Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротехника, информационные технологии, системы управления

Рассматриваются вопросы, связанные с системами автоматического регулирования, подстраивающими частоту управляемого генератора так, чтобы она была равна частоте опорного сигнала. Регулировка осуществляется благодаря наличию отрицательной обратной связи. Выходной сигнал управляемого генератора сравнивается на фазовом детекторе с опорным сигналом, результат сравнения используется для подстройки управляемого генератора. Система ФАПЧ используется для частотной модуляции и демодуляции, умножения и преобразования частоты, частотной фильтрации, выделения опорного колебания для когерентного детектирования и в других целях сравнивает фазы входного и опорного сигналов и выводит сигнал ошибки, соответствующий разности между этими фазами. Сигнал ошибки проходит далее через фильтр низких частот и используется в качестве управляющего для генератора, управляемого напряжением (ГУН), обеспечивающего отрицательную обратную связь. Если выходная частота отклоняется от опорной, то сигнал ошибки увеличивается, воздействуя на ГУН в сторону уменьшения ошибки. В состоянии равновесия выходной сигнал фиксируется на частоте опорного. Исследование цифровой ФАПЧ проводилось с использованием имитационного моделирования. Подробно рассмотрена структурная схема цифровой ФАПЧ и её составные части. Для определения всех параметров s ( n ), v(n) , e(n) , q ( n ), y ( n ) и r ( n ) ФАПЧ была написана программа на языке программирования С+. Получены наглядные графики изменения входного сигнала s 1( n ) и s 2( n ), сигнала на выходе из петлевого фильтра e 1( n ) и e 2( n ), сигнала на выходе из фазового детектора v 1( n ) и v 2( n ), изменения передаточной функции р 1( n ) и р 2( n ), выходного разностного сигнала r 1( n ) и r 2( n ), изменения сигнала с выхода ГУН y 1( n ) и y 2( n ), построенные с использованием электронных таблиц Excel. Описана подробная методика решения этой же задачи с помощью имитационного моделирования в пакете MatLab. Разработана функциональная схема ФАПЧ в пакете MicroCAP-8, которая позволила снять график изменения ЛАЧХ цифровой ФАПЧ.

Перед современной цивилизацией встали три глобальных взаимосвязанных проблемы: возрастающее энергопотребление, сокращение потенциальных топливных ресурсов и увеличивающееся загрязнение окружающей среды. При численности населения 7,162 млрд. чел. на 2013 г., прогнозируемой численности населения в 11 млрд чел. к 2050 г., существующих темпах роста среднедушевого энергопотребления прогнозируемое потребление энергии может удвоиться. Сжигание углеводородного топлива при действующих технологиях сжигания может привести к ежегодному выбросу в окружающую среду до 57 Гт двуокиси углерода. Последнее может привести к непредсказуемым природным катаклизмам. Специфическими топливные ресурсами являются твердые бытовые отходы (ТБО), постоянно образуемые в результате жизнедеятельности человека. В течение года житель города образует 350-360 кг ТБО. Они могут быть направлены для сжигания на мусоросжигательные паротурбинное предприятия с выработкой электроэнергии и теплофикационного тепла. Фактически ТБО являются возобновляемым источником энергии. Процесс естественного гниения или ускоренный процесс окисления (сжигание) являются частью естественного кругооборота веществ в природе. Сжигание ТБО принципиально не приводит к увеличению экологической нагрузки на природу, а экологически правильно образованный процесс сжигания может приводить даже к меньшему выбросу в атмосферу нормируемых составляющих дымовых газов. Наряду с крупными (гигаваттными) мусоросжигательными паротурбинными комплексами практический интерес представляют мусоросжигательные газотурбинные комплексы меньшей мощности, которые (по экологическим показателя) допустимо встроить в пределах обслуживаемой муниципальной территории. При полной самоокупаемости комплекса за счет товарной электрической и теплофикационной энергии и реализации вторичного сырья такие установки могут явиться ключом к решению проблемы утилизации ТБО небольших муниципальных территорий. На основе результатов предварительного исследования топливом для газотурбинной установки являются продукты газификации ТБО. Рабочей средой для турбины является высокотемпературный воздух, нагретый продуктами сгорания генераторного газа. Камера сгорания установлена за турбиной, что исключает эрозионное повреждение лопаток турбины. Во внимание приняты особенности процесса сжигания низкокалорийного генераторного газа. Как результат этого для ГТУ регенеративного цикла введена специальная коррекция газовоздушных массовых потоков. При температуре перед турбиной 1173 К (использованы неохлаждаемые лопатки турбины) КПД газотурбинной установки не ниже 32 %.

Исследования в области ветроэнергетики, проведенные в Южно-Уральском государственном университете, продемонстрировали высокие показатели выработки электроэнергии экспериментальными вертикально-осевыми конструкциями мощностным рядом 0,1-30 кВт. Методология ускоренной (кластерной) разработки экспериментальных образцов, разработанная в университете, предполагает итерационный подход с проектированием изделия помодульно. Причем инженерной разработке предшествует математическое моделирование компонентов модели, являющихся независимыми кластерами или модулями. Таким образом, разработанный метод является системным подходом при проектировании электромеханических конструкций и показал свои преимущества наряду с конкурентоспособностью изделий. При проведении исследований выявлен ряд преимуществ и недостатков, как процесса проектирования, так и непосредственно самих конструкций, что является неизбежным при создании экспериментальных образцов. Основные проблемы системного подхода заключаются в новизне кластерного подхода, напоминающего конвейер в производстве, когда разработка каждого кластера при плановом процессе не зависит от других кластеров, а интегральная математическая модель является совокупностью кластеров-модулей, функционирующих в одной системе. При этом разработчик вынужден соблюдать требования по входу и выходу данных, что несколько осложняет работу, но, с другой стороны, дисциплинирует исполнителя. Выявленными недостатками конструкции являются наличие дисбаланса вертикально-осевого ротора, излишняя масса рабочей части ветроэнергоустановки и сбои программного обеспечения регулятора мощности. В задачи дальнейших исследований входит: снижение массы рабочих органов, устранение дисбаланса ротора за счет динамической балансировки, совершенствование программы управления отбором мощности. Немаловажными отдельными направлениями исследований должны стать дальнейшее изучение лопастных материалов, эффективных виброгасителей мачты, аэродинамическое и электромеханическое регулирование частоты вращения.

Предложен эвристический алгоритм оптимизации режимов распределенной генерации энергосистемы на примере локального сегмента активно-адаптивной сети, состоящей из четырех генераторов и шести потребителей электроэнергии. В локальной активно-адаптивной сети определены условия распределения электроэнергии от генераторов к потребителям, а также поставлена и решена задача оптимизации распределения полной мощности с помощью генетического алгоритма. Заданы случайные значения параметров передачи мощности от генераторов к потребителям, образующие популяцию - набор особей, характеризуемых хромосомами, представляющими собой числовой вектор, отвечающий параметрам мощности. Каждая особь представляет собой индивидуальное решение оптимизационной задачи. Далее по алгоритму значения генерации изменяются, достигая наибольшей скорости роста функции полезности. Для предотвращения остановки алгоритма при достижении локального максимума на каждом шаге производится мутация - случайное изменение составной части хромосомы. Произведено сравнение полученного решения с решением несбалансированной транспортной задачи, в результате чего установлено, что генетический алгоритм предложенной реализации дает достаточно точное решение по оптимизации перетоков мощности, обеспечивает многокритериальную оптимизацию и функционально сложные ограничения на генерацию и потребления электрической энергии. Экспериментальные исследования основаны на результатах полунатурного моделирования локальной активно-адаптивной сети, реализованной на базе лабораторного оборудования кафедры МСА ПНИПУ. Проведённая оптимизация по полной мощности на стенде полунатурного моделирования локальной активно-адаптивной сети позволит рационально распределить потребление электроэнергии с минимальными потерями. Работа выполнена в рамках гранта Президента Российской Федерации по государственной поддержке молодых российских ученых - кандидатов наук, МК-5279.2014.8 «Синтез эффективных технологий удаленного мониторинга и управления состоянием интеллектуальной электроэнергетической системы с активно-адаптивной сетью».

Рассматриваются основные современные программные средства автоматизации тестирования производительности распределенных приложений, такие как IBM Rational Performance Tester, HP Load Runner, Apache JMeter, SilkPerformer, WAPT, с точки зрения возможности их применения к оценке производительности программного обеспечения (ПО) распределенных систем мониторинга (СМ). Представлена краткая характеристика и приведены основные особенности каждого программного средства автоматизации тестирования. Представлено описание типовой системы мониторинга, приведены особенности тестирования производительности их ПО, которым должны удовлетворять средства оценки производительности. Рассмотрены основные методы тестирования производительности ПО систем мониторинга. Выполнен аналитический обзор программных средств автоматизации тестирования с учетом требований СМ. Приведены результаты сравнительного анализа, показаны недостатки этих средств при использовании с СМ, а также даны возможные пути их устранения.