Прикладная информатика. Научные статьи
Скачать книги из серии Прикладная информатика. Научные статьи
Моделирование взаимосвязи процессов роста населения Земли и производства электрической энергии
Исследуется актуальная проблема адекватного математического описания трендов глобальных процессов мирового развития на примере роста населения Земли и производства (потребления) электрической энергии. Рассматриваются различные модели, используемые для описания прошлого, настоящего и будущего различных процессов в природе, технике и экономике. Показано, что эти процессы хорошо описываются уравнениями, полученными при решении дифференциальных моделей с экспоненциально затухающими во времени темпами роста. Эти модели учитывают принятую в настоящее время доктрину устойчивого развития мировой системы с использованием технологий энергосбережения, сохранения экологической безопасности и использования возобновляемых источников энергии. Установлено подобие исследуемых глобальных процессов и возможность их описания одним критериальным уравнением. При этом их динамика характеризуется разной скоростью. Первый период характеризуется быстрым ростом. После точки перегиба темпы роста замедляются, однако объемы существенно возрастают и происходит постепенное насыщение. Выполнена оценка влияния параметров моделей на характер исследуемых процессов на фазовой плоскости, что существенно упрощает их анализ. Показано, что процесс роста населения Земли прошел точку перегиба в 1990 году и опережает рост мирового производства электроэнергии на 29 лет. Но темпы роста производства электроэнергии и ее душевого потребления существенно выше. Таким образом, предложены новые математические модели для описания рядов динамики роста населения Земли, мирового производства и душевого потребления электрической энергии.
Virtualization of information object vulnerability testing container based on DeX technology and deep learning neural networks
Современное развитие средств обеспечения информационной безопасности, наряду с усовершенствованием методик удаленного доступа, позволяет производить аудит программно-аппаратных компонентов без необходимости прямого доступа к тестируемой системе. В рамках данного направления развития выделяется подход, позволяющий интегрировать дистрибутивы на базе ядра Linux представлением виртуального контейнера chroot в системе на базе Android OS и, как следствие, осуществлять тестирование на проникновение без необходимости использования персональных компьютеров. Примером реализации данного подхода является дистрибутив Kali NetHunter, позволяющий за счет модуля KeX реализовать функционал удаленного администрирования системой. Кроме очевидных преимуществ KeX функционала также следует выделить ряд недостатков – низкая скорость обработки графической оболочки за счет трансляции на удаленных хост и необходимость поддержки трансляции на уровне операционной системы. Вторая проблема – затраты энергоресурсов при использовании возможностей рабочего стола в KeX модуле. Для решения указанных проблем была разработана система виртуализации энергоэффективного контейнера тестирования уязвимостей критически важных информационных объектов, основной принцип действия которой – мультиконтейнеризация. Программная составляющая представлена двумя элементами: модулем интеграции контейнера chroot в среду DeX и модулем обеспечения энергоэффективности за счет использования предиктивных моделей нейронных сетей. В результате сравнения эффективности существующих и реализованного подхода при тестировании на проникновение отмечено, что предлагаемая система может быть использована при тестировании безопасности различных информационных объектов.
Опыт создания программной модели объекта электроэнергетической системы для исследования работы цифровых средств релейной защиты и автоматики
Статья посвящена моделированию участков и элементов электрических сетей для тестирования логики работы терминалов релейной защиты и автоматики с целью их проверки, настройки и дальнейшего ввода в эксплуатацию. При большом разнообразии устройств появляется проблема наладки их взаимодействия в реальных условиях. Авторами предлагается решение данной проблемы путем создания верифицированной модели на базе цифрового двойника участка электроэнергетической сети в программном комплексе MatLab и изучения функционирования исследуемых комплектов защит в номинальных, ремонтных, аварийных и послеаварийных режимах работы оборудования. Для выбранной подстанции была создана модель, отображающая все требуемые для исследования свойства оригинала, и произведен анализ требований к работе основного и резервного комплектов защит для трехобмоточных трансформаторов. В качестве основного комплекта использована дифференциальная релейная защита трансформатора, а резервного – максимальная токовая защита в количестве трех комплектов на один защищаемый объект: в цепи высшего, среднего и низшего напряжений. Модель позволяет производить анализ селективности работы релейных защит путем проверки текущих уставок, загружая их из XML-документов, выгруженных из действующих терминалов, а также благодаря оценке правильности расчета новых уставок с возможностью их ручного ввода в модель. В результате моделирования для исследуемого объекта был проведен трехэтапный анализ работы дифференциальной и максимальной токовой защит, который показал их селективную работу как в случае номинальных, так и ненормальных режимов, в том числе и при неисправности основного комплекта защиты трансформатора. Данная методика может быть распространена на другие объекты электроэнергетической сети.
Intelligent control algorithm for autonomous integrated power plants for Arctic regions
В статье рассмотрены информационно-технические аспекты управления инновационной автономной комплексной энергетической установкой, включающей в себя альтернативные источники энергии и дизель-генераторную установку, а также управляемые инверторы, обеспечивающие энергообеспечение потребителей различных категорий приоритета, которая может быть использована в арктических районах РФ. Рассмотрены основные аспекты создания инновационных систем и определено, что создание комплексных энергетических систем требует существенного углубления кооперации национальных производителей с целью обеспечения масштабируемости комплексных энергетических систем путем обеспечения единства информационных средств обмена данных между отдельными модулями и системой управления. Показано, что специфическим требованием к системам управления комплексными энергетическими установками является требование высокой автономности, в том числе способность обеспечивать потребителей электроэнергией при переменных условиях окружающей среды без непосредственного вмешательства оперативного персонала. Обосновано разбиение информационно-алгоритмического обеспечения системы управления комплексной энергетической установкой на два модуля – аналитический и управляющий. Для аналитического модуля предложен алгоритм, обеспечивающий выработку управляющих решений в комплексной энергетической системе, обеспечивающий стабильность обеспечения энергией наиболее важных потребителей. Одновременно алгоритм обеспечивает повышение надежности используемого в системе накопителя энергии на базе Li-Ion аккумуляторов не только на основе исключения избыточного заряда и глубокого разряда, но также путем сокращения количества циклов заряд/разряд. Решение задачи автономности системы обеспечивается многовариантным алгоритмом прогнозирования погодных условий с использованием статистических данных и методов анализа нечетких временных рядов.
Компьютерная программа для эксплуатационной диагностики электромеханических систем на основе топологического подхода
В статье рассматриваются метод, математическая модель и компьютерная программа эксплуатационной диагностики электромеханической системы (ЭМС). В ходе эксплуатации ЭМС в результате эксплуатационного старения изменяются свойства параметрических матриц обмоток и, как результат, свойства векторного пространства ЭМС. Периодическое тестирование векторного пространства позволяет получить актуальные и достоверные сведения о текущем техническом состоянии ЭМС, о его изменениях в ходе эксплуатации и о рисках потери работоспособности. В качестве объекта исследования в статье рассматривается асинхронный электродвигатель (АЭД). Автоматизация процесса оценки текущего состояния АЭД, а также организация хранения информации о его состояниях на различных этапах жизненного цикла является актуальной задачей. Для ее решения на языке Python было разработано программное обеспечение (ПО), позволяющее осуществлять накопление эксплуатационной информации и производить оценку основных технических показателей АЭД. В основу работы данного ПО заложен топологический подход к диагностике, который основан на анализе токовых реакций обмоток ротора двигателя на импульсные воздействия фазных напряжений. Указанное ПО позволяет определять показатели темпа эксплуатационного старения изделия, вероятности сохранения работоспособности и остаточного ресурса изделия, получать доступ к историческим данным предыдущих диагностик, а также визуализировать динамику изменения указанных технических показателей в ходе эксплуатации. Разработанное ПО может быть использовано для повышения эффективности применения АЭД, планирования технологических и ремонтных работ.
Моделирование процесса насыщения трансформатора тока с нагрузкой
В статье рассматриваются математическая основа и имитационное моделирование процессов насыщения трансформаторов тока апериодическими составляющими токов короткого замыкания. Процессы насыщения трансформаторов тока могут повлиять на правильное действие защит. На электростанциях, в частности атомных, число трансформаторов тока может составлять несколько сотен с различными нагрузками, длинами подводящих кабелей и реализацией релейной защиты. При этом определение времени до насыщения имеет существенное значение для построения схем и принципов построения систем релейной защиты и автоматики электростанций. В статье подробно рассмотрены модели динамических процессов в первичной и вторичной цепях трансформаторов тока в динамике. Приведено математическое описание динамических процессов трансформатора тока в номинальном режиме и при коротком замыкании в первичной его цепи. С учетом результатов моделирования дано обоснование целесообразности использования гипотезы о прямоугольной характеристике намагничивания при упрощенных расчетах процессов насыщения. С помощью компьютерной модели продемонстрирована возможность использования характеристик намагничивания в имеющихся на практике протоколах испытаний в режиме холостого хода для моделирования процессов насыщения. Осуществлено моделирование трансформаторов тока для опыта холостого хода и питания трансформатора тока со вторичной стороны, а также при его работе в условиях короткого замыкания на первичной стороне и известной нагрузке на вторичной стороне. Таким образом, с помощью компьютерного эксперимента можно снять вольт-амперные характеристики и перенести их в модели с насыщением трансформаторов тока уже в режиме короткого замыкания. Показана эффективность динамического моделирования трансформаторов тока. Программная реализация модели выполнена средствами структурного имитационного моделирования в пакете MatLab, основанном на решении уравнений матричных структур и эмуляции. Получена эффективная и адекватная реальному трансформатору тока имитационная модель для определения времени его намагничивания.
