проведения расчета сечения кабеля. Нужно лишь знать мощность электроприемников. Учитывается тип кабеля и способ его прокладки (рисунок 7). К недостатку данного приложения можно отнести его узконаправленность.
Проверка Ka&cf 100.0 кВт 158.265 A Начальные данные
100.0 [ Хшватт ми пер МЕДЬ атоиииий
380 п т ПиП з-tQ nw
Коэффициент мощности
COS(f) |цо>ффици*нТ ОТ 0,6 ДО 1
Расчетные пэрметры
ила тока: 158,26 А апряжение: 380 В ктивная мощность: 100.0 кВт еактивная мощность: 4.167 квар олная мощность: 104.17 кВА
Рис. 7 Окно приложения «CuCalc»
Fig. 7 ""CuCalc" application window»
Как мы видим, в основном эти популярные программы разработаны для проведения простых, бытовых и небольших расчетов.
Примером наглядного и крайне удачного моделирования на Android является приложение «EveryCircuit», в котором можно строить электронные схемы [14]. После построения схему можно запустить. Направление тока, а также графики токов и напряжений в указанных точках и на указанной участке или элементе будут отображаться в виде анимации (рисунок 8). Недостатками являются моделирование схем, связанных больше с электроникой, нежели с энергетикой, и то, что интерфейс программы на английском языке.
Full-wave reciifier
Рис. 8 Окно приложения «EveryCircuit» Fig. 8 "EveryCircuit" application window»
Результаты
На основе рассмотренных программ можно расписать требуемый минимальный функционал разрабатываемой программы. Разработку программы предлагается осуществлять в несколько этапов:
- первый этап - реализация основного функционала:
1) расчет заземляющих устройств;
2) расчет молниезащиты;
3) расчет сечения электропроводки;
4) расчет нагрузок электрической сети;
5) расчет потерь напряжения сети до 1000В;
6) - расчет токов короткого замыкания.
- второй этап - дополнение функционала:
1) расчет освещенности (выбор светильников);
2) расчет мощности объектов.
3) расчет аппаратов защиты;
- третий этап - используя кросс-платформенное решение, - Kotlin Multiplatfrom (KMP), -сделать возможным работы программы на OСWindows;
- четвертый этап - интегрирование программы с основными программами, используемые в проектировании в области электроэнергетики. В особенности с программами, в которых осуществляется черчение и имеются инструменты разработки пользовательских приложений: Autocad.
Разработка программного комплекса предлагается вести сначала на базе Android, с использованием языка Kotlin. Это обусловлено в первую очередь тем, что в данном случае разработка будет более проще. Так как она будет начинаться с проработки отдельных модулей, то их будет легче представлять для использования, обзора и оценки широкому кругу пользователей. Если обратить внимание на приводимую ниже структуру Android-приложения (рисунок 10), то можно заметить, что в ней есть элементы, благодаря которым можно было бы вести обсуждение внутри приложения между пользователями. Это могло бы обеспечить хорошую обратную связь, и позволило бы дорабатывать функционал приложения с учетом опросов, отзывов. Затем, используя кросс-платформенный подход, которое описано далее, данное приложение будет несложно перенести и на ПК. Причем, не оставляя без внимания и само приложение на Android. Здесь подразумевается наличие синхронизации между приложением на Android и программой на ПК, которое бы позволило просматривать, редактировать данные, проводить наглядное моделирование работы электрической сети и со смартфона, и с ПК.
Возвращаясь к использованию кросс-платформенного подхода, можно с уверенностью сказать, что в настоящее время мы переживаем период бурного развития новых технологий и подходов к написанию мобильных приложений. Одной из них является развивающийся SDK (Software development kit - комплект средств разработки) от компании JetBrains для кросс-платфоpменноq разработки KMP.
Благодаря KMP и широкой поддержке кросс-платформенных приложений Google, JetBrains удастся, разработав один раз программу для смартфонов на базе ОС Android, без больших проблем впоследствии после доработок запускать ее и под ОС IOS, позже и под ОС Windows (рисунок 9).
Г
"iodule
J_
f ramewiork
jar
1
1
App
App
Рис. 9 . Kotlin Multiplatfrom
Fig. 9. Kotlin Multi platform
KMP - это необязательная встроенная платформа с открытым исходным кодом для совместного использования, основанная на популярном современном языке Kotlin. Kotlin Multiplatform обеспечивает доступность логики, отличной от пользовательского интерфейса, на многих платформах.
KMP - это действительно прагматичное программирование, помогающее удовлетворить растущий спрос на разработку мобильных приложений на нескольких платформах - способ избежать необходимости писать код дважды [15].
Основная идея KMP, как и других кросс-платформенных SDK, - оптимизация разработки путем написания кода один раз и последующего его использования на разных платформах.
Согласно концепции JetBrains, KMP не является фреймворком. Это именно SDK, который позволяет создавать модули с общим кодом, подключаемые к приложениям.
Кросс-платформенный проект состоит из трех типов модулей:
- общий модуль содержит код, который не свойствен какой-либо определённой платформе, а также объявления для реализации в платформо-зависимых API. Эти объявления позволяют общему коду быть зависимостью для реализаций для конкретных платформ.
- платформенный модуль содержит реализации платформо-зависимых объявлений из общего модуля для конкретной платформы и другой платформенный код. Платформенный модуль всегда является реализацией одного общего модуля.
- обычный модуль. Такие модули базируются на определённой платформе и могут либо быть зависимостью платформенных модулей, либо зависеть от них [16].
Обсуждение
В дальнейшем, после проработки основного функционала, предлагается включить в функционал реализацию предлагаемых в научных работах методов расчета, моделирования. Предоставить возможность их использования, тестирования широкому кругу пользователей, что обеспечит наличие отличной обратной связи от заинтересованных лиц для разработчиков, предлагающих и разрабатывающих эти методы. Предложения, замечания и комментарии пользователей могли бы помочь авторам разработок в доработке, нахождении ошибок, тенденций и т.п.
Для того, что приложение не было сложным в обращении, такие возможности можно реализовать в виде дополнительных модулей, плагинов, отдельных программ в составе одного комплекса. Чтобы функционал не оттолкнул пользователя своею сложностью.
Это что касается реализации в устройствах на базе Android. Что же касается программы уже на ПК, то, как говорилось выше, здесь необходима интеграция, в особенности с программой Autocad, а также Autocad-подобными программами (NanoCAD и т.п.). Почему же Autocad, а не, например, Компас? Autocad в отличие от Компаса имеет инструменты разработки пользовательских приложений. И это является определяющим в данном вопросе, так как имеется возможность разработки сценариев, дополнительных модулей для осуществления интеграции с другими программами.
Такое интегрирование может позволить облегчить работу проектировщика в следующих случаях:
- подсчет длин кабелей в 2Б-чертеже;
- помощь с маркировкой кабелей с загружаемой базой маркировок, согласно требований заказчика;
- автоматизация расчета нагрузок электрических сетей минимум до уровня отдельного цеха;
- проверка кабелей по допустимому току, по тепловой нагрузке и т.п.;
- расчет потерь напряжения согласно выбранному из каталога кабеля и длины, полученной из чертежа;
- расчет токов короткого замыкания;
- проверка оборудований на КЗ;
- автоматизация получения разрезов кабельных трасс, в особенности разрезов эстакад.
Также предлагается обеспечить возможность вывода данных о кабельных линиях, обозначенных на схемах, и которые нужно заказать, для возможности формирования кабельного журнала и учета в спецификации материалов. Таким образом, версия для ПК будет программным комплексом, в основном предназначенным для проектных организаций.
В свою очередь, имея в виду большое количество активных пользователей устройств Android и больших объемов капитализации этого рынка, разумнее здесь разрабатывать более открытую и доступную программу.
На рисунке 10 представлена предполагаемая структура Android-версии разрабатываемой программы.
Рис. 10 Структура Android-приложения Fig. 10 Structure of the Android app
На рисунке 11 представлена предполагаемая структура версии программы на ПК.
Стоит остановится на такой области работы программы, как моделирование. Здесь подразумевается, конечно, моделирование режимов работы электрических сетей для их анализа В особенности проведение моделирования аварийных режимов работы электрических сетей.
Для облегчения проведения работы моделирования, предлагается обеспечить синхронизацию с построенной расчетной схемой сети, например, построенной в модуле проведения сложных комплексных расчетов. Выполненные для расчетов чертеж и расчетная схема могли бы выгружаться в модуль моделирования программы, когда необходимо, не затрачивая время проектировщика на работу в другой программе. Таким образом, моделируя, можно было бы проверять одновременно и проводимый расчет, и выбор аппаратов, кабелей. В особенности это касается проверки на термическую и электродинамическую стойкость вводных автоматов, высоковольтных выключателей.
Большим подспорьем в моделировании было бы также внедрение нейронных сетей в программный комплекс [17]. Данная технология уже внедряется на практике в энергетике в создании цифровых подстанций. Смотря на успехи искусственного интеллекта в области распознавания изображений, можно также найти применение в распознавании чертежей, не
имеющих электронный вариант, но которые нужно проверить, провести расчет, смоделировать.
Рис.1. Структура программы на ПК Fig. 1. The structure of the program on the PC
Выводы
Таким образом, данное направление в сторону разработки программных комплексов по электротехнике и энергетике имеет большие перспективы. Но имеются и определённые сложности. Электротехника и энергетика являются обширными, поэтому программа должна быть многофункциональной. Но чтобы не сильно усложнить программный комплекс, его нужно сделать модульным. Каждый модуль отвечает за какую-либо область расчетов или моделирования.
Поэтому разработку программы лучше вести в несколько этапов. Начиная с минимального функционала на начальных этапах разработки, затем добавляя новые, предусмотренные дальнейшими этапами. Не забывая программу делить на модули, можно добиться вполне мощного программного комплекса. Также используя кросс -платформенные решения, можно добиться большего распространения программы при меньших трудозатратах.
Литература
1. Чорный А., Компьютерное моделирование: особенности и трудности применения // Наука и инновации. 2017. №177. URL: https://cyberlemnka.m/article/n/kompyutemoe-modelirovanie-osobennosti-i-trudnosti-primeneniya (дата обращения: 13.01.2020).
2. Биткулов Р.Д., Хуснутдинова И.Г. Анализ эффективности программно-вычислительных комплексов для проектирования систем электроснабжения // В сборнике: Интеграция науки и образования в вузах нефтегазового профиля 2020. Материалы Международной научно-методической конференции, посвященная 75-летию победы в великой отечественной войне. 2020. С. 325-327
3. Huck, M., & Sauer, D.U. (2020). Modeling transient processes in lead-acid batteries in the time domain. JournalofEnergyStorage, 29, 101430.
4. Шуин В.А., Информационные параметры электрических величин переходного процесса для определения места замыкания на землю в распределительных кабельных сетях напряжением 6-10 кВ / Шуин В. А., Филатова Г. А., Воробьева Е. А., Ганджаев Д. И. // Вестник ИГЭУ. 2017. №2. URL: https://cyberlemnka.m/article/n/mformatsionnye-parametry-elektricheskih-velichin-perehodnogo-protsessa-dlya-opredeleniya-mesta-zamykaniya-na-zemlyu-v (дата обращения: 14.01.2021).
5. Добрягина Ольга Александровна, Кутумов Юрий Дмитриевич, Шадрикова Татьяна Юрьевна, Шуин Владимир Александрович / Влияние высших гармоник на переходные процессы при дуговых замыканиях на землю в кабельных сетях 6-10 кв с изолированной нейтралью // Вестник ИГЭУ. 2020. №2. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/vliyanie-vysshih-garmonik-na-perehodnye-protsessy-pri-dugovyh-zamykaniyah-na-zemlyu-v-kabelnyh-setyah-6-10-kv-s-izolirovannoy (дата обращения: 17.01.2021).
48
6. Ермолаева Н. М., Анализ и оптимизация режимов работы систем электроснабжения с трансформаторными связями / Ермолаева Н. М., Кокорев Н. А., Щедрин В. А. // Вестник ЧГУ. 2017. №3. URL: https://cyberlemnka.m/article/n/anaHz-i-optimizatsiya-rezhimov-raboty-sistem-elektrosnabzheniya-s-transformatornymi-svyazyami (дата обращения: 17.01.2020).
7. Панова Евгения Александровна, Крюкова Анастасия Андреевна Применение метода фазных координат для моделирования линий электропередачи систем промышленного электроснабжения // ЭС и К. 2017. №3 (36). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/primenenie-metoda-faznyh-koordinat-dlya-modelirovaniya-liniy-elektroperedachi-sistem-promyshlennogo-elektrosnabzheniya (дата обращения: 20.01.2021).
8. Баширов М.Г. Программный модуль по расчету токов короткого замыкания / М.Г. Баширов, А.А. Валидов, Д.А. Заварихин, И.Г. Хуснутдинова // В сборнике: Интеграция науки и образования в вузах нефтегазового профиля -2016. Материалы Международной научно-методической конференции, посвященной 60-летию филиала Уфимского государственного нефтяного технического университета в г. Салавате. 2016. С. 367-371.
9. Андреев А. Н, Распределённые модели устройств автоматического управления // Вестник ЮУрГУ. Серия: Энергетика. 2005. №9 (49). URL:
https://cyberleninka.rU/article/n/raspredelyonnye-modeli-ustroystv-avtomaticheskogo-upravleniya (дата обращения: 20.01.2020).
10. Антонов А. И., Моделирование несимметричных режимов работы электрической сети и обработка результатов с помощью программы для ЭВМ / Антонов А. И., Денчик Ю. М., Зубанов Д. А., Зубанова Н. В., Руппель А. А. // ОНВ. 2018. №2 (158). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/modelirovanie-nesimmetrichnyh-rezhimov-raboty-elektricheskoy-seti-i-obrabotka-rezultatov-s-pomoschyu-programmy-dlya-evm (дата обращения: 25.01.2020).
11. Zhang, B., Soltani, S. A., Le, L. N., &Asmatulu, R. (2017). Fabrication and assessment of a thin flexible surface coating made of pristine graphene for lightning strike protection. Materials Science and Engineering: B, 216, 31-40. (датаобращения: 31.01.2021).
12. Конюхова Е.А., Оценка показателей надежности схем при выполнении ТЭО варианта электроснабжения объектов // Вестник КГЭУ. 2018. Том 10 №3 (39). С. 34-45.
13. Байбагысова Д.Ж., Кадиева А.К., Кадыров Ч.А., Узагалиев З.А. компьютерное моделирование процесса нагрева и определение расчетной нагрузки проводника при стохастическом характере изменения тока. Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2018;20(3-4):72-81. - URL: https://doi.org/10.30724/1998-9903-2018-20-3-4-72-81 (дата обращения: 08.03.2021).
14. EveryCircuit [Электронныйресурс] // Every Circuit. - URL: https://everycircuit.com (дата обращения: 1.02.2021).
15. Multiplatform programming [Электронный ресурс] // kotlinlang. - URL: https://kotlinlang.org/docs/reference/multiplatform.html(дата обращения: 03.02.2021).
16. Introduction to Kotlin Multiplatform [Электронный ресурс] // touchlab. - URL: https://touchlab.co/kotlin-multiplatform (дата обращения: 03.02.2021.
17. Павлюков Валерий Сергеевич, Данилин Андрей Максимович / К задаче совершенствования технологии анализа моделей установившегося режима электрических сетей с применением элементов искусственного интеллекта // Инновации в науке. 2016. №52 (54). URL: https://cyberleninka.ru/article/n7k-zadache-sovershenstvovaniya-tehnologii-analiza-modeley-ustanovivshegosya-rezhima-elektricheskih-setey-s-primeneniem-elementov (дата обращения: 1.02.2021).
Авторы публикации
Баширов Мусса Гумерович - д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой «Электрооборудование и автоматика промышленных предприятий», филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Уфимский государственный нефтяной технический университет» в г. Салавате, E-mail: eapp@yandex.ru
Юсупова Ильвина Гамировна - канд. техн. наук, доцент кафедры «Электрооборудование и автоматика промышленных предприятий», филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Уфимский государственный нефтяной технический университет» в г. Салавате, E-mail: ilvina011@mail.ru
Биткулов Рустам Дамирович - магистрант направления подготовки 13.04.02 «Электроэнергетика и электротехника», кафедра «Электрооборудование и автоматика промышленных предприятий», филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Уфимский государственный нефтяной технический университет» в г. Салавате, E-mail: rou.strat@mail.ru
References
1. Chorny A, Computer modeling: peculiarities and difficulties of application. Science and innovations. 2017. №177. URL: https://cyberlenmka.m/article/n/kompyutemoe-modelirovanie-osobennosti-i-trudnosti-primeneniya (date accessed: 01/13/2020).
2. Bitkulov RD. Analysis of the effectiveness of software and computing systems for the design of power supply systems. In the collection: Integration of science and education in oil and gas universities - 2020. Materials of the international scientific and methodological conference dedicated to the 75th anniversary of victory in the Great Patriotic War. 2020. P. 325-327.
3. Huck M, & Sauer DU. (2020). Modeling transient processes in lead-acid batteries in the time domain. Journal of Energy Storage, 29, 101430.
4. Shuin VA, Filatova GA, Vorobieva EA, et al. Informational parameters of electrical values of the transient process for determining the location of the earth fault in distribution cable networks with a voltage of 6-10 kV. Bulletin of ISEU. 2017. №2. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/informatsionnye-parametry-elektricheskih-velichin-perehodnogo-protsessa-dlya-opredeleniya-mesta-zamykaniya-na-zemlyu-v (date accessed: 14.01.2021).
5. Dobryagina OA, Kutumov YuD., Shadrikova TY., Shuin VA. Influence of higher harmonics on transients during arc earth faults in cable networks 6-10 kV with isolated neutral. Vestnik ISPU. 2020. №2. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/vliyanie-vysshih-garmonik-na-perehodnye-protsessy-pri-dugovyh-zamykaniyah-na-zemlyu-v-kabelnyh-setyah-6-10-kv-s-izolirovannoy (date accessed: 17.01.2021).
6. Ermolaeva NM, Kokorev NA, Shchedrin VA Analysis and optimization of operating modes of power supply systems with transformer connections. Vestnik ChSU. 2017. №3. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/analiz-i-optimizatsiya-rezhimov-raboty-sistem-elektrosnabzheniya-s-transformatornymi-svyazyami (date accessed: 17.01.2020).
7. Panova Evgeniya Aleksandrovna, Kryukova Anastasia Andreevna Application of the method ofphase coordinates for modeling power lines of industrial power supply systems. ES and K. 2017. №3 (36). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/primenenie-metoda-faznyh-koordinat-dlya-modelirovaniya-liniy-elektroperedachi-sistem-promyshlennogo-elektrosnabzheniya (date accessed: 20.01.2021).
8. Bashirov MG, Validov AA, Zavarikhin DA Software module for calculating short-circuit currents. In the collection: Integration of science and education in oil and gas universities -2016. Materials of the International Scientific and Methodological Conference dedicated to the 60th anniversary of the branch of the Ufa State Petroleum Technical University in Salavat. 2016. P. 367-371.
9. Andreev AN Distributed models of automatic control devices // Bulletin of SUSU. Series: Energy. 2005;№9(49). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/raspredelyonnye-modeli-ustroystv-avtomaticheskogo-upravleniya (date accessed: 20.01.2020).
10. Antonov AI, Denchik YuM, Zubanov DA. Simulation of asymmetric modes of operation of an electrical network and processing of results using a computer program. HE IS IN. 2018. №2 (158). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/modelirovanie-nesimmetrichnyh-rezhimov-raboty-elektricheskoy-seti-i-obrabotka-rezultatov-s-pomoschyu-programmy-dlya-evm (date accessed: 01.2020).
11. Zhang, B, Soltani, SA., Le L. N, & Asmatulu, R. (2017,). Fabrication and assessment of a thin flexible surface coating made of pristine graphene for lightning strike protection. Materials Science and Engineering: B, 216,31-40. (date accessed: 31.01.2021).
12. Konyukhova EA, Evaluation of reliability of schemes in the performance of a feasibility study of the option of power supply facilities. Bulletin of KSPEU. 2018;10(3):(39):34-45.
13. Baibagysova DJ, Kadieva AK, Kadyrov CA, Uzagaliev ZA. Computer simulation of the heating process and the determination of the calculated load of the conductor under stochastic character of current change. Power engineering: research, equipment, technology. 2018;20(3-4):72-81. URL: https://doi.org/10.30724/1998-9903-2018-20-3-4-72-81 (date accessed: 08.03.2021).
14. EveryCircuit [Electronic resource]. EveryCircuit. URL: https://everycircuit.com (date accessed: 01.02.2021).
15. Pavlyukov Valery Sergeevich, Danilin Andrey Maksimovich. On the problem of improving the technology of analyzing models of the steady state of electrical networks using elements of artificial intelligence. Innovations in science. 2016. №5-2 (54). URL: https://cyberleninka.ra/article/nk-zadache-sovershenstvovaniya-tehnologii-analiza-modeley-ustanovivshegosya-rezhima-elektricheskih-setey-s-primeneniem-elementov (date accessed: 01.02.2021).
16. Multiplatform programming [Electronic resource]. kotlinlang. URL: https://kotlinlang.org/docs/reference/multiplatform.html (date accessed: 03.02.2021).
17. Introduction to Kotlin Multiplatform [Electronic resource]. touchlab. URL: https://touchlab.co/kotlin-multiplatform (date accessed: 03.02.2021).
Authors of the publication
Bashirov Mussa Gumerovich -Ufa State Petroleum Technological University, Branch of the University in the City of Salavat, E-mail: eapp@yandex.ru
Yusupova Ilvina Gamirovna - Ufa State Petroleum Technological University, Branch of the University in the City of Salavat, E-mail: ilvina011@mail.ru.
Bitkulov Rustam Damirovich - Master's student in the direction of training 13.04.02 «Electricity and Electrical Engineering», department «Electrical equipment and automation of industrial enterprises», Ufa State Petroleum Technological University, Branch of the University in the City of Salavat, E-mail: rou.strat@mail.ru.
Получено
Отредактировано
Принято
31 марта 2021г. 02 апреля 2021г. 05 апреля 2021г.
