Математические модели и методы анализа компьютерных сетей управления электроснабжением тяговых подстанций железных дорог
Аналіз еволюції електромереж залізниць показав, що розв’язання комплексної проблеми оптимізації електроспоживання і покращення безпеки руху можливо шляхом інтелектуалізації процесів електропостачанням. Запропоновано обчислювальну мережу керування електропостачання на рівні тягових підстанцій, яка ад...
Saved in:
| Published in: | Проблемы управления и информатики |
|---|---|
| Date: | 2017 |
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України
2017
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/208440 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Математические модели и методы анализа компьютерных сетей управления электроснабжением тяговых подстанций железных дорог / А.И. Стасюк, Л.Л. Гончарова // Проблемы управления и информатики. — 2017. — № 1. — С. 104-113. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860251213541408768 |
|---|---|
| author | Стасюк, А.И. Гончарова, Л.Л. |
| author_facet | Стасюк, А.И. Гончарова, Л.Л. |
| citation_txt | Математические модели и методы анализа компьютерных сетей управления электроснабжением тяговых подстанций железных дорог / А.И. Стасюк, Л.Л. Гончарова // Проблемы управления и информатики. — 2017. — № 1. — С. 104-113. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Проблемы управления и информатики |
| description | Аналіз еволюції електромереж залізниць показав, що розв’язання комплексної проблеми оптимізації електроспоживання і покращення безпеки руху можливо шляхом інтелектуалізації процесів електропостачанням. Запропоновано обчислювальну мережу керування електропостачання на рівні тягових підстанцій, яка адекватно відображає її топологію і граф мережі. На основі диференційних перетворень розроблено математичну модель комп’ютерної архітектури керування електропостачанням тягових підстанцій, а також методи визначення в аналітичному вигляді сукупності значень ймовірностей станів вузлів графа комп’ютерної мережі і критерії обчислення таких показників: пропускна можливість вузлів, середнє число заявок, що обробляються, та кількість відмов заявок на обслуговування.
The analysis of the evolution of power supply networks of railways showed that the solution of complex optimization problems of power consumption and improvement of railway traffic safety is possible due to intellectualization of electric power supply processes. The computer network of power supply control at the level of traction substations, which adequately displays its topology and the graph of network are offered. On the basis of differential transformations a mathematical model of computer architecture control of traction substations power supply is developed as well as the methods of determining in analytical form the set of probability values of the state of the graph nodes of computer network and criteria for calculating such indicators: throughput of the nodes, the average number of applications that are processed, and the number of failures of service calls.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:43:43Z |
| format | Article |
| fulltext |
© А.И. СТАСЮК, Л.Л. ГОНЧАРОВА, 2017
104 ISSN 0572-2691
УПРАВЛЕНИЕ ФИЗИЧЕСКИМИ ОБЪЕКТАМИ
И ТЕХНИЧЕСКИМИ СИСТЕМАМИ
УДК 621.311
А.И. Стасюк, Л.Л. Гончарова
МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ И МЕТОДЫ
АНАЛИЗА КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ
УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕМ
ТЯГОВЫХ ПОДСТАНЦИЙ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ
Введение
Решение комплексной проблемы оптимизации электропотребления на тягу же-
лезнодорожному транспорту, минимизации общесистемных затрат электроэнергии,
формирования энергосберегающих информационных технологий и, соответственно,
улучшение безопасности перевозок, при незначительных инвестиционных составля-
ющих, возможно путем интеллектуализации технологических процессов электро-
снабжения на основе создания современных сетевых технологий, математических
моделей и методов оперативного управления. Компьютерные сети и системы, ориен-
тированные на управление электроснабжением, открыли новый этап в сфере интел-
лектуализации процедур управления быстропротекающими электроэнергетическими
процессами, создали почву для формирования новых знаний, на базе которых появи-
лись современные информационные технологии энергосбережения и безопасности,
в первую очередь скоростных перевозок [1, 2]. Поэтому в условиях функционирования
рынка электроэнергии доминирующее направление научных исследований связано с
организацией интеллектуальных систем электроснабжения на основе новых концепту-
альных подходов, принципов организации и методов синтеза компьютерных сетевых
архитектур, что адекватно отражают топологию энергосистемы. Широкий диапазон
применения компьютерных средств всережимного управления электроснабжением на
тягу поставил проблему синтеза математических моделей и методов проведения ана-
лиза и дополнительных исследований определения совокупности характеристик ком-
пьютерных архитектур, ориентированных на проведения непрерывного мониторинга
комплекса параметров режимов энергосистем, оптимизации процедур потребления
электроэнергии и соблюдения условий надежности и качества электроснабжения.
Анализ новых исследований и публикаций
Комплексные исследования, проведенные в связи с формированием энергосбе-
регающих технологий и оптимизацией электроснабжения, а также новые научные
результаты показали, что перспективным является направление, связанное с интег-
ральной интеллектуализацией комплекса процедур оперативного и стратегического
управления быстропротекающими технологическими процессами энергоснабжения
и электропотребления [3, 4]. Это подтверждается широким применением в совре-
менной электроэнергетике перспективных SMART Grid-технологий, которые бази-
руются на модели интеллектуальных электрических сетей [1, 3]. В основе синтеза
моделей находится ряд принципов, таких как саморегуляция, самовосстановле-
Международный научно-технический журнал
«Проблемы управления и информатики», 2017, № 1 105
ние, единое информационное пространство первичных данных, сформированных
с общесистемных позиций, что в совокупности и представляет анализирующую,
самоконтролируемую и отчетную технологию в условиях рынка. Создание интел-
лектуальных сетей электроснабжения железных дорог предусматривает, в первую
очередь, проведение широкого спектра научных исследований и поиск новых пу-
тей синтеза математических моделей, которые адекватно отражают топологию
энергосистемы и архитектуру компьютерной сети управления электроснабжени-
ем, методов и компьютерно-ориентированных алгоритмов управления энергоси-
стемами, а также перспективных решений в области организации современных
компьютерных архитектур оперативного и стратегического управления на основе
сетевых и информационных технологий. Доминирующей функцией организован-
ных подобным образом сетей электроснабжения является накопление новых зна-
ний о штатных, нормальных и аварийных режимах функционирования, что от-
крывает широкий спектр возможностей для резкого повышения эффективности
электросетей с точки зрения энергосбережения, надежности, качества поставки
электроэнергии, а также реализации интегральной коммерческой тарификации,
включая минимизацию общесистемных затрат.
Рассмотрим нерешенные ранее аспекты общей проблемы. Благодаря стреми-
тельному развитию интегральных технологий изготовления сверхбольших инте-
гральных схем, микропроцессоров и компьютерных контроллеров проблеме органи-
зации интеллектуальных систем снабжения электроэнергией железнодорожного
транспорта в научной и технической литературе уделяется достаточно много внима-
ния. Заметим, что достижение максимального уровня интеллектуализации тяговых
электрических сетей возможно только благодаря организации глубокой взаимной ин-
теграции топологии электросетевой инфраструктуры и архитектуры компьютерной
среды управления поставкой электроэнергии [5, 6]. Следовательно, комплекс срочных
задач требует разработки методов синтеза нового класса математических моделей,
адекватных топологическим особенностям электрической инфраструктуры. Восполь-
зовавшись сформированными математическими моделями для синтеза интеллекту-
альных систем электроснабжения на тягу, получим качественно новое взаимодей-
ствие топологии и архитектуры электросети и компьютерной среды соответственно.
Организованная таким образом архитектура распределенной компьютерной сети
адекватно отражает структурные особенности системы электроснабжения. Можно
предположить, что высокой эффективности функционирования интеллектуальных
электрических сетей можно достичь в том случае, когда характеристики компьютер-
ной среды будут соответствовать требованиям соответствующих критериев в процес-
се оперативного управления электроснабжением. В то же время можно акцентировать
внимание на том, что в нерешенной части проблемы инновационного преобразования
тяговых электрических сетей железнодорожного транспорта недостаточно внимания
уделено созданию математических моделей и методов анализа и оценки параметров
распределенной компьютерной среды оперативного управления быстропротекающи-
ми технологическими процессами электроснабжения.
Цель публикации — с помощью теории дифференциальных преобразований
разработать методы синтеза математических моделей распределенных компью-
терных архитектур всережимной системы управления электроснабжением на
уровне тяговых подстанций для анализа режимов функционирования вычисли-
тельных сетей и определение совокупности их характеристик.
Распределенные электрические сети железнодорожного транспорта, в отличие
от общих систем электроснабжения, имеют ряд особенностей, в первую очередь
значительные «подвижные» нагрузки при организации перевозочного процесса.
Режимы питания тяговых электросетей, в связи с их спецификой, устанавливаются
только между фазами )()( tUtU ca или ),()( tUtU cb что вызывает существен-
106 ISSN 0572-2691
ную несимметрию напряжения и ее несинусоидальность. Совокупность подобных
факторов негативно влияет на функционирование систем железнодорожной авто-
матики, защиту и уровень безопасности пассажирских и грузовых перевозок. Ба-
зовым уровнем распределенной иерархической системы электроснабжения же-
лезных дорог является уровень тяговых подстанций как основы проведения опти-
мизации процедур электропотребления, минимизации общесистемных затрат и
надежности электроснабжения. Проведение подобного комплекса работ требует
системных исследований для создания новой модели управления на основе орга-
низации распределенной архитектуры компьютерной среды, что адекватно отра-
жает топологию тяговой подстанции, ориентированной на всережимное управле-
ние электроэнергетическими процессами.
На рис. 1 приведена схема реализации локальной вычислительной сети
управления быстропротекающими технологическими процессами электроснабже-
ния на уровне тяговых подстанций как основа создания современных информаци-
онных, сетевых и энергосберегающих технологий на железнодорожном транспор-
те. В то же время, как показывают результаты исследований, для эффективного
проведения общесистемного мониторинга параметров режимов тяговых систем
очень важно определить способности компьютерных архитектур управления
электрическими сетями тяговых подстанций в реальном времени. Дополнитель-
ные исследования требуют разработки новых математических моделей и методов.
Для организации методов и соответствующих критериев представим локальную
вычислительную сеть управления электропотреблением на уровне тяговой под-
станции (рис. 1) в виде графа приведенного на рис. 2, топология которого адек-
ватно отражает архитектуру вычислительной локальной сети.
Компьютерная система
коммерческого учета
электроэнергии
Центральный сервер
тяговой подстанции
Аварийной и
коммерческой
информации
Микропроцессорные
системы мониторинга
диэлектрических
параметров силовых
трансформаторов.
Микропроцессорная
система
высоковольтных
выключателей.
Микропроцессорные системы
мониторинга контактной сети
ЭРП, СЦБ
Шифрованный
радиоканал
Узел
доступа БД
Нешифрований
радиоканал
Микропроцессорная система сбора
информации. Релейная и
микропроцессорная защита.
SSL сервер
УРОВЕНЬ ТЯГОВОЙ
ПОДСТАНЦИИ
Оптоволокно
Узел обмена
информацией
Витая пара
Узел организации единой
информационной среды
Узел
интеллектуальной
обработки
информации
Общая шина
Витая пара
Витая пара
Витая пара
Сервер опроса
Рис. 1
Граф логической архитектуры локальной компьютерной сети включает два типа
топологий: звезду и круг. Фрагмент топологии типа звезда включает совокупность
узлов, таких как узел φ0(t), что представляет собой центральный сервер компью-
терной сети тяговой подстанции; узел φ1(t) — организация единой информацион-
ной среды первичной информации и ведение базы данных; узел φ2(t) — обмен
информацией в рамках корпоративной компьютерной сети управления электро-
снабжением железной дороги; узел φ3(t) — обмен информацией по системе
Internet; узел φ4(t) представляет собой сервер оперативного управления и ведения
комплекса автоматизированных рабочих мест управления электроснабжением,
Международный научно-технический журнал
«Проблемы управления и информатики», 2017, № 1 107
мониторинг тяговых трансформаторов, высоковольтных выключателей и силово-
го оборудования, узел φ5(t) — организация в процессе работы микропроцессор-
ной и релейной защиты тяговой электросети. Сегмент топологии графа типа круг
включает ряд вышерассмотренных общих узлов: φ0(t) φ1(t) φ2(t) φ3(t) φ4(t) φ5(t),
а также узел φ6(t) — организация коммерческого учета электроэнергии по ком-
мерческим тарифам дифференцированным по зонам суток, φ7(t) — мониторинг
параметров режимов тяговых сетей электроснабжения, φ8(t) — интеллектуальная
обработка коммерческой и технологической информации. Кроме того, в рассмат-
риваемую топологию входит узел φ9(t) — распределение локальной сети управле-
ния электропотреблением дистанции электроснабжения железной дороги и узел
φ10(t) — обмен информацией по Internet с корпоративными компьютерными се-
тями высшего уровня.
)(10 t
)( 010 tP
)( 06 tP )( 07 tP
)( 08 tP
)( 09 tP
)( 02 tP
)( 05 tP
)( 04 tP
)( 03 tP
)(6 t )(7 t
)(9 t
)(8 t
)(2 t
)(1 t )(0 t
)(3 t
)(4 t )(5 t
16
17 18
7
6
19
14
15
13
5
1
0
2
14
9
3
10
4
11
9
3
10
0
14
8
2
8
7
6 13
5
11 1
4
)( 00 tP
Рис. 2
Интенсивность потока заявок в рассматриваемом графе (см. рис. 2) для обмена
информацией между компьютерными компонентами локальной вычислительной сети
тяговой подстанции представим величиной λi(t), а интенсивность потока обслужива-
ния заявок λi(t) — величиной βi(t). Модель локальной вычислительной сети, пред-
ставленной в виде графа, будем анализировать на основе теории массового об-
служивания как систему с ожиданием и ограниченной очередью, а совокупность
потоков λi(t), βi(t), которые протекают в ней, согласно [7], отнесем к классу Пуас-
соновских. Для синтеза математической модели определения вероятностей ),(0 tP
),(1 tP ),(2 tP ),(3 tP ),(4 tP ),(5 tP ),(6 tP ),(7 tP ),(8 tP ),(9 tP )(10 tP и исследования,
а также проведения анализа компьютерной архитектуры локальной сети всере-
жимной системы управления на уровне тяговой подстанции представим граф (см.
рис. 2) в виде системы дифференциальных уравнений Колмогорова с соответ-
ствующими начальными условиями. Использовав необходимую совокупность
правил и формул согласно [7, 8], математическую модель для анализа сетевой ар-
хитектуры запишем в следующем виде:
),()()()()()()(
)(
0143205443322110
0 tPtPtPtPtPtP
dt
tdP
108 ISSN 0572-2691
),()(
)(
1000
1 tPtP
dt
tdP
),()()()()()(
)(
91351121311518501
2 tPtPtPtPtP
dt
tdP
),()()()()()(
)(
1014680239148249
3 tPtPtPtPtP
dt
tdP
),()()()()(
)(
410933903510
4 tPtPtPtP
dt
tdP
),()()()(
)(
),()()()()(
)(
6877738
6
51110441004211
5
tPtPtP
dt
tdP
tPtPtPtP
dt
tdP
(1)
),()()()(
)(
7768667
7 tPtPtP
dt
tdP
),()()()(
)(
8652576
8 tPtPtP
dt
tdP
),()(
)(
913213
9 tPtP
dt
tdP
)()(
)(
1014314
10 tPtP
dt
tdP
с соответствующими начальными условиями: 1)()(...)()()( 109210 tPtPtPtPtP
при ,0t ,1)(0 tP .0)()(...)()( 10921 tPtPtPtP
На основе системы дифференциальных уравнений (1) синтезируем диффе-
ренциальную математическую модель для вычисления, в первую очередь, значе-
ний вероятностей ),(0 tP ),(1 tP ),(2 tP ),(3 tP ),(4 tP ),(5 tP ),(6 tP ),(7 tP ),(8 tP
),(9 tP ),(10 tP используя основы теории дифференциальных преобразований Пу-
хова [8], фундаментальные понятия которой представлены парой математических
зависимостей:
0
)(
!
)(
t
k
i
kk
i
dt
tPd
k
H
kP ).()(
0
kP
H
t
tP i
kk
k
i
(2)
Здесь )(tPi — первоначальная функция аргумента ,t которую можно n раз диф-
ференцировать и которая имеет ряд соответствующих ограничений, включая свои
производные; )(kPi — дифференциальное Т-изображение первоначальной функ-
ции );(tPi H — масштабный коэффициент, размерность которого совпадает с
размерностью аргумента t, как правило, выбирается из условия Ht 0 на всем
диапазоне функции-оригинала, ),(tPi — символ соответствия между функцией-
оригиналом )(tPi и его дифференциальным T-изображением ).(kPi Благодаря
прямому дифференциальному преобразованию, что находится слева от символа,
формируется дифференцированное Т-изображение функции-оригинала )(tPi в виде
Международный научно-технический журнал
«Проблемы управления и информатики», 2017, № 1 109
дискретной функции )(tPi целочисленного аргумента (k0, 1, 2, ...). На основе
совокупности значений Т-дискрет функции целочисленного аргумента ),(kPi
k0, 1, 2, ..., использовав обратное дифференциальное преобразование, что нахо-
дится справа от символа , можно получить функцию-оригинал ).(tPi Заметим,
что при k0 согласно (2) для любого мгновенного значения t каждого i-го па-
раметра )(tPi выполняется соответствующее равенство ).()( kPtP ii Использовав
прямое дифференциальное преобразование ,
)(
!
)(
0
t
k
i
kk
i
dt
tPd
k
H
kP синтезируем
дифференциальную математическую модель, ориентированную на исследование
параметров сетевой вычислительной архитектуры, что можно записать так:
)],()()()()()([
1
)1( 0154433221100 kPkPkPkPkPkP
k
H
kP
)],()([
1
)1( 10001 kPkP
k
H
kP
)],()()()()([
1
)1( 9135112285012 kPkPkPkPkP
k
H
kP
)],()()()()([
1
)1( 1014680233493 kPkPkPkPkP
k
H
kP
)],()()()([
1
)1( 4439035104 kPkPkPkP
k
H
kP
)],()()()([
1
)1( 55410042115 kPkPkPkP
k
H
kP
)]()()([
1
)1( 6677386 kPkPkP
k
H
kP
,
)],()()([
1
)1( 7786677 kPkPkP
k
H
kP
)],()()([
1
)1( 8825768 kPkPkP
k
H
kP
)],()([
1
)1( 9132139 kPkP
k
H
kP
)],()([
1
)1( 101431410 kPkP
k
H
kP
где );( 143201 );( 1311512 );( 914823
);( 10934 );( 111045 ;876 );( 767 ).( 658
Начальные условия при ,0t 0k представляем соответственно )0(0 tP
1)0(0 P , .0)0()0( ii PtP
Математическая модель (3) базовая для формирования в аналитическом виде
значений вероятностей ),(0 tP ),(1 tP ),(2 tP ),(3 tP ),(4 tP ),(5 tP ),(6 tP ),(7 tP ),(8 tP
),(9 tP )(10 tP состояния узлов компьютерной сети тяговой подстанции. Реали-
110 ISSN 0572-2691
зуем подстановку начальных условий ,1)0()0( 00 PtP ,0)0()0( ii PtP
,0t ,0k ,10...,,2,1i в дифференциальную математическую модель (3) и при
0k получим спектр дискрет: в виде ;)1( 10 HP ;)1( 01 HP ;)1( 12 HP
;)1( 23 HP ;)1( 34 HP ;)1( 45 HP ;0)1(6 P ;0)1(7 P ;0)1(8 P ;0)1(9 P
.0)1(10 P Далее, реализовав подстановку полученных значений Т-дискрет
HP 10 )1( , … 0)1(10 P в модель (3), при ,1k получим следующую сово-
купность дискрет: )(
2
)2( 2
14433221100
2
0
H
P ,
),(
2
)2( 01
0
2
1
H
P )],([
2
)2( 211114
2
2
H
P
)],([
2
)2( 31239
2
3
H
P ],)([
2
)2( 92413410
2
4
H
P
],)([
2
)2( 103514111
2
5
H
P ,
2
)2( 28
2
6
H
P ,0)2(7 P
,
2
)2( 51
2
8
H
P ,
2
)2( 131
2
9
H
P .
2
)2( 214
2
10
H
P
Подставив полученную совокупность дискрет ),0(iP ),1(iP ),1(iP ,10...,,2,1i
в обратное дифференциальное преобразование )()(
0
kP
H
t
tP i
kk
k
i
математи-
ческой зависимости (2), получим значения вероятностей ),(0 tP ),(1 tP ),(2 tP ),(3 tP
),(4 tP ),(5 tP ),(6 tP ),(7 tP ),(8 tP ),(9 tP )(10 tP в аналитическом виде:
,
2
)(1)(
2
2
1443322110010
t
ttP
,
2
)()(
2
01001
t
ttP ,
2
)]([)(
2
21111412
t
ttP
,
2
)]([)(
2
3123923
t
ttP ,
2
])([)(
2
9241341034
t
ttP
,
2
])([)(
2
10361411145
t
ttP ,
2
)(
2
286
t
tP
,
!3
)()(
3
5162877
t
tP ,
2
)(
2
518
t
tP ,
2
)(
2
1319
t
tP .
2
)(
2
21410
t
tP
В выражении (4), для формирования аналитической зависимости )(7 tP ис-
пользуем дополнительно дискрету ),(
!3
)3( 516287
3
7
H
P вычисленную
при k 2.
С помощью полученной совокупности значений вероятностей ),(0 tP ),(1 tP
),(2 tP ),(3 tP ),(4 tP ),(5 tP ),(6 tP ),(7 tP ),(8 tP ),(9 tP )(10 tP узлов графа (см. рис. 2),
представленных в аналитическом виде согласно (4), сформируем математические
модели определения набора показателей, характеризующих компьютерную сеть
Международный научно-технический журнал
«Проблемы управления и информатики», 2017, № 1 111
управления электроснабжением на уровне тяговой подстанции. Будем считать,
что с вероятностью )(0 tP принят и соответственно обслужен поток заявок ),(0 t
),(1 t ),(2 t ),(3 t )(4 t центральным сервером φ0(t) компьютерной сети тяго-
вой подстанции. Если одна или несколько заявок потока ),(0 t ),(1 t ),(2 t
),(3 t ),(4 t поступающих на центральный сервер ),(0 t получат отказ, то веро-
ятность отказа )(tQ будет представлять собой дополнение )(0 tP к единице т.е.
.
2
)()(1)(
2
2
14434231100100
t
ttPtQ
Пропускные возможности )(0 tG центрального процессора )(0 t запишем
в виде аналитического выражения
)())(1)(()( 00 ttQttG mm
,
2
)]()(1[
2
2
144342311001
t
t
)},({max)( tt iim .4,3,2,1,0i
Среднее число заявок ),(0 tR которые обрабатываются в локальной компью-
терной сети, представлено в следующем виде:
,
)(
2
)](1)[(
)(
)(
)(
2
2
144342311001
0
0
t
t
tt
t
tG
tR
m
m
m
)},({max)( tt iim .4,3,2,1,0i
В процессе управления электроснабжением, включая процедуры обмена дан-
ными, очень важно определить возможности узла ),(2 t ориентированного на
выполнение функций обмена информацией в рамках корпоративной компьютер-
ной сети управления электроснабжением железной дороги. Вероятность обслужи-
вания заявок ),(1 t ),(5 t ),(11 t )(15 t в соответствии с (4) представим в анали-
тическом виде как ,
2
)]([)(
2
21111412
t
ttP а вероятность )(2 tQ отка-
за обслуживания запишем
.
2
)]([1)(1)(
2
211114122
t
ttPtQ
Пропускную способность )(2 tG и среднее число заявок )(2 tR запишем
,
2
))](()[()](1)[()(
2
211114122
t
tttQttG mm
)},({max)( tt iim
,
)(
2
))](()()[(
)(
)(
)(
2
2111141
2
2
t
t
tt
t
tG
tR
m
m
m
)},({max)( tt iim .15,11,5,1i
112 ISSN 0572-2691
Аналогично можно определить набор характеристик для каждого из узлов φ1 (t),
φ3(t) φ4(t) φ5(t), φ6(t), φ7(t), φ8(t), φ9(t), φ10(t) локальной компьютерной сети управ-
ления электроснабжением, а также для сети в целом.
Заключение
Результаты анализа функционирования электросетей железнодорожного транс-
порта показали, что решение комплексной проблемы оптимизации электропо-
требления, формирования современных энергосберегающих технологий и улуч-
шение безопасности движения при минимальных инвестиционных составляющих
возможно за счет интеллектуализации быстропротекающих технологических про-
цессов электроснабжения. Для научного поиска необходимо создавать математи-
ческие модели и компьютерно-ориентированные методы управления электро-
снабжением и на их основе современные сетевые и энергосберегающие техноло-
гии. Такой подход требует комплексных дополнительных исследований в области
моделирования, синтеза современных компьютерных архитектур управления элек-
троснабжением и математических моделей и критериев их оценки.
С помощью современных концептуальных подходов организации интеллек-
туальных систем электроснабжения на тягу и новых принципов организации вы-
числительных архитектур разработана компьютерная сеть управления электро-
снабжением на уровне тяговых подстанций железных дорог, которая адекватно
отображает ее топологию и граф вычислительной сети для синтеза математиче-
ских моделей и методов исследования характеристик, а также глубины взаимной
интеграции, электросетевой инфраструктуры и компьютерной архитектуры тяго-
вой подстанции.
На основе теории дифференциальных преобразований предложена мате-
матическая модель компьютерной архитектуры управления электроснабжени-
ем на уровне тяговых подстанций и методы определения в аналитическом ви-
де, совокупности значений вероятностей состояний узлов графа компьютер-
ной сети. На их базе приведен ряд критериев определения показателей
возможности компьютерной сети управления таких как пропускная способ-
ность узлов, среднее число заявок, обрабатываемых в сети, количество отказов
заявок на обслуживание и др.
О.І. Стасюк, Л.Л. Гончарова
МАТЕМАТИЧНІ МОДЕЛІ І МЕТОДИ
АНАЛІЗУ КОМП’ЮТЕРНИХ МЕРЕЖ
КЕРУВАННЯ ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯМ
ТЯГОВИХ ПІДСТАНЦІЙ ЗАЛІЗНИЦЬ
Аналіз еволюції електромереж залізниць показав, що розв’язання комплексної
проблеми оптимізації електроспоживання і покращення безпеки руху можливо
шляхом інтелектуалізації процесів електропостачанням. Запропоновано обчис-
лювальну мережу керування електропостачання на рівні тягових підстанцій,
яка адекватно відображає її топологію і граф мережі. На основі диференцій-
них перетворень розроблено математичну модель комп’ютерної архітектури
керування електропостачанням тягових підстанцій, а також методи визначен-
ня в аналітичному вигляді сукупності значень ймовірностей станів вузлів
графа комп’ютерної мережі і критерії обчислення таких показників: пропуск-
на можливість вузлів, середнє число заявок, що обробляються, та кількість
відмов заявок на обслуговування.
Международный научно-технический журнал
«Проблемы управления и информатики», 2017, № 1 113
A.I. Stasyuk, L.L. Goncharova
MATHEMATICAL MODELS AND METHODS
OF THE ANALYSIS OF COMPUTER
NETWORKS CONTROL OF POWER SUPPLY
OF RAILWAYS TRACTION SUBSTATIONS
The analysis of the evolution of power supply networks of railways showed that the
solution of complex optimization problems of power consumption and improvement
of railway traffic safety is possible due to intellectualization of electric power supply
processes. The computer network of power supply control at the level of traction sub-
stations, which adequately displays its topology and the graph of network are offered.
On the basis of differential transformations a mathematical model of computer architec-
ture control of traction substations power supply is developed as well as the methods
of determining in analytical form the set of probability values of the state of the
graph nodes of computer network and criteria for calculating such indicators:
throughput of the nodes, the average number of applications that are processed, and
the number of failures of service calls.
1. Стасюк А.И., Гончарова Л.Л., Максимчук В.Ф. Методы организации интеллектуальных
электрических сетей железных дорог на основе концепции SMART Grid // Информацион-
но-управляющие системы на железнодорожном транспорте. — 2014. — № 2. — С. 29–37.
2. Стасюк А.И., Гончарова Л.Л. Математические модели и методы организации интеллекту-
альных сетей поставки электроэнергии на тягу железнодорожного транспорта // Там же. —
2015. — № 3. — С. 25–31.
3. Стасюк А.И., Гончарова Л.Л. Математические модели компьютерной интеллектуализации
технологий синхронных векторных измерений параметров электрических сетей // Киберне-
тика и системный анализ. — 2016. — № 3. — С. 43–49.
4. Буткевич А.Ф., Левконюк А.В., Стасюк А.И. Повышение надежности мониторинга допу-
стимости загрузки контролируемых сечений энергосистем // Техническая электродинами-
ка. — 2014. — № 2. — С. 56–67.
5. Carter A. M, et. al. The application of wide area monitoring to the GB transmission system to fa-
cilitate large-scale integration of renewable generation, Cigre C2-112, Paris 2010.
6. Arango O. J. et. al. Low frequency oscillations in the colombian power system — Identification
and Remedial Actions, Cigre C2-105, Paris 2010.
7. Венцель Е.С. Исследование операций. — М. : Сов. радио, 1972. — 551 с.
8. Пухов Г.Е. Преобразования Тейлора и их применение в электротехнике и электронике. —
Киев : Наук. думка, 1978. — 259 с.
Получено 06.06.2016
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-208440 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0572-2691 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:43:43Z |
| publishDate | 2017 |
| publisher | Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Стасюк, А.И. Гончарова, Л.Л. 2025-10-29T18:13:48Z 2017 Математические модели и методы анализа компьютерных сетей управления электроснабжением тяговых подстанций железных дорог / А.И. Стасюк, Л.Л. Гончарова // Проблемы управления и информатики. — 2017. — № 1. — С. 104-113. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 0572-2691 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/208440 621.311 10.1615/JAutomatInfScien.v49.i2.50 Аналіз еволюції електромереж залізниць показав, що розв’язання комплексної проблеми оптимізації електроспоживання і покращення безпеки руху можливо шляхом інтелектуалізації процесів електропостачанням. Запропоновано обчислювальну мережу керування електропостачання на рівні тягових підстанцій, яка адекватно відображає її топологію і граф мережі. На основі диференційних перетворень розроблено математичну модель комп’ютерної архітектури керування електропостачанням тягових підстанцій, а також методи визначення в аналітичному вигляді сукупності значень ймовірностей станів вузлів графа комп’ютерної мережі і критерії обчислення таких показників: пропускна можливість вузлів, середнє число заявок, що обробляються, та кількість відмов заявок на обслуговування. The analysis of the evolution of power supply networks of railways showed that the solution of complex optimization problems of power consumption and improvement of railway traffic safety is possible due to intellectualization of electric power supply processes. The computer network of power supply control at the level of traction substations, which adequately displays its topology and the graph of network are offered. On the basis of differential transformations a mathematical model of computer architecture control of traction substations power supply is developed as well as the methods of determining in analytical form the set of probability values of the state of the graph nodes of computer network and criteria for calculating such indicators: throughput of the nodes, the average number of applications that are processed, and the number of failures of service calls. ru Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України Проблемы управления и информатики Управление физическими объектами и техническими системами Математические модели и методы анализа компьютерных сетей управления электроснабжением тяговых подстанций железных дорог Математичні моделі і методи аналізу комп’ютерних мереж керування електропостачанням тягових підстанцій залізниць Mathematical models and methods of the analysis of computer networks control of power supply of railways traction substations Article published earlier |
| spellingShingle | Математические модели и методы анализа компьютерных сетей управления электроснабжением тяговых подстанций железных дорог Стасюк, А.И. Гончарова, Л.Л. Управление физическими объектами и техническими системами |
| title | Математические модели и методы анализа компьютерных сетей управления электроснабжением тяговых подстанций железных дорог |
| title_alt | Математичні моделі і методи аналізу комп’ютерних мереж керування електропостачанням тягових підстанцій залізниць Mathematical models and methods of the analysis of computer networks control of power supply of railways traction substations |
| title_full | Математические модели и методы анализа компьютерных сетей управления электроснабжением тяговых подстанций железных дорог |
| title_fullStr | Математические модели и методы анализа компьютерных сетей управления электроснабжением тяговых подстанций железных дорог |
| title_full_unstemmed | Математические модели и методы анализа компьютерных сетей управления электроснабжением тяговых подстанций железных дорог |
| title_short | Математические модели и методы анализа компьютерных сетей управления электроснабжением тяговых подстанций железных дорог |
| title_sort | математические модели и методы анализа компьютерных сетей управления электроснабжением тяговых подстанций железных дорог |
| topic | Управление физическими объектами и техническими системами |
| topic_facet | Управление физическими объектами и техническими системами |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/208440 |
| work_keys_str_mv | AT stasûkai matematičeskiemodeliimetodyanalizakompʹûternyhseteiupravleniâélektrosnabženiemtâgovyhpodstanciiželeznyhdorog AT gončarovall matematičeskiemodeliimetodyanalizakompʹûternyhseteiupravleniâélektrosnabženiemtâgovyhpodstanciiželeznyhdorog AT stasûkai matematičnímodelíímetodianalízukompûternihmerežkeruvannâelektropostačannâmtâgovihpídstancíizalíznicʹ AT gončarovall matematičnímodelíímetodianalízukompûternihmerežkeruvannâelektropostačannâmtâgovihpídstancíizalíznicʹ AT stasûkai mathematicalmodelsandmethodsoftheanalysisofcomputernetworkscontrolofpowersupplyofrailwaystractionsubstations AT gončarovall mathematicalmodelsandmethodsoftheanalysisofcomputernetworkscontrolofpowersupplyofrailwaystractionsubstations |