CC BY
61насосов наиболее выгодным является применение ПКТН с регенеративным теплообменником и переохладителем, что связано с более низким - на 13% - уровнем дополнительных собственных нужд, нежели у ПКТН других компоновочных решений.
4. Внедрение абсорбционного бромистолити-евого теплового насоса взамен ПНД-1 является более целесообразным схемным решением благодаря очень низкому уровню дополнительных собственных нужд - 0,2 МВт. Отрицательным моментом этого решения является увеличение коэффициента недовыработки мощности в связи с необходимостью отбора пара в генератор АБТН с более высокими параметрами, чем отбирается в ПНД-1.
5. Снижение КПД турбоустановки по отпуску электроэнергии составляет 0,2 % при применении АБТН, наибольшее снижение составляет 0,67 % при применении ПКТН простой схемы. При постоянной мощности парогенератора блока это связано с уменьшением отпуска электроэнергии. Соответственно, можно сделать вывод о нецелесообразности внедрения теплонасосных установок в систему регенеративного подогрева паровой турбины АЭС.
Список литературы
1. Распоряжение Правительства РФ от 9 июня 2020 г. № 1523-р Об утверждении Энергетической стратегии Российской Федерации на период до 2035 года [Электронный ресурс] URL: https://docs.cntd.ru/document/565068231 (дата обращения: 12.09.2021).
2. Государственный доклад о состоянии энергосбережения и повышения энергетической эффективности в Российской Федерации [Электронный ресурс] URL:
https://www.economy.gov.ru/material/file/d81b29821 e3d3f5a8929c84d808de81d/energyefficiency2019.pdf (дата обращения: 12.11.2021).
3. Госкорпорация Росатом [Электронный ресурс] URL: https://rosatom.ru/ (дата обращения: 12.11.2021).
4. ВВЭР-ТОИ [Электронный ресурс] URL: https://www.rosenergoatom.ru/development/innovatsi onnye-razrabotki/razrabotka-proektov-aes-s-reaktorami-novogo-pokoleniya/vver-toi/ (дата обращения: 15.11.2021)
5. Romanov, S.; Kutakhov, A.; Zhuk, N.; Demi-dov, O.; Romanov, K. "United Cycle" Software for Simulation of Flow Sheets of Power Plants. In Proceeding of the "16th International Conference on Efficiency, Cost, Optimization, Simulation, and Environmental Impact of Energy Systems (ECOS-2003)", Copenhagen, Denmark, 30 June-2 July 2003; pp. 1691— 1696.
6. Efficiency of using heat pumps with various refrigerants in real steam turbine power units with PT-80 and T-250 turbines / V.V. Sergeev, I.D. Anikina, K.S. Kalmykov, I.D. Naletov // E3S Web of Conferences, St. Petersburg, 19 -20 November 2019 / Proceedings editors: Nikolai Vatin, Pietro Zunino, Evgeny Vdovin. - St. Petersburg: EDP Sciences, 2019. - P. 10001. - DOI 10.1051/e3sconf/201914010001.
7. А.В. Попов, к.т.н., академик МАХ. Абсорбционные бромистолитиевые машины для охлаждения и нагрева воды. // Энергосбережение, 2007г., №7.
8. Anikina, I.D. Heat pumps application for increasing the efficiency of the cogeneration at thermal power plants. In Proceedings of the "Efficient Energet-ics—2015", St. Petersburg, Russia, 21-22 May 2015; pp. 7-13.
ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ НЕЧЕТКОЙ ЛОГИКИ В УСТРОЙСТВАХ ЗАЩИТЫ И АВТОМАТИКИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕКИХ СЕТЕЙ
Ансабекова Г.Н.
магистр технических наук, докторант 3-го курса специальности
D100 - «Автоматизация и управление». НАО «Казахский агротехнический университет им. С. Сейфуллина»
г. Нур-Султан, Казахстан
POSSIBILITIES OF USING FUZZY LOGIC ELEMENTS IN PROTECTION AND AUTOMATION
DEVICES OF ELECTRIC POWER NETWORKS
Ansabekova G.
Master of Technical Sciences, 3rd year doctoral student of the specialty
D100 - "Automation and control" NAO "Kazakh Agrotechnical University named after S. Seifullin"
Nur-Sultan, Kazakhstan
Аннотация
Рассмотрены причины возникновения технологических нарушений в электрических системах, выделены ряд характерных недостатков защиты и автоматики элементов электрических систем, а именно силовых трансформаторов. Приведена тенденция снижения надежности релейной защиты, связанная с переходом на МУРЗ, замеченная в самом начале этого процесса, и которая прослеживается до сих пор. На основе изученных примеров использования нечеткой логики и нейронных сетей в разных отраслях, сделан
вывод о целесообразности применения элементов нечеткой логики в устройствах защиты и автоматики электроэнергетических сетей.
Abstract
The causes of technological disturbances in electrical systems are considered, a number of characteristic disadvantages of protection and automation of elements of electrical systems, namely power transformers, are highlighted. The tendency of reducing the reliability of relay protection associated with the transition to the MPR, noticed at the very beginning of this process, and which is still being traced, is given. Based on the studied examples of the use of fuzzy logic and neural networks in various industries, it is concluded that it is advisable to use elements of fuzzy logic in protection and automation devices of electric power networks.
Ключевые слова: устройства защиты и автоматики, процесс управления, надежность, нечеткая логика, исскуственная нейронная сеть.
Keywords: protection and automation devices, control process, reliability, fuzzy logic, artificial neural network.
Для обеспечения надежности и бесперебойности элементов электрических систем одной защиты недостаточно. Устройства защиты и автоматики должны выполнять определенные функции. Для защиты такими функциями являются: ее срабатывание при повреждении защищаемого элемента и несрабатывание при КЗ за пределами этого элемента (внешние короткие замыкания), а также в нормальных режимах. На каждом элементе электрических систем обычно устанавливают основную и резервную защиты. Поскольку в условиях эксплуатации защита может не справиться с заданными функциями: не сработать при повреждении в пределах защищаемого элемента; сработать при внешних коротких замыканиях (излишнее срабатывание) и при отсутствии повреждений в системе (ложное срабатывание). Все эти неправильные действия называются отказом функционирования защиты.
Для ограничения таких отказов защита элементов электрических систем должна отвечать требованиям, которые предъявляются ко всем устройствам защиты. Это: быстродействие, селективность, надежность и чувствительность.
На сегодняшний день проблемы в защите и автоматики (ЗиА) в целом, в том числе и силовых трансформаторов заключаются в следующем:
- сложность различных видов защит на объектах ЭЭС;
- взаимозависимость видов защит и снижение быстродействия и надежности в целом системы защиты и автоматики.
- зависимость от типа элементной базы.
Устройства защиты и автоматики состоят из
отдельных функциональных элементов, связанных между собой общей схемой. Назначение каждого элемента - преобразовать входные сигналы, полученные от предыдущего элемента, и передать их последующему элементу. В каждом устройстве элементы объединяются в функциональные части. Условно в соответствии с последовательностью преобразования и передачи сигналов выделяют измерительную, передающую, логическую и исполнительную части.
В практике современного реле строения используются три типа элементных баз:
- электромеханическая, которая может использоваться для осуществления всех функциональных частей и органов РЗ в виде электромеханических реле:
- полупроводниковая, которая может использоваться для осуществления всех функциональных частей и органов РЗ в виде полупроводниковых элементов, аналоговых и цифровых микросхем;
- микропроцессорная, которая может использоваться для осуществления измерительной и логической частей РЗ на базе микроЭВМ или многопроцессорных систем, основным элементом которых являются микропроцессоры.
Основными недостатками электромеханических реле являются:
- обычно большие мощности, потребляемые от первичных измерительных преобразователей (ТА и ТУ), что обусловливает как большие габариты самих электромеханических реле, так и необходимость применения ТА и ТУ большей мощности;
- наличие подвижных элементов в магнитных системах и контактов, обусловливающих соответствующие требования к эксплуатации, ограничивающих сроки работы реле без проведения восстановительных работ и влияющих на надежность функционирования защит;
- относительная низкая вибростойкость измерительных и некоторых логических органов, например выдержки времени.
В устройствах, выполненных на ИМС, более просто, чем в электромеханических устройствах, осуществлять непрерывный или тестовый контроль. Это в ряде случаев позволяет упростить обслуживание и эксплуатацию устройств релейной защиты.
Основными недостатками устройств релейной защиты на ИМС являются:
- достаточно большое количество разнотипт-ных узлов и блоков, необходимых для выполнения различных функций защиты;
- значительное количество элементов схем из-за сравнительно небольшой степени интеграции в операционном усилителе и логических ИМС.
Необходимо отметить, что с развитием техники защиты ее элементная база претерпевает существенные изменения.
Тенденция снижения надежности релейной защиты, связанная с переходом на МУРЗ, замеченная в самом начале этого процесса, прослеживается и до сих пор.
О недостаточной надежности МУРЗ говорил также В.И. Пуляев (ФСК ЕЭС, Россия) на Третьей Международной конференции «Современные
направления развития систем защиты и автоматики энергосистем» (Санкт-Петербург, 30 мая - 3 июня 2011 г.) [4]. Он отметил, в частности, что значительная доля сбоев защиты приходится на микропроцессорные устройства (примерно 23% из всех случаев), которые составляют всего около 10% от общего количества устройств защиты. Это, безусловно, один из важнейших факторов, определяющих необходимость принятия специальных мер по повышению надежности МУРЗ.
B. Morris, R. Moxley, C. Kusch (Schweitzer Engineering Laboratories, США) на Второй Международной конференции «Современные направления развития систем защиты и автоматики энергосистем» (Москва, 7-10 сентября 2009 г.) [3] заявили о выявленной ими тенденции снижения надежности систем защиты, построенных на основе всё более усложняющихся микропроцессорных устройств.
Руководитель компьютерного отделения Инженерно-технологического колледжа (University of Poona, Maharashtra, India) Ashok Kumar Tiwari B. E. отмечал, что объединение в одном микропроцессорном терминале множества функций резко снижает надежность защиты, поскольку при отказе этого терминала будет утеряно сразу слишком много функций по сравнению со случаем, когда эти функции распределены среди нескольких терминалов [6].
О необходимости ограничения количества функций, реализуемых в одном терминале МУРЗ, говорили также в своем докладе на упомянутой выше Третьей Международной конференции «Современные направления развития систем защиты и автоматики энергосистем» В.А. Ефремов и С.В. Иванов (ИЦ «Бреслер»), Д. В. Шабанов (ФСК ЕЭС России).
О резком повышении уровня сложности работ персонала, обслуживающего защиту с переходом к МУРЗ, как о причине тяжелых аварий в энергосистемах писали также D. Rayworth и M. A. Rahim (PB Power, UK) [6].
Сложность программного интерфейса и необходимость введения чрезмерного количества уставок при программировании МУРЗ отмечали А. Беляев, В. Широков и А. Емельянцев (Специализированное управление «Леноргэнергогаз», г. Санкт-Петербург) в [8].
О неудовлетворительном состоянии электромагнитной обстановки на большинстве старых подстанций, которые проектировались и строились под электромеханическую защиту, а не под микропроцессорную, и о возникающих из-за этого многочисленных сбоях в работе МУРЗ, на различных конференциях говорили А.М. Бордачев (ОАО «Институт Энергосетьпроект»), М. Матвеев и М. Кузнецов (ООО «ЭЗОП»), Р. Борисов (НПФ «ЭЛНАП») и другие специалисты. Они отмечали, что чувствительность к электромагнитным помехам устройств защиты на микропроцессорной элементной базе на несколько порядков выше, чем у их традиционных электромеханических аналогов, и поэтому для обеспечения электромагнитной совместимости
(ЭМС) вторичных цепей необходимо резко повысить уровень их электромагнитной защиты. Без проведения комплекса работ по обеспечению ЭМС невозможно достигнуть приемлемых характеристик надежности МУРЗ.
А. Федосов и Е. Пусенков (филиал ОАО «СО ЕЭС» ОДУ Сибири) в [7] отмечали отсутствие универсальных жестких требований к аппаратной части МУРЗ и к программному обеспечению и вследствие этого слишком большое многообразие программ и алгоритмов, заложенных в МУРЗ, используемых в одной энергосистеме, что приводит к проблемам при эксплуатации и к увеличению вероятности ложной работы данных устройств.
По результатам анализа причин возникновения технологических нарушений в электрических системах можно выделить ряд характерных недостатков защиты и автоматики элементов электрических систем, а именно силовых трансформаторов. Речь идет о следующем:
1. Снижение надежности защиты по мере расширения применения МУРЗ.
2. Непрерывное усложнение МУРЗ и увеличение концентрации защитных функций в одном терминале.
3. Навешивание на МУРЗ несвойственных защите функций, например, мониторинг электрооборудования.
4. Использование в МУРЗ недетерминированной логики, обуславливающей опасность потери контроля над действиями защиты.
5. Расширение использования в МУРЗ сво-боднопрограммируемой логики, сопровождающееся значительным увеличением процента ошибок персонала и неправильных действий защит [2].
6. Усложнение проверок исправности и вообще эксплуатации защиты по мере накопления в одной энергосистеме множества типов МУРЗ разных производителей, закупаемых по тендерам и отличающихся между собой как конструкцией, так и программным обеспечением. Отсутствие стандартов, оговаривающих единые универсальные требования к конструкции и к программному обеспечению МУРЗ, увеличивает интеллектуальную нагрузку на персонал и приводит к значительным экономическим потерям.
7. Существенное ослабление электромагнитной защищенности защиты и в целом энергосистемы по мере расширения использования МУРЗ.
8. Повышение уязвимости энергосистем к ха-керским атакам по мере расширения применения микропроцессорной техники и при использовании более дешевых сетей Ethernet и Wi-Fi вместо относительно защищенных оптоэлектронных кабелей в системах защиты.
Силовые трансформаторы играют роль связующего звена между электростанцией и электрическими сетями предприятий, от надежности их работы зависит надежность снабжения потребителей электрической энергией. Аварийный выход из строя трансформатора всегда влечет за собой значительный материальный ущерб, так как в этом случае убытки определяются не только работами
по его восстановлению, но и, прежде всего, последствиями от нарушения электроснабжения потребителей. Это время сбоев, т.е. время простоя присоединений потребителей, приведшее к недоотпуску электроэнергии в минутах и в тыс.кВт.ч..
На сегодняшний день ученые мира рассматривают перспективы внедрения систем искусственного интеллекта, а именно - применение искусственных нейронных сетей (ИНС) в электроэнергетике. Понятие ИНС ввели в 1943 г. У. Маккалок и У. Питерс в статье о логических исчислениях идей и нервной активности. ИНС - упрощенные модели биологических нейронных сетей или совокупность взаимодействующих между собой искусственных нейронов. Для решения различных задач существуют нейронные сети специальных архитектур, однако все ИНС используют один и тот же принцип обработки данных. Нейронную сеть необходимо сперва «обучить» - именно возможность обучения является одним из главных преимуществ нейронных сетей. Процесс обучения заключается в следующем: на вход нейронной сети подается массив входных данных, а расчетные значения на выходе нейрона сравниваются со значениями выходного массива данных. Если выходные значения нейронной сети отличаются от требуемых значений на величину заданной ошибки, то происходит оптимизация (пересчет) весов нейронной сети по одному из заданных алгоритмов до тех пор, пока выходные значения не будут соответствовать заданной точности. Существует множество алгоритмов пересчета: алгоритм локальной оптимизации с вычислением частных производных первого порядка, стохасти-ческин алгоритмы, алгоритмы глобальной оптимизации (задачи глобальной оптимизации решаются с помощью перебора значений переменных, от которых зависит целевая функция - функция, связывающая оптимизируемую переменную с управляемыми переменными). Задача обучения заключается в том, чтобы построить такую нейронную сеть, которая, используя обучающую последовательность, вырабатывала бы правило, позволяющее классифицировать вновь предъявляемые, отличные от входивших в обучающую последовательность, закономерности. После этого нейронную сеть можно считать обученной.
Как и человеческий мозг, нейронная сеть способна к решению большого количества разноплановых задач.
Типовые задачи, решаемые с помощью нейронных сетей:
1. Автоматизация процесса классификации (в задачах диагностики оборудования);
2. Автоматизация прогнозирования (с помощью обработанных данных множества источников можно получить представление о возможных событиях);
3. Автоматизация процесса предсказания (представление о возможных событиях строится на основе необработанных данных одного источника);
4. Автоматизация процесса принятия решений;
5. Управление (например, управление по возмущению или по отклонению);
6. Кодирование и декодирование информации
и др.
Широкий спектр возможностей делает искусственные нейронные сети привлекательным мета-матическим аппаратом для использования в самых разных областях электроэнергетики. ИНС используют при эксплуатации ЭЭС для диагностики и предупреждения аварийных ситуаций, восстановления нормального режима работы системы, анализа последствий аварий и оценки состояния, а также в эксплуатации для прогнозирования энергопотребления и оптимизации распределения нагрузки электростанции в целом, оценки надежности и качества генерируемого напряжения.
Преимущества использования ИНС заключаются в том, что они обладают быстродействием, способны обрабатывать большие массивы данных, адаптироваться в условиях изменчивой информационной среды с помощью процесса обучения, с высокой точностью и большой вероятностью определять последующие изменения в динамике систем, к которым они привязаны. Мировая практика показывает, что внедрение ИНС на новое оборудование и в системы управления способно привести к значительному результату. Например, в Италии ИНС Элмана используют для кратковременного прогнозирования энергопотребления (на один час), при этом процент ошибки составляет всего 1,5%. В Турции с помощью ИНС осуществляют сезонное и годовое прогнозирование потребления. Во Франции промышленном уровне используются алгоритмы для управления оборудованием в системах распределения; обработки колоссального количества данных, поступающих в общую систему автоматического управления электростанциями со всех ее объектов и т.д.. Внедрение ИНС в область энергетики поможет переосмыслить практику эксплуатации энергообъектов и сделать энергоснабжение потребителей более качественным и экономичным.
В качестве примера можно отметить работы следующих ученых: В. Б. Лила, А. В. Костюков «Экспертная система диагностики силовых трансформаторов», С.П. Конограй «Прогнозирование температуры верхних слоев масла силового трансформаторного оборудования с помощью нейронных сетей», Е.И. Кирюхина, А.А. Шилин «Интеллектуальная релейная защита в электрических сетях», Rafael E. Bourguet, Panos J. Antsaklis «Neural Networks In Electric Power Industry», К.Д. Клева-кина, О.Г. Нестеренко, А.В. Тарнецкая «Перспективы применения ИНС в электроэнергетике».
Ими было доказано, что применяя на практике ИНС, можно добиться исключительно точных и достоверных прогнозов по потерям, которые позволят добиться снижения тарифов и быстро решать задачи текущего планирования и оперативного управления режимами функционирования ЭЭС, а также автоматизировать и значительно ускорить процесс диагностики трансформаторов и производить его в режиме реального времени.
Учитывая все выше указанные факты, следует отметить, что применение элементов нечеткой логики вполне возможно для идентификации видов
коротких замыканий в электроэнергетических сетях.
Список литературы
1. Булычев А.В. Системы релейной защиты и автоматики. Направления развития обсуждали в городе на Неве//Новости ЭлектроТехники. 2011. № 3(69).
2. Шалин А.И. Микропроцессорные реле защиты: необходим анализ эффективности и надежности // Новости ЭлектроТехники. 2006. № 2(38).
3. Проблемы микропроцессорных устройств релейной защиты - http://digital-relay-problems .tripod. com.
4. Федосов А., Пусенков Е. Проблемы, возникающие при внедрении микропроцессорной техники в системах противоаварийной автоматики// Электрические станции. 2009. № 12.
5. Report of the Commission to Assess the Threat to the United States from Electromagnetic Pulse Attack. 2008.
6. Леоненков А.В. Нечеткое моделирование в среде MATLAB и fuzzyTACH. СПб.: БХВ-Петербург, 2003.
THE IMPROVED TECHNIQUE OF COMBINED ARMS FORCE LOGISTICS SUPPORT SYSTEM EFFICIENCY EVALUATION AMIDST COMBAT ACTIONS
Baranov Yu.
Candidate of Technical Sciences (Ph.D), senior instructor, Department of Combat (Operational) Support Units Tactics, Hetman Petro Sahaidachnyi National Army Academy
Ukraine, Lviv Komarov V.
Candidate of Technical Sciences (Ph.D), honored inventor of Ukraine, Winner of the Gold Medal of the World Intellectual Property Organization, the Head of scientific-research department ofpatent licensing, inventive and innovative activities of the
Armed Forces of Ukraine, Central Scientific and Research Institute of Weapons and Military Equipment of the Armed Forces of Ukraine
Ukraine, Kyiv Maliuk V.
Senior instructor, Department of Combat (Operational) Support Units Tactics, Hetman Petro Sahaidachnyi National Army Academy
Ukraine, Lviv Kyrylchuk V.
Senior instructor, Department of Combat (Operational) Support Units Tactics, Hetman Petro Sahaidachnyi National Army Academy
Ukraine, Lviv Danylov D.
Instructor, Department of Combat (Operational) Support Units Tactics, Hetman Petro Sahaidachnyi National Army Academy
Ukraine, Lviv
Abstract
The article is written on a highly topical issue related to improving the efficiency of the logistics support system operability. The purpose of the article is to improve the technique for evaluating the efficiency of the logistics support system of the combined arms force under conditions of combat actions.
The essence of the technique, that determines its novelty, is to take into account the possibility of substantiating indicators and criteria for evaluating the survivability of the logistics support system and their impact on the efficiency of the system operability as a whole through employment of existing models for evaluating the survivability of logistics support subsystem under conditions of combat actions.
Keywords: logistics support; combined arms force; combat actions; survivability; materiel.
1. INTRODUCTION.
One of the components of the sustained and reliable combined arms force logistics support system oper-ability under conditions of combat actions is the survivability of the logistics support units.
The issue of evaluating the survivability of logistics support units holds a prominent place under conditions of combat actions. This is due to the fact that the
success of combat actions is achieved mainly by destroying military objects and facilities, which include: personnel;
command and control centers; combat and transport equipment; logistic stocks and other objects. Formulation of the problem. Analyzing the course of the Joint Forces operation, local wars and
