Синтез систем активного экранирования магнитного поля воздушных линий электропередачи на основе многокритериальной оптимизации

Проведен синтез систем активного экранирования техногенного магнитного поля, создаваемого различными воздушными линиями электропередачи внутри заданной области пространства, с помощью управляемых источников магнитного поля. Синтез сводится к решению задачи многокритериального нелинейного программиро...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :	Електротехніка і електромеханіка
Дата:	2016
Автори:	Кузнецов, Б.И., Никитина, Т.Б, Волошко, А.В., Бовдуй, И.В., Виниченко, Е.В., Кобылянский, Б.Б.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут технічних проблем магнетизму НАН України 2016
Теми:	Електротехнічні комплекси та системи. Силова електроніка
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/147485
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Синтез систем активного экранирования магнитного поля воздушных линий электропередачи на основе многокритериальной оптимизации / Б.И. Кузнецов, Т.Б. Никитина, А.В. Волошко, И.В. Бовдуй, Е.В. Виниченко, Б.Б. Кобылянский // Електротехніка і електромеханіка. — 2016. — № 6. — С. 26-30. — Бібліогр.: 13 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-147485
record_format	dspace
spelling	Кузнецов, Б.И. Никитина, Т.Б Волошко, А.В. Бовдуй, И.В. Виниченко, Е.В. Кобылянский, Б.Б. 2019-02-14T20:03:40Z 2019-02-14T20:03:40Z 2016 Синтез систем активного экранирования магнитного поля воздушных линий электропередачи на основе многокритериальной оптимизации / Б.И. Кузнецов, Т.Б. Никитина, А.В. Волошко, И.В. Бовдуй, Е.В. Виниченко, Б.Б. Кобылянский // Електротехніка і електромеханіка. — 2016. — № 6. — С. 26-30. — Бібліогр.: 13 назв. — рос. 2074-272X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/147485 621.3.01 DOI: https://doi.org/10.20998/2074-272X.2016.6.05 Проведен синтез систем активного экранирования техногенного магнитного поля, создаваемого различными воздушными линиями электропередачи внутри заданной области пространства, с помощью управляемых источников магнитного поля. Синтез сводится к решению задачи многокритериального нелинейного программирования c ограничениями, в которой вычисления целевых функций и ограничений выполняются на основании закона Био - Савара - Лапласа. Задача решается методом стохастической мультиагентной оптимизации мультироем частиц, что позволяет существенно сократить время решения. Приведены результаты синтеза систем активного экранирования для различных типов ЛЭП и с различным количеством управляемых обмоток. Показана возможность существенного снижения уровня индукции исходного магнитного поля внутри заданной области пространства. Проведено синтез систем активного екранування техногенного магнітного поля повітряних ліній електропередачі всередині заданої області простору за допомогою керованих джерел магнітного поля. Синтез зводиться до вирішення задачі багатокритеріального нелінійного програмування з обмеженнями, в якій обчислення цільових функцій і обмежень виконуються на основі закону Біо - Савара - Лапласа. Завдання вирішується методом стохастичної мультиагентної оптимізації мультироєм частинок, що дозволяє істотно скоротити час її вирішення. Приведені результати синтезу систем активного екранування для різних типів ЛЕП і з різною кількістю керованих обмоток. Показана можливість суттєвого зниження рівня індукції вихідного магнітного поля всередині заданої області простору Purpose. The synthesis of the active shielding systems by technogenic magnetic field generated by the different types of high voltage power lines in a given region of space using various cables of controlled magnetic field sources. Methodology. The initial parameters for the synthesis of active shielding system parameters are the location of the high voltage power lines with respect to the protected transmission line space, geometry and number of cables, operating currents, as well as the size of the protected space and normative value magnetic field induction, which should be achieved as a result of shielding. The objective of the synthesis of the active shielding system is to determine their number, configuration, spatial arrangement, wiring diagrams and compensation cables currents, setting algorithm of the control systems as well as the resulting value of the induction magnetic field at the points of the protected space. Synthesis of active shielding system is reduced to the problem of multiobjective nonlinear programming with constraints in which calculation of the objective functions and constraints are carried out on the basis of Biot – Savart – Laplace law. The problem is solved by a stochastic multi-agent optimization of multiswarm of particles which can significantly reduce the time to solve it. Results. Active screening system synthesis results for the various types of transmission lines and with different amounts of controlled cables is given. The possibility of a significant reduction in the level of induction of the magnetic field source within a given region of space. Originality. For the first time carried out the synthesis of the active shielding systems, by magnetic field generated by the different types of high voltage power lines within a given region of space controlled by a magnetic field sources with different amounts of controlled cables. Practical value, Practical recommendations on reasonable choice of the number and spatial arrangement of compensating cables of active shielding systems for different types of high voltage power lines in order to ensure the effectiveness of a given shielding of the magnetic field high voltage power lines. ru Інститут технічних проблем магнетизму НАН України Електротехніка і електромеханіка Електротехнічні комплекси та системи. Силова електроніка Синтез систем активного экранирования магнитного поля воздушных линий электропередачи на основе многокритериальной оптимизации Synthesis of an active shielding system of the magnetic field of power lines based on multiobjective optimization Article published earlier
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
title	Синтез систем активного экранирования магнитного поля воздушных линий электропередачи на основе многокритериальной оптимизации
spellingShingle	Синтез систем активного экранирования магнитного поля воздушных линий электропередачи на основе многокритериальной оптимизации Кузнецов, Б.И. Никитина, Т.Б Волошко, А.В. Бовдуй, И.В. Виниченко, Е.В. Кобылянский, Б.Б. Електротехнічні комплекси та системи. Силова електроніка
title_short	Синтез систем активного экранирования магнитного поля воздушных линий электропередачи на основе многокритериальной оптимизации
title_full	Синтез систем активного экранирования магнитного поля воздушных линий электропередачи на основе многокритериальной оптимизации
title_fullStr	Синтез систем активного экранирования магнитного поля воздушных линий электропередачи на основе многокритериальной оптимизации
title_full_unstemmed	Синтез систем активного экранирования магнитного поля воздушных линий электропередачи на основе многокритериальной оптимизации
title_sort	синтез систем активного экранирования магнитного поля воздушных линий электропередачи на основе многокритериальной оптимизации
author	Кузнецов, Б.И. Никитина, Т.Б Волошко, А.В. Бовдуй, И.В. Виниченко, Е.В. Кобылянский, Б.Б.
author_facet	Кузнецов, Б.И. Никитина, Т.Б Волошко, А.В. Бовдуй, И.В. Виниченко, Е.В. Кобылянский, Б.Б.
topic	Електротехнічні комплекси та системи. Силова електроніка
topic_facet	Електротехнічні комплекси та системи. Силова електроніка
publishDate	2016
language	Russian
container_title	Електротехніка і електромеханіка
publisher	Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
format	Article
title_alt	Synthesis of an active shielding system of the magnetic field of power lines based on multiobjective optimization
description	Проведен синтез систем активного экранирования техногенного магнитного поля, создаваемого различными воздушными линиями электропередачи внутри заданной области пространства, с помощью управляемых источников магнитного поля. Синтез сводится к решению задачи многокритериального нелинейного программирования c ограничениями, в которой вычисления целевых функций и ограничений выполняются на основании закона Био - Савара - Лапласа. Задача решается методом стохастической мультиагентной оптимизации мультироем частиц, что позволяет существенно сократить время решения. Приведены результаты синтеза систем активного экранирования для различных типов ЛЭП и с различным количеством управляемых обмоток. Показана возможность существенного снижения уровня индукции исходного магнитного поля внутри заданной области пространства. Проведено синтез систем активного екранування техногенного магнітного поля повітряних ліній електропередачі всередині заданої області простору за допомогою керованих джерел магнітного поля. Синтез зводиться до вирішення задачі багатокритеріального нелінійного програмування з обмеженнями, в якій обчислення цільових функцій і обмежень виконуються на основі закону Біо - Савара - Лапласа. Завдання вирішується методом стохастичної мультиагентної оптимізації мультироєм частинок, що дозволяє істотно скоротити час її вирішення. Приведені результати синтезу систем активного екранування для різних типів ЛЕП і з різною кількістю керованих обмоток. Показана можливість суттєвого зниження рівня індукції вихідного магнітного поля всередині заданої області простору Purpose. The synthesis of the active shielding systems by technogenic magnetic field generated by the different types of high voltage power lines in a given region of space using various cables of controlled magnetic field sources. Methodology. The initial parameters for the synthesis of active shielding system parameters are the location of the high voltage power lines with respect to the protected transmission line space, geometry and number of cables, operating currents, as well as the size of the protected space and normative value magnetic field induction, which should be achieved as a result of shielding. The objective of the synthesis of the active shielding system is to determine their number, configuration, spatial arrangement, wiring diagrams and compensation cables currents, setting algorithm of the control systems as well as the resulting value of the induction magnetic field at the points of the protected space. Synthesis of active shielding system is reduced to the problem of multiobjective nonlinear programming with constraints in which calculation of the objective functions and constraints are carried out on the basis of Biot – Savart – Laplace law. The problem is solved by a stochastic multi-agent optimization of multiswarm of particles which can significantly reduce the time to solve it. Results. Active screening system synthesis results for the various types of transmission lines and with different amounts of controlled cables is given. The possibility of a significant reduction in the level of induction of the magnetic field source within a given region of space. Originality. For the first time carried out the synthesis of the active shielding systems, by magnetic field generated by the different types of high voltage power lines within a given region of space controlled by a magnetic field sources with different amounts of controlled cables. Practical value, Practical recommendations on reasonable choice of the number and spatial arrangement of compensating cables of active shielding systems for different types of high voltage power lines in order to ensure the effectiveness of a given shielding of the magnetic field high voltage power lines.
issn	2074-272X
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/147485
citation_txt	Синтез систем активного экранирования магнитного поля воздушных линий электропередачи на основе многокритериальной оптимизации / Б.И. Кузнецов, Т.Б. Никитина, А.В. Волошко, И.В. Бовдуй, Е.В. Виниченко, Б.Б. Кобылянский // Електротехніка і електромеханіка. — 2016. — № 6. — С. 26-30. — Бібліогр.: 13 назв. — рос.
work_keys_str_mv	AT kuznecovbi sintezsistemaktivnogoékranirovaniâmagnitnogopolâvozdušnyhliniiélektroperedačinaosnovemnogokriterialʹnoioptimizacii AT nikitinatb sintezsistemaktivnogoékranirovaniâmagnitnogopolâvozdušnyhliniiélektroperedačinaosnovemnogokriterialʹnoioptimizacii AT vološkoav sintezsistemaktivnogoékranirovaniâmagnitnogopolâvozdušnyhliniiélektroperedačinaosnovemnogokriterialʹnoioptimizacii AT bovduiiv sintezsistemaktivnogoékranirovaniâmagnitnogopolâvozdušnyhliniiélektroperedačinaosnovemnogokriterialʹnoioptimizacii AT viničenkoev sintezsistemaktivnogoékranirovaniâmagnitnogopolâvozdušnyhliniiélektroperedačinaosnovemnogokriterialʹnoioptimizacii AT kobylânskiibb sintezsistemaktivnogoékranirovaniâmagnitnogopolâvozdušnyhliniiélektroperedačinaosnovemnogokriterialʹnoioptimizacii AT kuznecovbi synthesisofanactiveshieldingsystemofthemagneticfieldofpowerlinesbasedonmultiobjectiveoptimization AT nikitinatb synthesisofanactiveshieldingsystemofthemagneticfieldofpowerlinesbasedonmultiobjectiveoptimization AT vološkoav synthesisofanactiveshieldingsystemofthemagneticfieldofpowerlinesbasedonmultiobjectiveoptimization AT bovduiiv synthesisofanactiveshieldingsystemofthemagneticfieldofpowerlinesbasedonmultiobjectiveoptimization AT viničenkoev synthesisofanactiveshieldingsystemofthemagneticfieldofpowerlinesbasedonmultiobjectiveoptimization AT kobylânskiibb synthesisofanactiveshieldingsystemofthemagneticfieldofpowerlinesbasedonmultiobjectiveoptimization
first_indexed	2025-11-25T23:55:26Z
last_indexed	2025-11-25T23:55:26Z
_version_	1850589590253993984
fulltext	Електротехнічні комплекси та системи. Силова електроніка 26 ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2016. №6 © Б.И. Кузнецов, Т.Б. Никитина, А.В. Волошко, И.В. Бовдуй, Е.В. Виниченко, Б.Б. Кобылянский УДК 621.3.01 doi: 10.20998/2074-272X.2016.6.05 Б.И. Кузнецов, Т.Б. Никитина, А.В. Волошко, И.В. Бовдуй, Е.В. Виниченко, Б.Б. Кобылянский СИНТЕЗ СИСТЕМ АКТИВНОГО ЭКРАНИРОВАНИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ НА ОСНОВЕ МНОГОКРИТЕРИАЛЬНОЙ ОПТИМИЗАЦИИ Проведено синтез систем активного екранування техногенного магнітного поля повітряних ліній електропередачі все- редині заданої області простору за допомогою керованих джерел магнітного поля. Синтез зводиться до вирішення задачі багатокритеріального нелінійного програмування з обмеженнями, в якій обчислення цільових функцій і обмежень вико- нуються на основі закону Біо - Савара - Лапласа. Завдання вирішується методом стохастичної мультиагентної оптимі- зації мультироєм частинок, що дозволяє істотно скоротити час її вирішення. Приведені результати синтезу систем активного екранування для різних типів ЛЕП і з різною кількістю керованих обмоток. Показана можливість суттєвого зниження рівня індукції вихідного магнітного поля всередині заданої області простору. Бібл. 13, рис. 6. Ключові слова: повітряні лінії електропередачі, магнітне поле промислової частоти, система активного екранування, багатокритеріальний синтез, стохастична мультиагентна оптимізація, мультирой частинок. Проведен синтез систем активного экранирования техногенного магнитного поля, создаваемого различными воздуш- ными линиями электропередачи внутри заданной области пространства, с помощью управляемых источников маг- нитного поля. Синтез сводится к решению задачи многокритериального нелинейного программирования c ограниче- ниями, в которой вычисления целевых функций и ограничений выполняются на основании закона Био - Савара - Лап- ласа. Задача решается методом стохастической мультиагентной оптимизации мультироем частиц, что позволяет существенно сократить время решения. Приведены результаты синтеза систем активного экранирования для раз- личных типов ЛЭП и с различным количеством управляемых обмоток. Показана возможность существенного сни- жения уровня индукции исходного магнитного поля внутри заданной области пространства. Библ. 13, рис. 6. Ключевые слова: воздушные линии электропередачи, магнитное поле промышленной частоты, система активного экранирования, многокритериальный синтез, стохастическая мультиагентная оптимизация, мультирой частиц. Введение. Многие жилые здания и сооружения расположены в непосредственной близости от воз- душных линий электропередачи так, что уровень ин- дукции магнитного поля внутри них превышает со- временные санитарные нормы. Кроме того, в связи с постоянным удорожанием земли, продолжается строительство жилых, административных и других общественных зданий и сооружений в местах прохо- ждения существующих воздушных линий электропе- редачи. Одним из возможных путей эксплуатации та- ких зданий является применение систем активного экранирования. Анализ существующих систем активного эк- ранирования. В настоящее время интенсивно прово- дятся исследования и внедряются разнообразные сис- темы активного экранирования техногенного магнит- ного поля промышленной частоты [1-9]. В таких сис- темах в качестве исполнительного органа системы ак- тивного экранирования используются специальные обмотки – активные кабели, количество которых оп- ределяется спецификой решаемой задачи. Наиболее широкое распространение получили системы актив- ного экранирования с одной обмоткой [1]. Для повы- шения эффективности системы используют две, три, шесть, двадцать четыре и более обмоток [9]. Для управления этими обмотками может использоваться различное количество измерителей индукции магнит- ного поля – магнитометров: один, два, три, шесть, двадцать четыре и более. Количество магнитометров, обычно, равно количеству управляемых обмоток, ли- бо количеству пар обмоток. В частности, при шести обмотках типа колец Гельмгольца могут использо- ваться три магнитометра, расположенные в центре области экранирования магнитного поля и ориенти- рованные ортогонально относительно управляемых обмоток [9]. Целью работы является синтез и исследование систем активного экранирования магнитного поля промышленной частоты, создаваемого различными ЛЭП, с различным количеством обмоток магнитных исполнительных органов и оценка эффективности синтезированных систем. Формулировка задачи оптимального управ- ления на основе многокритериальной оптимиза- ции. Рассмотрим решение задачи синтеза систем ак- тивного экранирования техногенного магнитного по- ля промышленной частоты, создаваемого воздушны- ми линиями электропередачи внутри заданной облас- ти пространства, на основе многокритериального подхода [12]. Техногенное магнитное поле создается трехфазной воздушной линией электропередачи. Сис- тема активного экранирования магнитного поля со- держит датчики магнитного поля, систему управле- ния, источник питания и управляемые источники магнитного поля – обмотки с регулируемым током, установленные в зоне, где необходимо поддерживать параметры внутреннего магнитного поля в заданных пределах. При заданной структуре системы активного эк- ранирования задача синтеза системы активного экра- нирования магнитного поля в заданном пространстве сводится к определению такого вектора пространст- венного расположения и геометрических размеров компенсируемых обмоток, а также параметров регу- лятора X , при котором максимальное значение ин- дукции магнитного поля в выбранных точках iP рас- ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2016. №6 27 сматриваемого пространства P принимает мини- мальное значение  i PX PXBX i ,maxminarg* PX   . (1) При минимизации индукции B(X, Pi) в точке Pi значения индукции в других точках рассматриваемого пространства, расположенных в окрестности этой точки, больше этого минимального значения либо за счет недокомпенсации, либо за счет перекомпенсации уровня индукции исходного магнитного поля с по- мощью системы активного экранирования. Причем, по мере приближения рассматриваемой точки к управляемым обмоткам значение индукции становит- ся существенно больше индукции исходного уровня магнитного поля за счет перекомпенсации. Поэтому задача (13) не может быть сведена к решению m ло- кальных задач минимизации индукции B(X, Pi) в m точках Pi  i X i PXBX ,minarg X *   , mi ,1 , (2) а затем к выбору такого решения X* из множества m локальных оптимумов iX , mi ,1 , при котором мак- симальное значение индукции B(X, Pi) во всех рас- сматриваемых точках Pi является минимальным  jiij mjmi PXBX ,maxminarg ,1,1   , (3) где  jiij PXB , – значение индукции в точке Pj, вы- численное при оптимальном значении вектора иско- мых параметров регуляторов * iX , найденных из усло- вия минимизации (3) уровня индукции в точке Pi. В общем виде задача (1) синтеза системы ак- тивного экранирования магнитного поля промыш- ленной частоты, создаваемого воздушными линия- ми электропередачи внутри заданной области про- странства, может быть сформулирована в виде сле- дующей задачи многокритериальной оптимизации векторного критерия         TmPXBPXBPXBXB ,...,,, 21 , (4) компонентами которого B(X, Pi) являются модули вектора индукции в m точках Pi рассматриваемого пространства. При этом, естественно, необходимо учитывать ограничения на вектор управления и пере- менные состояния в виде векторного неравенства и, возможно, равенства   maxGXG  ,   0XH . (5) Заметим, что компонентами векторного критерия (4) и ограничений (5) являются нелинейные функции вектора искомых параметров регуляторов X и их вы- числение выполняется на основании закона Био- Савара-Лапласа [10, 11]. Метод решения задачи многокритериальной оптимизации. Задача нахождения локального мини- мума (4) в одной точке Pi рассматриваемого про- странства, как правило, является многоэкстремаль- ной, содержащей локальные минимумы и максимумы, поэтому, для ее решения целесообразно использовать алгоритмы стохастической мультиагентной оптими- зации [12]. Рассмотрим алгоритм нахождения множе- ства Парето-оптимальных решений многокритери- альных задач нелинейного программирования на ос- нове стохастической мультиагентной оптимизации. На сегодняшний день разработано большое количест- во алгоритмов оптимизации роем частиц – PSO алго- ритмов на основе идеи коллективного интеллекта роя частиц, такие как gbest PSO и lbest PSO алгоритмы [13]. Применение стохастических мультиагентных методов оптимизации для решения многокритериаль- ных задач на сегодняшний день вызывает определен- ные трудности и это направление продолжает интен- сивно развиваться [12, 13]. Для решения исходной многокритериальной задачи нелинейного программи- рования (4) с ограничениями (5) построим алгоритм стохастической мультиагентной оптимизации на ос- нове множества роев частиц, количество которых равно количеству компонент векторного критерия оп- тимизации. В стандартном алгоритме оптимизации роем частиц изменение скоростей частиц осуществля- ется по линейным законам [13]. Для повышения ско- рости нахождения глобального оптимума использует- ся нелинейный алгоритм стохастической мультиа- гентной оптимизации [12]. С помощью отдельных j-тых роев решаются за- дачи оптимизации скалярных критериев B(X, Pj), ко- торые являются компонентами векторного критерия оптимизации (4). Для нахождения глобального реше- ния исходной многокритериальной задачи (4) в ходе поисков оптимальных решений локальных критериев отдельные рои обмениваются информацией между собой. При этом для вычисления скорости движения частиц одного роя используется информация о гло- бальном оптимуме, полученным частицами другого роя, что позволяет выделить все потенциальные Па- рето оптимальные решения. С этой целью на каждом шаге t движения i-той частицы j-того роя используют- ся функции бинарных предпочтений локальных ре- шений, полученных всеми роями. Решение  tX j * , по- лученное в ходе оптимизации целевой функции B(X(t), Pj) с помощью j-того роя, является предпочти- тельным по отношению к решению  tX k * , получен- ному в ходе оптимизации целевой функции   kPtXB , с помощью k-того роя, т.е.    tXtX kj **  , если выполняется условие      tXPBtXPB ki mi ji mi * ,1 * ,1 ,max,max   . (6) При этом в качестве глобального оптимального решения  tXk * k-того роя используется глобальное решение  tX j * , полученное j-тым роем, которое яв- ляется более предпочтительным по отношению к гло- бальному решению  tX k * k-того роя на основании отношения предпочтения (6). Фактически при таком подходе реализуется ос- новная идея метода последовательного сужения об- ласти компромиссов – из исходного множества воз- можных решений на основании информации об отно- сительной важности локальных решений последова- тельно удаляются все Парето-оптимальные решения, 28 ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2016. №6 которые не могут быть выбранными согласно имею- щейся информации об отношении предпочтения. Удаление осуществляется до тех пор, пока не будет получено глобально оптимальное решение. В резуль- тате применения такого подхода на каждом шаге су- жения не будет удалено ни одно потенциально опти- мальное решение. Результаты моделирования на ЭВМ. Рассмот- рим синтез систем активного экранирования магнит- ного поля, создаваемого воздушными линиями элек- тропередачи различного конструктивного исполне- ния, внутри заданной области пространства с помо- щью управляемых источников магнитного поля с раз- личным количеством компенсирующих обмоток и различной конструкции. В начале рассмотрим систе- мы активного экранирования магнитного поля, созда- ваемого двухцепными воздушными линиями электро- передачи, имеющими шесть токопроводов. Как было показано многими исследователями [3, 5], магнитное поле, создаваемое такой линией имеет эллиптическую поляризацию, что позволяет построить системы ак- тивного экранирования с одной компенсационной об- моткой. Заметим, что такие системы получили наи- большее распространение в мировой практике [1, 6, 8]. В качестве примера на рис. 1 показаны линии рав- ного уровня индукции магнитного поля с включенной системой активного экранирования магнитного поля с помощью одной обмотки магнитного исполнительно- го органа. Как видно из этого рисунка, в рассматри- ваемом пространстве, где необходимо экранировать магнитное поле, при включенной системе активного экранирования уровень индукции магнитного поля не превосходит 0,4 мкТл, в то время как уровень индук- ции исходного магнитного поля изменяется в преде- лах от 1,8 мкТл до 0,5 мкТл. 0.1 0. 2 0.2 0. 3 0.3 0.4 0.4 0. 4 0. 5 0.5 0. 5 0.5 0. 6 0.6 0. 6 0.6 0. 7 0.7 0. 7 0.7 0. 8 0.8 0. 8 0.8 0. 9 0. 9 0. 9 0.9 1 1 1 1 2 2 2 2 3 3 3 3 3 3 3 4 4 4 4 4 4 5 5 5 5 5 5 5 5 6 6 6 6 6 6 6 6 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 8 8 8 8 8 8 88 9 9 9 9 9 9 9 10 10 10 20 20 30 30 x,м z, м -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 -5 0 5 10 15 20 25 30 Рис. 1. Линии равного уровня индукции магнитного поля с включенной системой активного экранирования с одной обмоткой Для повышения эффективности работы системы добавим еще одну обмотку, как это показано на рис. 2. В такой системе активного экранирования уровень индук- ции магнитного поля не превосходит 0,2 мкТл, в то вре- мя как уровень индукции магнитного поля в системе с одной обмоткой снижается лишь до 0,4 мкТл. В мировой практике построения систем активно- го экранирования кроме однофазных обмоток исполь- зуют также трехфазные обмотки, позволяющие созда- вать вращающееся магнитное поле, как это показано на рис. 3. 0.05 0.06 0.06 0.07 0.07 0.08 0.08 0.09 0. 09 0.1 0. 1 0.2 0.2 0.3 0. 3 0.4 0. 4 0.5 0. 5 0.5 0.6 0. 6 0. 6 0.7 0.7 0.7 0. 7 0.8 0.8 0. 8 0.8 0. 8 0.9 0.9 0. 9 0.9 0.9 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 3 3 3 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 8 8 8 88 8 8 8 8 9 9 9 9 9 9 9 10 10 10 10 20 20 30 30 x,м z, м -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 -5 0 5 10 15 20 25 30 Рис. 2. Линии равного уровня индукции магнитного поля с включенной системой активного экранирования с двумя обмотками В такой системе уровень магнитного поля не превосходит 0,4 мкТл, так что эта система обеспечи- вает такую же эффективность, что и система с одной обмоткой, как это показано на рис. 1. Однако, при этом, трехфазная обмотка занимает меньше места, чем однофазная обмотка при той же эффективности системы. 0. 4 0.4 0. 4 0.5 0.5 0. 5 0.5 0. 6 0. 6 0.6 0. 7 0. 7 0.7 0. 8 0. 8 0.8 0. 9 0. 9 0.9 1 1 1 2 2 2 3 3 3 3 3 4 4 4 4 4 5 5 5 5 5 5 5 6 6 6 6 6 6 6 6 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 8 8 8 8 8 8 8 8 8 9 9 9 9 9 9 9 9 9 10 10 10 10 10 10 10 20 20 30 30 x,м z, м 0 10 20 30 40 50 -5 0 5 10 15 20 25 30 Рис. 3. Линии равного уровня индукции магнитного поля с включенной системой активного экранирования с трехфазной обмоткой На рис. 4 показаны линии равного уровня индук- ции магнитного поля с включенной системой актив- ного экранирования с помощью трехфазной и одно- фазной обмоток. Уровень индукции магнитного поля в такой системе не превосходит 0,3 мкТл. Рассмотрим теперь синтез систем активного экра- нирования магнитного поля, создаваемого одноцепны- ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2016. №6 29 ми воздушными линиями электропередачи, имеющими три токоведущих провода. Магнитное поле, создавае- мое такой линией имеет практически круговую поля- ризацию [3, 5], поэтому для построения системы ак- тивного экранирования необходимо использовать, по меньшей мере, две компенсационные обмотки. На рис. 5 показаны линии равного уровня индук- ции магнитного поля с включенной системой актив- ного экранирования с двумя обмотками. 0.20. 3 0. 3 0.4 0.4 0. 4 0. 4 0. 5 0. 5 0. 5 0. 6 0. 6 0. 6 0. 7 0. 7 0. 7 0. 8 0. 8 0.8 0 . 9 0. 9 0.9 1 1 1 2 2 2 3 3 3 4 4 4 4 4 5 5 5 5 5 5 5 5 6 6 6 6 6 6 6 6 7 7 7 7 7 7 77 7 7 8 8 8 8 8 8 88 8 9 9 9 9 9 9 9 910 10 1010 10 10 20 20 20 20 2030 30 x,м z, м 0 10 20 30 40 50 -5 0 5 10 15 20 25 30 Рис. 4. Линии равного уровня индукции магнитного поля с включенной системой активного экранирования с трехфазной и однофазной обмотками Как видно на рис. 5, в рассматриваемом про- странстве, где необходимо экранировать магнитное поле, при включенной системе активного экранирова- ния уровень индукции магнитного поля не превосхо- дит 0,4 мкТл, в то время как уровень индукции ис- ходного магнитного поля изменяется в пределах от 1,8 мкТл до 0,5 мкТл. 0.2 0.3 0. 3 0. 4 0. 4 0. 40.5 0.5 0. 5 0. 5 0. 6 0. 6 0. 6 0.7 0.7 0. 7 0.8 0. 8 0. 8 0.9 0. 9 0. 9 1 1 1 2 2 2 3 3 3 4 4 4 5 5 5 6 6 6 7 7 7 8 8 8 9 9 9 9 10 10 10 10 20 20 20 20 20 20 30 30 30 30 3030 3030 30 40 4040 4040 40 40 50 5050 5050 50 50 60 6060 6060 60 60 70 7070 70 70 70 70 80 80 80 80 80 80 90 90 90 9010 0 10 0 10 0 20 0 20 0 20 0 x,м z, м -1 0 1 2 3 4 5 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 Рис. 5. Линии равного уровня индукции магнитного поля с включенной системой активного экранирования с двумя обмотками Магнитное поле с круговой поляризацией можно также создавать и с помощью трехфазной обмотки, как это показано на рис. 6. Уровень индукции маг- нитного поля в такой системе не превышает 0,4 мкТл. Выводы. 1. Показано, что задача синтеза системы активного экранирования сводится к решению задачи многокри- териального нелинейного программирования с огра- ничениями, в которой вычисления целевых функций и ограничений выполняются на основании закона Био- Савара-Лапласа. 2. Предложено осуществлять решение задачи син- теза на основе построения Парето оптимальных ре- шений с помощью алгоритмов стохастической муль- тиагентной оптимизации мультироем частиц, что по- зволяет сократить время решения задачи. 3. Подтверждена возможность снижения уровня индукции магнитного поля внутри заданной области пространства при использовании синтезированной системы активного экранирования в четыре раза. 0.2 0.3 0. 4 0.4 0. 4 0.5 0.5 0. 5 0. 5 0. 6 0. 6 0. 6 0.7 0. 7 0. 7 0.8 0. 8 0. 8 0.9 0. 9 0. 9 1 1 1 2 2 2 3 3 3 4 4 4 5 5 5 6 6 6 7 7 7 8 8 8 9 9 9 10 10 10 20 20 20 20 30 30 30 30 30 30 30 40 4040 40 40 40 40 50 5050 50 50 50 60 6060 60 60 60 70 7070 70 70 70 80 80 80 80 80 80 90 90 90 90 90 90 90 90 100 10 0 100 10 0 10 0 100 20 0 20 0 20 0 x,м z, м -1 0 1 2 3 4 5 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 Рис. 6. Линии равного уровня индукции магнитного поля с включенной системой активного экранирования с трехфазной обмоткой СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Active Magnetic Shielding (Field Cancellation). http://www.emfservices.com/afcs.html. 2. Beltran H., Fuster V., García M. Magnetic field reduction screening system for a magnetic field source used in industrial applications // 9 Congreso Hispano Luso de Ingeniería Eléctrica (9 CHLIE), Marbella (Málaga). – 2005. – pр. 84-99. 3. Celozzi S., Garzia F. Active shielding for power-frequency magnetic field reduction using genetic algorithms optimization // IEE Proceedings – Science, Measurement and Technology. – 2004. – Vol. 151. – № 1. – pp. 2-7. doi: 10.1049/ip- smt:20040002. 4. Ter Brake H.J.M., Wieringa H.J., Rogalla H. Improvement of the performance of a mu -metal magnetically shielded room by means of active compensation (biomagnetic applications) // Measurement Science and Technology. – 1991. – Vol. 2(7). – pp. 596-601. doi: 10.1088/0957-0233/2/7/004. 5. Yamazaki K., Kato K., Kobayashi K. MCG Measurement in the environment of active magnetic shield // Neurology and Clinical Neurophysiology. – 2004. – Vol. 40. – pp. 1-4. 6. Celozzi S. Active compensation and partial shields for the power-frequency magnetic field reduction // Conference Paper of IEEE International Symposium on Electromagnetic Compati- bility. Minneapolis (USA). – 2002. – Vol.1. – pp. 222-226. doi: 10.1109/isemc.2002.1032478. 7. Shenkman A., Sonkin N., Kamensky V. Active protection from electromagnetic field hazards of a high voltage power line 30 ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2016. №6 // HAIT Journal of Science and Engineering. Series B: Applied Sciences and Engineering. – Vol. 2. – Issues 1-2, pp. 254-265. 8. Ter Brake H.J.M., Huonker R., Rogalla H. New results in active noise compensation for magnetically shielded rooms // Measurement Science and Technology. – 1993. – Vol. 4. – Issue 12. – pp. 1370-1375. doi: 10.1088/0957-0233/4/12/010. 9. Kazuo Kato, Keita Yamazaki, Tomoya Sato, Akira Haga, Taka- shi Okitsu, Kazuhiro Muramatsu, Tomoaki Ueda, Masahito Yoshi- zawa. Shielding effect of panel type active magnetic compensation // IEEJ Transactions on Fundamentals and Materials. – 2005. – Vol. 125. – Issue 2. – pp. 99-106. doi: 10.1541/ieejfms.125.99. 10. Розов В.Ю., Реуцкий С.Ю., Пилюгина О.Ю. Метод рас- чета магнитного поля трехфазных линий электропередачи // Технічна електродинаміка. – 2014. – №5. – С. 11-13. 11. Nikolova N.K., Bakr M.H. Electromagnetics I. Matlab Ex- periments Manual for EE2FH3 // Department of Electrical and Computer Engineering McMaster University, 2012. – 96 р. 12. Clerc M. Particle Swarm Optimization. – London: ISTE Ltd, 2006. – 244 p. doi: 10.1002/9780470612163. 13. Gazi V., Passino K.M. Swarm Stability and Optimization. – Springer, 2011. – 318 p. doi: 10.1007/978-3-642-18041-5. REFERENCES 1. Active Magnetic Shielding (Field Cancellation). Available at: http://www.emfservices.com/afcs.html (accessed 10 Septem- ber 2012). 2. Beltran H., Fuster V., García M. Magnetic field reduction screening system for a magnetic field source used in industrial applications. 9 Congreso Hispano Luso de Ingeniería Eléctrica (9 CHLIE), Marbella (Málaga, Spain), 2005, pр. 84-99. 3. Celozzi S., Garzia F. Active shielding for power-frequency magnetic field reduction using genetic algorithms optimization. IEE Proceedings – Science, Measurement and Technology, 2004, Vol.151, no.1, pp. 2-7. doi: 10.1049/ip-smt:20040002. 4. Ter Brake H.J.M., Wieringa H.J., Rogalla H. Improvement of the performance of a mu -metal magnetically shielded room by means of active compensation (biomagnetic applications). Measurement Science and Technology, 1991, Vol.2(7), pp. 596- 601. doi: 10.1088/0957-0233/2/7/004. 5. Yamazaki K., Kato K., Kobayashi K. MCG Measurement in the environment of active magnetic shield. Neurology and Clini- cal Neurophysiology, 2004, Vol. 40, pp. 1-4. 6. Celozzi S. Active compensation and partial shields for the power-frequency magnetic field reduction. Conference Paper of IEEE International Symposium on Electromagnetic Compatibil- ity. Minneapolis (USA), 2002, Vol.1, pp. 222-226. doi: 10.1109/isemc.2002.1032478. 7. Shenkman A., Sonkin N., Kamensky V. Active protection from electromagnetic field hazards of a high voltage power line. HAIT Journal of Science and Engineering. Series B: Applied Sciences and Engineering, Vol. 2, Issues 1-2, pp. 254-265. 8. Ter Brake H.J.M., Huonker R., Rogalla H. New results in active noise compensation for magnetically shielded rooms. Measurement Science and Technology, 1993, Vol. 4, Issue 12, pp. 1370-1375. doi: 10.1088/0957-0233/4/12/010. 9. Kazuo Kato, Keita Yamazaki, Tomoya Sato, Akira Haga, Ta- kashi Okitsu, Kazuhiro Muramatsu, Tomoaki Ueda, Masahito Yo- shizawa. Shielding effect of panel type active magnetic compensa- tion. IEEJ Transactions on Fundamentals and Materials, 2005, Vol. 125, Issue 2, pp. 99-106. doi: 10.1541/ieejfms.125.99. 10. Rozov V.Yu., Reutskyi S.Yu. Pyliugina O.Yu. The method of calculation of the magnetic field of three-phase power lines. Tekhnichna elektrodynamika, 2014, no.5, pp. 11-13. (Rus). 11. Nikolova N.K., Bakr M.H. Electromagnetics I. Matlab Ex- periments Manual for EE2FH3. Department of Electrical and Computer Engineering McMaster University, 2012. 96 р. 12. Clerc M. Particle Swarm Optimization. London, ISTE Ltd., 2006. 244 p. doi: 10.1002/9780470612163. 13. Gazi V., Passino K.M. Swarm Stability and Optimization. Springer, 2011. 318 p. doi: 10.1007/978-3-642-18041-5. Поступила (received) 15.09.2016 Кузнецов Борис Иванович1, д.т.н., проф., Никитина Татьяна Борисовна2, д.т.н., проф., Волошко Александр Валерьевич1, к.т.н., н.с., Бовдуй Игорь Валентинович1, к.т.н., н.с., Виниченко Елена Владимировна1, к.т.н., м.н.с., Кобылянский Борис Борисович1, к.т.н. доц. 1 Государственное учреждение «Институт технических проблем магнетизма Национальной Академии Наук Украины», 61106, Харьков, ул. Индустриальная, 19, тел/phone +38 050 5766900, e-mail: bikuznetsov@mail.ru 2 Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет, 61002, Харьков, ул. Петровского, 25, е-mail: tatjana55555@gmail.com B.I. Kuznetsov1, T.B. Nikitina2, A.V. Voloshko1, I.V. Bovdyj1, E.V. Vinichenko1, B.B. Kobilyanskiy1 1 State Institution «Institute of Technical Problems of Magnetism of the NAS of Ukraine», 19, Industrialna Str., Kharkiv, 61106, Ukraine. 2 Kharkov National Automobile and Highway University, 25, Petrovskogo Str., Kharkov, 61002, Ukraine. Synthesis of an active shielding system of the magnetic field of power lines based on multiobjective optimization. Purpose. The synthesis of the active shielding systems by technogenic magnetic field generated by the different types of high voltage power lines in a given region of space using various cables of controlled magnetic field sources. Methodology. The initial parameters for the synthesis of active shielding system parameters are the location of the high voltage power lines with respect to the protected transmission line space, geometry and number of cables, operating currents, as well as the size of the protected space and normative value magnetic field induction, which should be achieved as a result of shielding. The objective of the synthesis of the active shielding system is to determine their number, configuration, spatial arrangement, wiring diagrams and compensation cables currents, setting algorithm of the control systems as well as the resulting value of the induction magnetic field at the points of the protected space. Synthesis of active shielding system is reduced to the problem of multiobjective nonlinear programming with constraints in which calculation of the objective functions and constraints are carried out on the basis of Biot – Savart – Laplace law. The problem is solved by a stochastic multi-agent optimization of multiswarm of particles which can significantly reduce the time to solve it. Results. Active screening system synthesis results for the various types of transmission lines and with different amounts of controlled cables is given. The possibility of a significant reduction in the level of induction of the magnetic field source within a given region of space. Originality. For the first time carried out the synthesis of the active shielding systems, by magnetic field generated by the different types of high voltage power lines within a given region of space controlled by a magnetic field sources with different amounts of controlled cables. Practical value, Practical recommendations on reasonable choice of the number and spatial arrangement of compensating cables of active shielding systems for different types of high voltage power lines in order to ensure the effectiveness of a given shielding of the magnetic field high voltage power lines. References 13. figures 6. Key words: power lines, power frequency magnetic field, active shielding system, multiobjective synthesis, stochastic multi-agent optimization, particle multiswarm.

Синтез систем активного экранирования магнитного поля воздушных линий электропередачи на основе многокритериальной оптимизации

Репозитарії

Схожі ресурси