автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Управление электромагнитной обстановкой в тяговых сетях на основе методов системного анализа и имитационного моделирования

На правах рукописи

Буякова Наталья Васильевна

УПРАВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ОБСТАНОВКОЙ В ТЯГОВЫХ СЕТЯХ НА ОСНОВЕ МЕТОДОВ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА И ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

Специальность 05.13.01 - системный анализ, управление и обработка информации (промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

5 ДПР ¿0:2

Иркутск-2012

005020351

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО НИ «Иркутский государственный технический университет» и ФГБОУ ВПО «Иркутский государственный университет путей сообщения»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Крюков Андрей Васильевич

Официальные оппоненты: Алпатов Юрий Никифорович - д.т.н., профессор,

ФГБОУ ВПО «Братский государственный университет», заведующий кафедрой «Информатика и прикладная математика»

Суворов Иван Флегонтович - д.т.н., профессор, ФГБОУ ВПО «Забайкальский государственный университет», профессор кафедры «Электроэнергетики и электротехники»

Ведущая организация: Институт систем энергетики им. Л.А. Мелентьева СО РАН, 664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова, д. 130.

Защита диссертации состоится 18 апреля 2012 г. в 10-00 часов на заседании диссертационного совета Д 218.004.01 при ФГБОУ ВПО «Иркутский государственный университет путей сообщения» (ИрГУПС) по адресу: 664074, г. Иркутск, ул. Чернышевского, 15, ауд. А-803.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Иркутского государственного университета путей сообщения.

Автореферат разослан 15 марта 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор

И.И. Тихий

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Увеличение масс поездов и скоростей их движения приводит к росту тяговых нагрузок, сопровождающемуся усложнением электромагнитной обстановки (ЭМО), под которой понимается совокупность электромагнитных процессов в выделенной области пространства. Основными характеристиками этих процессов являются напряженности электрического и магнитного полей (ЭМП). Тяговые сети (ТС) переменного тока магистральных железных дорог могут создавать значительные ЭМП. В ряде случаев, особенно при прохождении дороги по селитебной территории, уровни напряженности этих полей могут превосходить допустимые нормы. Не менее жесткое воздействие на окружающую среду могут оказывать ТС промышленного транспорта В непрерывно меняющихся эксплуатационных условиях затруднительно получать экспериментальные данные, отвечающие максимальным уровням напряженностей ЭМП, поэтому анализ ЭМО в системах тягового электроснабжения (СТЭ) рекомендуется выполнять на основе математического моделирования. Расчеты ЭМП традиционно проводятся с привлечением численных методов, основанных на первой группе формул Максвелла, конформных преобразованиях, конечных разностях. Практическое применение таких методов требует значительных трудозатрат, связанных со сложной подготовкой исходных данных, а также необходимостью освоения специализированных компьютерных программ.

Значительный вклад в решение проблемы моделирования электроэнергетических систем (ЭЭС) и СТЭ, а также анализа электромагнитной обстановки внесли Аполлонский С.М., Бадер М.П., Бессонов JI.A., Бородулин Б.М., Висящев А.Н., Горский А.Н., Демирчан К.С., Кадомская К.П., Карякин Р.Н., Котельников A.B., Косарев А.Б., Косарев Б.И., Курбацкий В.Г., Мамошин P.P., Марквардт Г.Г., Марквардт К.Г., Марский В.Е., Мирошниченко Р.И., Михайлов М.И., Мисриханов М.Ш., Нейман JI.P., Тер-Оганов Э.В., Шалимов М.Г, Карсон И.Р., Полячек Ф., Блейк Левит Б., Хабигер Э., Шваб А. и их коллеги.

Несмотря на большое число работ, посвященных вопросам анализа ЭМО в системах тягового электроснабжения, остался ряд нерешенных задач, связанных со следующими аспектами:

• учет взаимодействий СТЭ, механической системы движущихся поездов и питающей ЭЭС с возможностью моделирования динамики изменения напряженностей ЭМП;

• учет внешней среды: профиля подстилающей поверхности (выемок, насыпей); проводящих деталей искусственных сооружений железнодорожного транспорта; подвижного состава; протяженных металлических объектов (трубопроводов, кабельных линий с заземленными оболочками, заземленных тросов).

В диссертационной работе анализ электромагнитной обстановки проводился на основе методов системного анализа, а также технологий имитационного моделиро-

вания, предложенных в работах Арбиба М., Бусленко Н.П., Воропая Н.И., Дж. ван Гига, Калашникова В.В., Калмана Р., Квейда Э., Кинга В., Клиланда Д., Коваленко И.Н., Мако Д., Месаровича М., Моисеева H.H., Оптнера C.J1'., Перегудова Ф.И., Советова Б.Я., Тарасенко Ф.П., Такахары И., Фалба Ф., Шеннона Р., Яковлева С.А. и др.

Задача улучшения электромагнитной обстановки является частью более общей проблемы электромагнитной экологии, решать которую предполагается на основе технологий интеллектуальных электрических сетей - smart grid. Поэтому методы анализа и моделирования ЭМО должны учитывать современные технологии активно-адаптивных ЭЭС.

Цель работы состоит в разработке на основе системного подхода методов моделирования и анализа электромагнитной обстановки (ЭМО) в тяговых сетях железных дорог, а также в создании системы управления ЭМО на объектах транспорта. Для реализации этой цели необходимо решить следующие задачи:

• разработать метод моделирования электромагнитных полей в тяговых сетях железных дорог и на этой основе формализовать задачу анализа ЭМО на объектах транспорта;

• предложить методику определения активной плотности потока энергии в окрестностях многопроводной тяговой сети и формализовать задачу определения интенсивности электромагнитного воздействия СТЭ на окружающую среду;

• предложить методику анализа динамики изменения напряженностей электромагнитного поля в СТЭ, вызванной движением поездов;

• разработать методики учета внешней среды: профиля подстилающей поверхности, подвижного состава, деталей искусственных сооружений и других проводящих объектов, влияющих на картину распределения ЭМП в пространстве;

• разработать комплекс технических решений по улучшению ЭМО на объектах железнодорожного транспорта и сформировать систему управления электромагнитной обстановкой в тяговых сетях.

Объект исследований. Система тягового электроснабжения железной дороги переменного тока, активно взаимодействующая с питающей ЭЭС и внешней средой.

Предмет исследований. Электромагнитная обстановка в тяговых сетях, определяемая с учетом взаимодействия СТЭ, ЭЭС и внешней среды.

Исследование ЭМО осуществлялось на основе методов системного анализа с использованием аппарата теории функций многих переменных и алгоритмов решения систем нелинейных уравнений большой размерности. Вычислительные эксперименты проводились на основе разработанного в ИрГУПСе комплекса программ Fazonord, который был модернизирован путем реализации дополнительных модулей для определения напряженностей ЭМП и активной плотности потока энергии в окрестностях многопроводной ТС.

Научную новизну работы составляют и на защиту выносятся следующие положения:

1. Формализована задача анализа электромагнитной обстановки на основе разработанного метода моделирования электромагнитных полей в тяговых сетях железных дорог, отличающегося возможностью учета всех свойств и характеристик сложной СТЭ и питающей ЭЭС.

2. Формализована задача определения интенсивности электромагнитного воздействия СТЭ на окружающую среду, отличительная особенность, которой состоит в использовании оригинальной методики определения активной плотности потока энергии в окрестностях тяговой сети.

3. Предложен новый метод анализа динамики изменения напряженностсй ЭМП в СТЭ, вызванной движением поездов, основанный на использовании фазных координат; разработана методика учета внешней среды, отличительная особенность, которой, состоит в моделировании проводящих объектов набором тонких заземленных проводов.

4. Разработано специальное математическое и программное обеспечение для анализа электромагнитной обстановки в системах тягового электроснабжения и формирования управляющих воздействий по ее улучшению.

5. Предложена система управления электромагнитной обстановкой на объектах железнодорожного транспорта, отличающаяся комплексным использованием организационных, режимных и технических мероприятий, направленных на оптимизацию ЭМО.

Достоверность полученных результатов подтверждена сравнением с аналитическими расчетами (в сопоставимых случаях), а также с результатами натурных экспериментов на реальных объектах.

Практическая значимость научных результатов диссертации состоит в решении следующих актуальных практических задач, связанных с улучшением электромагнитной обстановки в СТЭ:

• рациональный выбор технических решений по улучшению электромагнитной обстановки на объектах магистральных железных дорог, а также вдоль трасс железных дорог промышленного транспорта;

• управление электромагнитной обстановкой в ЭЭС и системах тягового электроснабжения.

Реализация результатов работы. Результаты компьютерного моделирования реальных СТЭ, практические рекомендации по повышению электромагнитной безопасности переданы в Ангарский филиал ЗАО «Инспекторат Р», ООО "Энергострой-консалт", а также в научно-технический центр «Параметр». Материалы диссертации используются в учебном процессе на кафедрах: «Электроснабжение железнодорожного транспорта» ИрГУПС, «Электроснабжение и электротехника» ИрГТУ, «Автоматизация и электроснабжение промышленных предприятий» АГТА.

Апробация работы. Научные результаты, полученные в диссертации, докладывались и обсуждались на следующих конференциях: научно-практической конфе-

ренции «Безопасность регионов - основа устойчивого развития», Иркутск, 28 сентяб-ря-1 октября 2009 г.; 15-й международной научно-практической конференции «Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири (СИБРЕСУРС-15-2009)», Иркутск, 5-7 октября 2009 г.; межвузовской научно-практической конференции «Транспортная инфраструктура Сибирского региона», Иркутск, 12-15 октября 2009 г.; всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Повышение эффективности производства и использования энергии в условиях Сибири», Иркутск, 26-30 апреля 2010 г.; научно-практической конференции АГТА, Ангарск, 13 мая 2010 г.; 4-й международной научно-практической конференции «Электрификация транспорта» -ТРАНСЭЛЕКТРО-2010, АР Крым, п. Мисхор, 27-30 сентября 2010 г.; IV Всероссийской конференции с международным участием «Винеровские чтения», Иркутск, 9-14 марта 2011 г.; всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Повышение эффективности производства и использования энергии в условиях Сибири», Иркутск, 26-30 апреля 2011 г.; II межвузовской научно-практической конференции «Транспортная инфраструктура Сибирского региона», Иркутск, 17 мая 2011 г.; XVI Байкальской всероссийской конференции с международным участием "Информационные и математические технологии в науке и управлении», Иркутск, 110 июля 2011 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 печатных работ, в том числе шесть статей в рецензируемых журналах, включенных в список ВАК. На основании результатов исследований издана одна монография. В работах с соавторами соискателю принадлежит от 30 до 75% результатов. Положения, составляющие новизну и выносимые на защиту, получены лично автором.

Структура и объём работы. Диссертация включает введение, четыре главы основного текста, заключение, библиографический список из 115 наименований и приложения с материалами о внедрении результатов диссертационных исследований. Общий объем диссертации 143 страницы, в тексте содержится 140 рисунков и 10 таблиц. В приложении приведены акты о внедрении.

Работа выполнена в рамках плана научных исследований по направлению «Интеллектуальные сети (Smart Grid) для эффективной энергетической системы будущего», проводимых под руководством ведущих ученых в российских образовательных учреждениях высшего профессионального образования в соответствии с Постановлением Правительства РФ № 220 от 09.04.2010 г. Договор № 11.G34.31.0044 от 27.10.2011.

При работе над диссертацией автор пользовался научными консультациями доктора техн. наук, профессора ЗакарюкинаВ.П.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность исследований, направленных на создание математических моделей и методов, обеспечивающих реализацию системного подхода к анализу электромагнитной обстановки на магистральных железных дорогах и объектах промышленного транспорта. Сформулированы цель и основные задачи диссертационного исследования, определена научная и практическая ценность работы. Приведено описание содержания диссертации.

Отмечается, что разработанные в ИрГУПСе методы и средства моделирования ЭЭС и СТЭ в фазных координатах позволяют провести при определении режимов одновременные расчеты напряженностей ЭМП, создаваемых тяговыми сетями со сложной структурой, большим числом контактных подвесок и смежных линий электропередачи. При этом анализируемая тяговая сеть рассматривается в неразрывной связи с ЭЭС или СТЭ. Одновременный расчет режима ЭЭС (СТЭ) и создаваемых ЭМП позволяет реализовать новый, системный подход к анализу электромагнитной обстановки. Его отличительной особенностью является возможность моделирования ЭМП с учетом всех свойств и характеристик СТЭ и питающей ЭЭС. Преимущества предлагаемого метода состоят, во-первых, в возможности имитационного моделирования движения поездов в анализируемой СТЭ и определения динамики изменения напряженностей ЭМП во времени, а во-вторых, в корректном учете насыпей, выемок, вагонов и цистерн набором заземленных проводов. Особенности предлагаемой методики представлены на рис. 1.

В первой главе описана методика анализа электромагнитной обстановки в тяговых сетях железных дорог, основанная на применении разработанных в ИрГУПСе методов и средств определения синусоидальных режимов в фазных координатах.

Система тягового

электроснабжения магистральной железной дороги является нелинейным динамическим объектом, для описания которого может быть использована следующая модель:

^ = Ф(Х,УЛСД (1)

Л v

где X - и-мерпый вектор параметров, характеризующих режим СТЭ; Ф - и-мерная нелинейная вектор-функция; V - т-мерный вектор возмущений; С - /-мерный вектор управлений; 8 -^-мерный вектор, определяющий структуру СТЭ.

Электромагнитная обстановка определяется с учетом взаимодействия сложных систем, рис. 2, к которым относятся:

• объединенная трехфазно-однофазная ЭЭС и СТЭ, характеризуемая вектором состояния X;

•железнодорожная магистраль (ЖДМ), формирующая материальный поток перевозимых грузов М(/);

• внешняя среда (ВС), в рамках задачи анализа ЭМО характеризуемая металлическими конструкциями, оказывающими влияние на ЭМП; к ним можно, в частности, отнести металлически вагоны и цистерны, местоположение которых на станционных путях зависит от

(С

V.W

\ \ ( N

ЖДМ С 13 — ЭМО

/ \ /

М(г>

К'" и

н[х(Лк "(/)] е[Х(№'(/)] п[х(Лк'''(/)1

Рис. 2. Взаимодействие подсистем в задаче анализа ЭМО

вектора М(г); предлагаемая методика анализа ЭМО базируется на моделировании металлических конструкций, а также особенностей профиля подстилающей поверхности наборами тонких заземленных проводов с координатами, входящими в вектор K^f), в общем случае зависящий от времени.

Указанные системы активно взаимодействуют друг с другом. Например, материальный поток М(/) определяет тяговые нагрузки P,{t)+jQ,(t), а уровни напряжений в тяговой сети СТЭ влияют на скорости движения, изменяя тем самым интенсивность потока м(/).

Сложность описанных систем, включающих счетные множества элементов, а также разнообразные, зачастую плохо формализуемые связи между ними, приводит к необходимости использования для исследования ЭМО методов системного анализа. Проведение системных исследований электромагнитной обстановки базируется на следующих принципах.

Принцип приоритета конечной цели предполагает, что моделирование и управление направлено на решение задачи улучшения электромагнитной обстановки. При этом используются ограничительные критерии следующего вида: max Н < ИЛц , max Е < Ем, при (?=> min,

где H = H/tlv[i(i),K(')(/)Kj, Е = Eu,v[ü(/),K(f)(/),Kj - векторы максимумов амплитудных значений напряженности магнитного и электрического полей в контролируемых

точках пространства, окружающего ТС; ¡(г) - вектор токов в проводах ТС, зависящий 6т времени /; и(/) - вектор напряжений в узловых точка* ТС; К(р)(/) - вектор декартовых координат, отвечающих точкам расположения проводов ТС, а также проводов, имитирующих проводящие объекты; К - вектор декартовых координат, отвечающих точкам наблюдения; 3 - затраты на реализацию мероприятий по улучшению ЭМО.

Принцип единства предполагает рассмотрение ЭМО как целостный результат взаимодействия процессов в отдельных подсистемах: ЭЭС, СТЭ, ЖДМ (рис. 2). Напряженности ЭМП определяются параметрами режима объединенной трехфазно-однофазной ЭЭС и СТЭ, которые в свою очередь зависят от текущей структуры сети, электропотребления стационарными потребителями и тяговых нагрузок, определяемых размерами движения поездов.

Разработанные в ИрГУПСе методы моделирования режимов ЭЭС и СТЭ в фазных координатах основаны на представлении линий электропередачи и трансформаторов в виде статических многопроводных элементов (СМЭ), что позволяет реализовать принцип модульности. Каждый СМЭ, представляющий отдельный, неделимый модуль, имеет, в общем случае, п входов и выходов и характеризуется комплексной матрицей проводимостей УШ£, размерностью 2п, где п<г, г - число проводов, образующих СМЭ.

Принцип связности предполагает учет всех значимых связей между подсистемами, а также влияющих свойств и характеристик внешней среды: наличие неодно-родностей рельефа, подземных трубопроводов, подвижного состава. При этом выделяются следующие подсистемы:

- управляющие подразделения в виде регионального диспетчерского управления (РДУ) ЭЭС (системного оператора) и ситуационного центра (СЦ) филиала ОАО «РЖД»;

- объекты инфраструктуры железнодорожной магистрали, совместно с СТЭ обеспечивающие движение поездов (путь, системы сигнализации, централизации, автоблокировки и др.); в результате образуется материальный поток м(/), определяющий величину тяговых нагрузок и динамику их изменения;

- трехфазная электроэнергетическая система;

- однофазная система тягового электроснабжения.

При анализе ЭМО необходимо учитывать факторы внешней среды, оказывающие влияние на уровень напряженностей ЭМП. К таким факторам можно отнести: наличие неоднородностей подстилающей поверхности - выемок, насыпей, скосов; влияние искусственных сооружений ЖД транспорта - мостов, туннелей, галерей; наличие подвижного состава на путях, что особенно актуально при анализе ЭМО на железнодорожных станциях; влияние подземных трубопроводов, проложенных вдоль трассы железнодорожного пути. Учет внешней среды осуществляется на уровне конкретных модулей, в состав которых вводятся заземленные провода, имитирующие, с необходимой степенью дискретности, неровности подстилающей поверхности, детали искусственных сооружений, поверхности металлических вагонов и цистерн.

Принцип иерархичности предполагает учет иерархии подсистем. На верхнем уровне можно позиционировать модели ЭЭС и СТЭ, на нижнем - модели стационарных потребителей ЭЭС и тяговых нагрузок СТЭ. '

Принцип функциональности состоит в том, что каждая подсистема характеризуется структурой и функциями. Структура ЭЭС и СТЭ определяется их схемами, дискретно изменяющимися во времени, вследствии проведения оперативных переключений по командам, поступающим из РДУ и СЦ. Для формального описания порядка соединения СМЭ могут использоваться обобщенные матрицы кнциденций При этом на основании моделей СМЭ в виде матриц УШ£ формируется модель сети

Инфраструктура ЖДМ преобразует информационные потоки в виде, например, графиков движения, в материальный поток м(<) перемещения грузов по железнодорожной магистрали, характеризуемой планом и профилем пути. График движения определяет пространственные координаты каждого поезда; типы локомотивов; координаты раздельных пунктов и времени стоянок. ЭЭС преобразует информацию, например, в виде хронологических графиков нагрузки потребителей Рк{$)+ ./&(')> в энергетические потоки УйДО различной интенсивности. В рамках сформули-

рованного системного исследования, СТЭ можно рассматривать как преобразователь материального и информационного потоков в поток электромагнитной энергии, определяющий электромагнитную обстановку, характеризующуюся напряженностями ЭМП в контролируемых точках пространства.

Принцип развития предполагает возможность учета развития системы. В задаче анализа ЭМО этот принцип реализуется на основе универсальности методики, позволяющей рассматривать тяговую сеть любой конструкции, например, СТЭ повышенного напряжения, практическое использование которых планируется в среднесрочной перспективе.

Принцип децентрализации реализуется при выборе методов и средств управления электромагнитной обстановкой. Технология улучшения ЭМО базируется на сочетании в принимаемых решениях централизации (например, оптимизация графиков движения) и децентрализации (например, использование экранирующих проводов на конкретных участках тяговой сети).

Принцип неопределенности в задаче системного анализа ЭМО реализуется путем рассмотрения не только детерминированных, но и случайных графиков движения поездов. Случайный график формируются путем определения числа и масс поездов на основе статистического моделирования. Другой эффективный способ учета неопределенности состоит в применении методов интервального анализа, принципиальная возможность использования которых в задачах анализа режимов ЭЭС и СТЭ, а, следовательно, и в задачах анализа ЭМО, показана в исследованиях, выполненных в Ир-ГУПСе.

В работе предложена методика проведения системного анализа ЭМО, включающая следующие этапы:

1. Выявление входных и выходных воздействий. В рамках рассматриваемой задачи анализа ЭМО к входным воздействиям можно отнести: управляющие воздействия с(/), поступающие из РДУ и СЦ; материальный поток поездов I\l(r), определяющий тяговые нагрузки в режиме тяги - Рп{')~ jQ„{t) и рекуперации Ргк(')- jQn(t)', потоки активной и реактивной мощности, поступающие в тяговую сеть со стороны питающей электроэнергетической системы PGk(i)+jQc,k(t)-

Выходными параметрами являются значения напряженностей H{t,x,y), E(t,x,y) и активной плотности потоков электромагнитной энергии П0(t,x,y), вычисленные в

контрольных точках пространства, окружающего ТС.

2. Декомпозиция, т.е. выделение подсистем и определение их функций.

В дополнении к представленному на рис. 2 порядку взаимодействия подсистем,

следует отметить наличие информационных потоков, в конечном итоге определяющих параметры вектора X, определяющего ЭМО, а также состояние внешней среды на ЖД станциях в виде подвижного состава, находящегося в рассматриваемый момент времени на станционных путях.

3. Анализ основных процессов и взаимодействия с внешней средой. Материальный поток м(/) определяется в зависимости от конкретных условий детерминированным или случайным графиками движения поездов. Тяговые нагрузки являются однофазными и резко переменными, что требует применения для совместного моделирования режимов ЭЭС и СТЭ фазных координат. Стационарные нагрузки ЭЭС и нетяговых потребителей ЖД транспорта изменяются, как правило, со значительно меньшей интенсивностью. Взаимодействие с внешней средой реализуется путем учета проводящих объектов, которые оказывают влияние на характер распределения ЭМП в пространстве.

4. Формирование представлений о системе как совокупности модулей. Применяя кортежное определение, можно записать

I

где {а} - совокупность элементов СТЭ и ЭСС; {ет} - совокупность связей между элементами; Q - функции элементов. Для автоматизированных СТЭ и ЭЭС современного типа агрегат {а} можно представить в виде

{а}:{А">},{А<"ИА<п>},

где {а(,)}-технические средства; {а(/)} - информационные средства; {а(п)} - прочие элементы.

5. Выявление элементов и связей, важных для целей анализа ЭМО. СТЭ активно взаимодействует с ЭЭС, ЖДМ, что необходимо учитывать при создании математической модели для анализа ЭМО. Тогда можно записать

{a}:U{A<'>}; W:UH,

/•=1 г=1

где {А«} - соответствует элементам ЭЭС, которые необходимо учитывать в математической модели объединенной системы; {а'2'} - совокупность элементов СТЭ; {л(?,)} - элементы ВС, учет которых необходим для адекватного описания процессов изменения ЭМО. Степень полноты представления ЭЭС зависит от условий конкретного объекта, для которого осуществляется анализ ЭМО. Следует отметить необходимость редукции модели ЭЭС на основе использования методов эквивалентирования внешней сети, разработанных в ИрГУПСе.

Символьное описание процессов в СТЭ может быть представлено так:

8„о[х(0] = Х(<),ХеЗГ,<еГ.

При этом процесс 8„о- есть некоторое правило перехода от ситуации со значением времени (0 к ситуации со значением I > /0 через все его промежуточные дискретные значения. Процессу 8„в будет соответствовать отображение множеств

ГхХ-»Х.

Изучение процессов возможно двумя методами: на основе пассивных и активных экспериментов; с помощью компьютерного моделирования.

Первый подход имеет ограниченное применение, ввиду значительных материальных затрат на проведение и обработку результатов измерений и практическую неосуществимость активных экспериментов в реальной СТЭ.

6. Разработка математической модели. Формальное описание модели СТЭ может быть представлено в виде

£(м):{Х,А,В,1,к},Хе9?\Ае9Г,ВеЗГ,<е7\

где X - вектор, характеризующий свойства системы, меняющиеся во времени; В -вектор входных параметров; А - вектор, характеризующий свойства системы неизменные во времени; его образуют структурные параметры, относящиеся, в частности, к подстанциям, контактной сети и ЛЭП; К - правило определения параметров X. В вектор В входят мощности тяговых и нетяговых нагрузок и структурные параметры, отвечающие модели ТС, вариация которой происходит при движении поездов.

Динамический характер моделируемого объекта обусловливает изменение на-пряженностей электрического Е и магнитного Н полей во времени и для объективной оценки электромагнитной обстановки требуется получение зависимостей Ё = Ё(х,у,1) и Я = н(х,у,(). Ввиду значительной сложности, а также недостаточной информационной обеспеченности СТЭ практическое использование модели (1) в настоящее время затруднительно и при моделировании применяют имитационные методы, позволяющие осуществить переход от динамической модели (1) к набору статических схем. Для этого интервал моделирования Тм разбивается на малые промежутки Ы, внутри которых параметры X, в, С и V считаются неизменными. На каждом интервале А1 осуществляется решение нелинейной системы уравнений, описывающей стационарный режим схемы, отвечающей моменту времени :

РКЛ.С^И, (2)

12

где Х^.С,.^ - значения векторов ХДС V для к-ой мгновенной схемы.

После определения режима к-й схемы может быть выполнен расчет напряжен' ностей электромагнитного поля, создаваемого любой иЗ многопроводных тяговых сй-тей или линий электропередачи, входящих в состав моделируемой системы в заданных контрольных точках Ндш,[х,К,К('')} Е,н,[х,К,Кы[ По результатам расчета на-пряженностей ЭМП можно найти активную плотность потока электромагнитной мощности П0, определяющую уровень воздействия ТС на окружающую среду.

Описываемая методика реализована в программном комплексе Рагопогё-Качество. При этом напряженности электромагнитного поля могут быть определены как для отдельного режима, так и для их совокупности, на основе которой может быть получена динамика изменения напряженностей ЭМП во времени НА11Х((),

Е,1НЛ<)> П0(/).

7. Разработка методов управления ЭМО. Возможные методы улучшения ЭМО проанализированы ниже. На основе их классификации с использованием принципа децентрализации предложена система управления ЭМО.

8. Реализация разработанных методов и технологий управления ЭМО. Предлагаемые в диссертации методики анализа и технологии улучшения ЭМО реализованы при решении следующих практических задач:

- уточнение инструкций по технике безопасности при проведении инспекций железнодорожных нефтеналивных цистерн, находящихся в зонах влияния тяговых сетей напряжением 25 кВ; количественная оценка дополнительных погрешностей, вносимых электромагнитными полями ТС на приборы, применяемые при инспекции ЖД цистерн (ЗАО «Инспекторат Р»);

- выработка технических рекомендаций по снижению влияния электромагнитных полей на работу электротехнического оборудования (НТЦ «Параметр»);

- для учета электромагнитного влияния линии продольного электроснабжения от станции Улаг до станции Эльга при проектировании системы электроснабжения разреза «Эльгинский», Саха Якутия (ООО "Энергостройконсалт").

В заключительной части главы выполнена проверка адекватности моделирования ЭМП на основе сопоставления с экспериментальными замерами, а также с результатами аналитических расчетов. Проведенный анализ показал, что экспериментальные данные и результаты моделирования различаются не более, чем на 2 %. Расхождение с аналитическими расчетами в сопоставимых случаях не превышает 1,5 %.

Во второй главе на основе имитационного моделирования проведен анализ электромагнитной обстановки в электротяговых сетях. Изучаюсь влияние на ЭМО следующих факторов:

- конструктивное исполнение СТЭ (рассматривались традиционные СТЭ 25 и 2x25 кВ, атакже СТЭ новых типов 94, 50, 2x50 и 50+100 кВ);

- профиль поперечного сечения железной дороги (наличие насыпей, выемок, скосов);

- прохождение трассы железной дороги внутри искусственных сооружений (мостов, галерей, транспортных туннелей). /

На рис. 3...5, в качестве примера, показаны результаты сравнительного моделирования ЭМП для части описанных выше СТЭ. На рис. 6 представлены зависимости Нкш = ![,,„({), полученные для реальной СТЭ одной из железных дорог Байкальского региона.

¿Г.

у <

/

\

14 > ч

о* / - \

1

Рис. 3. Максимумы амплитудных значе- Рис. 4. Максимумы амплитудных значений ний напряженности электрического поля напряженности магнитного поля на высоте на высоте 1,8 м 1,8 м

-15 -10

15 20

Рис. 5. Активная плотность потока элек- Рис. 6. Динамика изменения Нмж ~ Ншх(>) тромагнитной энергии на высоте 1,8 м

Анализ представленных зависимостей позволяет сделать следующие выводы: наибольшая напряженность электрического поля создается СТЭ 50 кВ; при этом уровень Е может превышать нормативные значения; ввиду экранирующего действия питающих проводов, автотрансформаторные СТЭ высокого напряжения создают меньшие ЭМП и плотности электромагнитной энергии, чем традиционная СТЭ 25 кВ; характер распределения энергии в пространстве для СТЭ 25 и 50 кВ практически совпадает. Учет факторов внешней среды (насыпей, выемок, скосов) осуществлялся путем имитации особенностей рельефа наборами тонких заземленных проводов. Традиционно для решения этой задачи использовались сложные методы, основанные, например, на конформных преобразованиях или векторных потенциалах. На основе предлагаемой методики возможно существенное упрощение задачи и сведение ее к решению системы нелинейных уравнений (2). Результаты моделирования ЭМП с учетом факторов внешней среды: насыпей, выемок, скосов приведены на рис. 7, из которых следует, что учет рассмотренных выше неоднородносгей рельефа приводит к некоторому

снижению уровня напряженности электрического поля. Наибольшее снижение имеет место, когда железная дорога проходит в выемке.

Металлические конструкции искусственных сооружений ЖД транспорта (тоннелей, мостов, галерей) существенно изменяют картину распределения напряженно-стей ЭМП в пространстве1. Результаты моделирования ЭМП в искусственных сооружениях железнодорожного транспорта представлены на рис. 8.

В третьей главе с помощью имитационного моделирования проведен анализ электромагнитной обстановки в условиях железнодорожных станций, на которых имеется большое количество путей и контактных подвесок, что существенно усложняет картину распределения ЭМП. Кроме того, на характер распределения ЭМП в пространстве значительное влияние оказывают металлические вагоны и цистерны, которые могут длительное время находиться на станционных путях. Еще один фактор, усложняющий задачу моделирования ЭМП на железнодорожных станциях, состоит в наличии подземных металлических трубопроводов, также влияющих на распределение ЭМП. Для учета подвижного состава и трубопроводов применяется описанная выше методика, основанная на использовании наборов заземленных проводов. Отличие состоит в разной степени дискретизации, определяемой расстоянием между этими проводами. Следует также отметить, что трубопроводы малого сечения могут замещаться одним проводом, а для массивных труб следует применять набор проводников, что позволяет учитывать эффекты близости. На рис. 9...11, в качестве примера, представлены результа-

1 Для моделирования металлических конструкций искусственных сооружений используется тот же прием, основанный на имитации проводяших объектов наборами тонких заземленных проводов.

15

Рис. 7. Максимумы амплитудных значений напряженности электрического поля на высоте 1,8 м

Ы*гт с паой по*е»ту —

-

_

-- ►-- 1

-2 -1 5 -1 -0 5 0 0 5 1 1 5 2

Рис. 8. Максимумы амплитудных значений напряженности магнитного поля на высоте 1,8 м

ты моделирования магнитного поля, создаваемого тяговой сетью железнодорожной станции с восемью контактными подвесками.

Представленные результаты позволяют сделать следующие выводы: моделирование динамики изменения поля позволяет получить наиболее полную картину электромагнитной обстановки на железнодорожных станциях; наличие подвижного состава и пассажирских платформ существенно изменяет картину распределения на-пряженностей ЭМП в пространстве, по сравнению с ситуацией, когда эти элементы не учитываются.

Кроме того, в заключительной части главы, на основе моделирования проведен анализ влияния на ЭМО подземных трубопроводов, проложенных вдоль трассы железной дороги. Показано, что они повышают напряженность магнитного поля в локальных областях пространства

Рис. 9. Распределение уровней Нщх по горизонтальной оси

Рис. 10. Влияние подвижного состава на уровень напряженности магнитного поля

Рис. 11. Динамика изменения напряженности магнитного поля

В четвертой главе описана предлагаемая система управления электромагнитной обстановкой на объектах железнодорожного транспорта. Ввиду относительно низкого напряжения в применяемых тяговых сетях 25кВ и 2x25 кВ задача управления ЭМО может быть сформулирована с использованием ограничительного критерия по напряженности магнитного поля: тах Н < Ндоп > при С=> min.

Мероприятия по улучшению ЭМО разделяются на две группы: технические и режимные. К техническим мероприятиям можно отнести:

• применение отсасывающих трансформаторов (ОТ) с обратным проводом и без

него;

• монтаж усиливающих и экранирующих проводов (ЭУП);

• применение пассивных экранов, устанавливаемых на пассажирских платформах;

• применение автотрансформаторных СТЭ.

К режимным мероприятиям относятся:

• оптимизация графиков движения и режимов ведения поездов по критерию улучшения ЭМО2;

• применение систем автоведения поездов с алгоритмами, включающими блоки, направленные на снижение пиковых нагрузок.

Алгоритм работы системы управления электромагнитной обстановкой в СТЭ железных дорог переменного тока показан на рис. 12.

Результаты моделирования, направленного на определение технической эффективности описанных выше мероприятий по управлению ЭМО, позволили сделать следующие выводы:

- наличие экранирующих проводов приводит к снижению на-пряженностей электрического и магнитного полей; монтаж ЭУП приводит к небольшому росту напряженности электрического поля и снижению Нилх. Учитывая, что напряженность электрического поля при монтаже ЭУП возрастает примерно на 5 %, а НиАХ снижается на 52 %, можно рекомендовать ЭУП как эффективное средство улучшения ЭМО в электротяговых сетях;

- включение ОТ в разрыв рельсовых нитей приводит к возрастанию напряженности магнитного поля из-за протекания по рельсам повышенных токов. Использование обратного провода для подключения ОТ приводит к существенному снижению магнитного поля ввиду его близкого расположения к контактной подвеске;

2 Практическое применение этих технологий управления возможно в перспективе, когда будут в полной мере задействованы механизмы штрафных санкций за ухудшение условий электромагнитной безопасности.

Рис. 12. Алгоритм работы системы управления ЭМО

- применение пассивных экранов может быть эффективным средством улучшения условий электромагнитной безопасности на пассажирских платформах ЖД станций;

- оптимизация графика движения поездов по критерию шах II < И лп может использоваться в перспективе как эффективное средство управления ЭМО.

В заключении приведены основные результаты проведенных исследований:

1. Формализована задача анализа электромагнитной обстановки на объектах железнодорожного транспорта на основе разработанного метода моделирования электромагнитных полей в тяговых сетях, отличающегося возможностью учета всех свойств и характеристик сложной СТЭ и питающей ЭЭС; с помощью предложенной в диссертации методики определения активной плотности потока энергии в окрестностях многопроводной тяговой сети формализована задача определения интенсивности электромагнитного воздействия СТЭ на окружающую среду.

2. Детализированы принципы и предложена методика анализа электромагнитной обстановки в СТЭ железных дорог.

3. Разработано специальное математическое и программное обеспечение для анализа электромагнитной обстановки в системах тягового электроснабжения магистральных железных дорог (а также дорог промышленного транспорта) и формирования управляющих воздействий по ее улучшению.

4. Реализован новый подход к анализу электромагнитной обстановки на объектах железных дорог и промышленного транспорта, отличающийся возможностью моделирования электромагнитных полей с учетом свойств, характеристик и особенностей режимов системы тягового электроснабжения и питающей электроэнергетической системы.

5. Предложен оригинальный метод анализа динамики изменения напряженно-стей ЭМП в СТЭ, вызванной движением поездов, основанный на использовании фазных координат.

6. Разработаны методики учета факторов внешней среды, влияющих на картину распределения ЭМП в пространстве, отличительная особенность которых состоит в моделировании проводящих объектов набором тонких заземленных проводов.

7. На основе имитационного моделирования СТЭ 25, 2x25 и 94 кВ сделаны следующие выводы: уровни напряженности электрического поля не превышают допустимое значение 5 кВ/м для всех проанализированных ТС; напряженность магнитного поля превосходит допустимый уровень в 16 А/м, определяемый гигиеническим нормативом ГН 2.1.8/2.2.4. 2262-07, только в непосредственной близости от трассы железной дороги, что может иметь место на железнодорожных станциях и остановочных пунктах; наибольшие ЭМП создаются тяговой сетью широко распространенной СТЭ 25 кВ.

Для СТЭ повышенного напряжения сформулировано следующее заключение: наибольшая напряженность электрического поля создается СТЭ 50 кВ; при этом уро-

19

вень Е может превышать нормативные значения; ввиду экранирующего действия питающих проводов автотрансформаторные СТЭ высокого .напряжения создают меньшие ЭМП и плотности электромагнитной мощности, чем традиционная СТЭ 25 кВ.

8. Показано, что неоднородности рельефа (насыпи, выемки, скосы) приводят к некоторому снижению уровня напряженности электрического поля. Наибольшее снижение имеет место, когда железная дорога проходит в выемке. Результаты моделирования ЭМП в искусственных сооружениях ЖД транспорта дают возможность сделать вывод о неоднозначном влиянии этих сооружений на уровень ЭМП. Так, например, напряженности электромагнитного поля в тоннеле, в галерее и на мосту с ездой понизу значительно меньше, чем на открытом пространстве. Это связано с экранирующим действием металлических конструкций этих сооружений. Напряженности ЭМП на мосту с ездой поверху незначительно превышают аналогичные показатели для открытого пространства

9. Установлено, что наиболее информативную картину электромагнитной обстановки в СТЭ можно получить на основе анализа динамики изменения напряжен-ностей ЭМП. Результаты моделирования ЭМП, создаваемых тяговыми сетями реальных участков железных дорог, показывают нестационарный характер изменения на-пряженностей поля; такие изменения оказывают большее биологическое влияние и этот факт необходимо учитывать при решении вопросов электромагнитной безопасности.

10. Показано, что наличие подвижного состава и пассажирских платформ существенно изменяет картину распределения напряженностей ЭМП в пространстве по сравнению с ситуацией, когда эти элементы не учитываются. При этом из-за наличия подвижного состава плотность электромагнитной энергии на пассажирских платформах и неблагоприятное воздействие ЭМП на организм человека существенно уменьшаются. Установлено, что подземные трубопроводы, проложенные вдоль трассы железной дороги, повышают напряженность магнитного поля в локальной области пространства, расположенной над ним. Данный факт необходимо учитывать при анализе электромагнитной обстановки на объектах железнодорожного транспорта и разработке мероприятий по ее улучшению.

11. Разработана система управления электромагнитной обстановкой на объектах железнодорожного транспорта. Проанализированы методы управления ЭМО на объектах ЖД транспорта. На основе компьютерного моделирования определена техническая эффективность предложенных методов.

12. Полученные в ходе диссертационных исследований результаты компьютерного моделирования реальных СТЭ, практические рекомендации по повышению электромагнитной безопасности переданы в Ангарский филиал ЗАО «Инспекторат Р», ООО "Энергостройконсалт", а также в научно-технический центр «Параметр». Материалы диссертации используются при проведении учебных занятий на кафедре «Электроснабжение железнодорожного транспорта» Иркутского государственного

университета путей сообщения, на кафедре «Электроснабжение и электротехника» научно-исследовательского Иркутского государственного технического университета, на кафедре «Автоматизация и электроснабжение промышленных предприятий» Ангарской государственной технической академии.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах

- в изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Крюков A.B., Закарюкин В.П., Буякова Н.В. Моделирование электромагнитных полей на железнодорожных станциях // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. - № 1, 2009. - С. 281-284.

2. Крюков A.B., Закарюкин В.П., Буякова Н.В. Моделирование электромагнитной обстановки на железных дорогах переменного тока // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. - № 2(26), 2010. - С. 169-175.

3. Крюков A.B., Закарюкин В.П., Буякова Н.В. Расчет электромагнитных полей, создаваемых тяговыми сетями электрифицированных железных дорог // Вестник ИрГТУ, 2011. -№1(48). - С. 148-152.

4. Крюков A.B., Закарюкин В.П., Буякова Н.В. Управление электромагнитной обстановкой на объектах железнодорожного транспорта // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. - № 3(27), 2010. - С. 34-38.

5. Крюков A.B., Закарюкин В.П., Буякова Н.В. Учет подземных трубопроводов при моделировании электромагнитных полей в системах тягового электроснабжения // Системы. Методы. Технологии. - №4 (8), 2010. - С. 44-49.

6. Крюков A.B., Закарюкин В.П., Буякова Н.В. Системный подход к моделированию электромагнитной обстановки на железных дорогах переменного тока // Информатика и системы управления. -№1 (27), 2011. - С. 38-49.

- монография:

7. Крюков A.B., Закарюкин В.П., Буякова Н.В. Электромагнитная обстановка на объектах железнодорожного транспорта: монография. - Иркутск: ИрГУПС, 2012.-84 с.

- в других изданиях:

8. Крюков A.B., Закарюкин В.П., Буякова Н.В. Электромагнитная обстановка на объектах железнодорожного транспорта // Повышение эффективности производства и использования энергии в условиях Сибири: материалы Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. - Иркутск, 2010. - С. 378-386.

9. Крюков A.B., Закарюкин В.П., Буякова Н.В. Определение напряженно-стей магнитного поля на железнодорожных станциях // Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири. — Томск, 2009. - С. 38-41.

10. Закарюкин В.П., Крюков A.B., Буякова Н.В. Улучшение электромагнитной обстановки в системах тягового электроснабжения // Proceedings of IV International Scientific Conference "Electrification on transport". - Днепропетровск, 2010. - С. 74-75.

11. Буякова H.B. Определение напряженности магнитного поля, создаваемого тяговой сетью, с учетом подвижного состава II Сборник научных трудов АГТА, 2010. -С. 77-81.

12. Буякова Н.В. Моделирование электромагнитных полей, создаваемых многопроводными линиями электропередачи на основе фазных координат // Сборник научных трудов АГТА, 2008. - С. 147-153.

13. Крюков A.B., Закарюкин В.П., Буякова Н.В. Системный подход к моделированию электромагнитной обстановки на железных дорогах переменного тока // Винеровские чтения / Труды IV всероссийской конференции. Часть I. - Иркутск: Ир-ГТУ, 2011.-С. 39-48.

14. Буякова Н.В., Закарюкин В.П., Крюков A.B. Улучшение электромагнитной обстановки в электротяговых сетях железных дорог переменного тока // Повышение эффективности производства и использования энергии в условиях Сибири. - Иркутск, 2011С. 386-390.

15. Крюков A.B., Закарюкип В.П., Буякова Н.В. Моделирование электромагнитной обстановки на объектах железнодорожного транспорта и разработка способов её улучшения // Информационные и математические технологии в науке и управлении-201 1. Труды XVI Байкальской Всероссийской конференции. Часть 1,- Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2011.-С. 163-171.

16. В.П. Закарюкин, A.B. Крюков, Н.В. Буякова. Особенности потока электромагнитной энергии электротяговых сетей // Транспортная инфраструктура Сибирского региона. - Иркутск: ИрГУПС, 2011.-Т.1.-С. 508-513.

17. Закарюкин В.П., Крюков A.B., Буякова Н.В. Компьютерные технологии для контроля электромагнитной обстановки в электротяговых сетях // Энергосберегающие технологии, контроль и управление для предприятий железнодорожного транспорта. - Омск: ОмГУПС, 2011. - С. 15-20.

Подписано в печать 06.03.12. Формат 60x90 1/8. Печать трафаретная. Усл.печ.л. 1,5. Уч. печ.л. 1,5. Тираж 100 экз. Заказ 2064.

Ангарская государственная техническая академия 665835, Ангарск, ул. Чайковского, 60

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.

1. ФОРМАЛИЗАЦИЯ ЗАДАЧ АНАЛИЗА ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ОБСТАНОВКИ В СИСТЕМАХ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ.

1.1. Постановка задачи.

1.2. Принципы анализа электромагнитной обстановки.

1.3. Методология анализа ЭМО.

1.4. Методика моделирования электромагнитных полей в тяговых сетях.

1.5. Определение плотности электромагнитной энергии.

1.6. Подтверждение адекватности моделирования.

Выводы.

2. АНАЛИЗ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ОБСТАНОВКИ В ТЯГОВЫХ

СЕТЯХ.

2.1. Тяговые сети 25 кВ.

2.2 Тяговые сети 2x25 кВ.

2.3. Тяговые сети с напряжением 50 кВ на контактном проводе.

2.4. Учет профиля подстилающей поверхности.

2.5. Электромагнитные поля в искусственных сооружениях железнодорожного транспорта.

Выводы.

3. АНАЛИЗ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ОБСТАНОВКИ НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ СТАНЦИЯХ.

3.1. Моделирование электромагнитных полей на многопутных участках.

3.2. Учет влияния подвижного состава.

3.3. Учет подземных трубопроводов.

Выводы.

4. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ОБСТАНОВКОЙ НА ОБЪЕКТАХ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО

ТРАНСПОРТА.

4.1. Формализация задачи управления ЭМО.

4.2. Система управления ЭМО.

4.3. Методы улучшения ЭМО.

Выводы.

Увеличение масс поездов и скоростей их движения приводит к росту тяговых нагрузок, сопровождающемуся усложнением электромагнитной обстановки (ЭМО), под которой понимается совокупность электромагнитных процессов в заданной области пространства. Основными характеристиками этих процессов являются напряженности электрического и магнитного полей (ЭМП). Тяговые сети (ТС) железных дорог переменного тока могут создавать значительные ЭМП. В ряде случаев, особенно при прохождении дороги по селитебной территории, уровни напряженности этих полей могут превосходить допустимые нормы [9, 19, 25.27, 81, 79, 83, 87, 96, 109]. Не менее жесткое воздействие на окружающую среду могут оказывать ТС железных дорог промышленного транспорта. Нормативные документы [81, 109] устанавливают предельный уровень напряженности электрического поля промышленной частоты равным 25 кВ/м. При превышении этого уровня требуется применение индивидуальных средств защиты. Если напряженность электрического поля лежит в диапазоне 5.25 кВ/м, то время пребывания персонала ограничивается1. Аналогичные требования вводятся и для магнитного поля, создаваемого электроустановками с частотой 50 Гц. При напряженности магнитного поля более 80 А/м время пребывания персонала ограничивается. Определение допустимого времени пребывания персонала при повышенном уровне напря-женностей ЭМП выполняется расчетным путем или на основе измерений. Напряженности электрического и магнитного полей определяются, как правило, на высоте 1,8 м от поверхности земли.

В непрерывно меняющихся эксплуатационных условиях затруднительно получать экспериментальные данные, отвечающие максимальным уровням напряженностей ЭМП, поэтому анализ ЭМО в системах тягового электроснабжения (СТЭ) рекомендуется выполнять на основе математического моделирования [3]. Расчеты ЭМП традиционно проводятся с при

1 При напряженности менее 5 кВ/м допускается работа без ограничений. влечением численных методов, основанных на первой группе формул Максвелла, конформных преобразованиях, конечных разностях [2.6, 9, 16, 17, 20, 22, 23, 29.31, 48, 51, 57, 59, 75.77, 84, 86, 88, 94, 104]. Практическое применение таких методов требует значительных трудозатрат, связанных со сложной подготовкой исходных данных, а также необходимостью освоения специализированных компьютерных программ.

При расчете ЭМП, создаваемых тяговыми сетями, необходимо учитывать следущие факторы, влияющие на уровень напряженностей ЭМП:

• неоднородности подстилающей поверхности, вызванные наличием насыпей, выемок, скосов, а также пассажирских платформ;

• металлические вагоны и цистерны на путях2, существенно изменяющие картину распределения напряженностей ЭМП в пространстве;

• протяженные металлические объекты (трубопроводы, кабельные линии с заземленными оболочками, заземленные тросы), также изменяющие картину ЭМП.

Существенный вклад в решение проблемы моделирования режимов электроэнергетических систем (ЭЭС) и СТЭ, а также анализа электромагнитной обстановки внесли Аполлонский С.М., Бадер М.П., Бессонов JI.A., Бородулин Б.М., Висящев А.Н., Горский А.Н., Демирчан К.С., Кадомская К.П., Карякин Р.Н., Котельников А.В., Косарев А.Б., Косарев Б.П., Курбац-кий В.Г., Мамошин P.P., Марквардт Г.Г., Марквардт К.Г., Марский В.Е., Мирошниченко Р.И., Михайлов М.И., Мисриханов М.Ш., Нейман JI.P., Тер-Оганов Э.В., Шалимов М.Г, Карсон И.Р., Полячек Ф., Блейк Левит Б., Хабигер Э., Шваб А. и их коллеги [2.6, 8, 9, 10, 47, 49, 58, 74, 75, 81, 85, 87, 102, 103].

Анализ электромагнитной обстановки в диссертационной работе проводился на основе методов системного анализа и имитационного моделирования, предложенных в работах Арбиба М., Бусленко Н.П., Воропая

2 Учет этого фактора особенно актуален при расчете ЭМП на железнодорожных станциях.

Н.И., Мако Д., Дж. ван Гига, Калашникова В.В., Калмана Р., Квейда Э., Кинга В., Клиланда Д., Коваленко И.Н., Месаровича М., Моисеева H.H., Оптнера С.Л., Перегудова Ф.И., Советова Б.Я., Тарасенко Ф.П., Такахары И., Фалба Ф., Шеннона Р., Яковлева С.А. и др. [11, 18, 28, 49, 52, 53, 82, 90, 92, 95, 108].

Несмотря на значительное число работ, посвященных вопросам электромагнитной обстановки в СТЭ, остался ряд нерешенных задач, связанных со следующими аспектами:

• учет взаимодействий СТЭ, механической системы движущихся поездов и питающей электроэнергетической системы (ЭЭС) с возможностью моделирования динамики изменения напряженностей ЭМП;

• учет внешней среды: профиля подстилающей поверхности (выемок, насыпей); проводящих деталей искусственных сооружений железнодорожного транспорта; подвижного состава; протяженных металлических объектов (трубопроводов, кабельных линий с заземленными оболочками, заземленных тросов).

Задача улучшения электромагнитной обстановки является частью более общей проблемы электромагнитной экологии, решение которой предполагается реализовать в том числе и на основе технологий интеллектуальных электрических сетей - smart grid. Поэтому методы системного анализа и моделирования ЭМО должны учитывать современные технологии активно-адаптивных сетей. Предлагаемые в диссертации методы и средства управления ЭМО позволяют органично вписаться в концепцию smart grid.

Работа выполнена в рамка плана научных исследований по направлению «Интеллектуальные сети {Smart Grid) для эффективной энергетической системы будущего», проводимых под руководством ведущих ученых в российских образовательных учреждениях высшего профессионального образования в соответствии с Постановлением Правительства РФ № 220 от 09.04.2010 г. Договор № 11.G34.31.0044 от 27.10.2011.

Цель работы заключается в разработке методов моделирования и анализа электромагнитной обстановки (ЭМО) в тяговых сетях железных дорог, а также в создании на этой основе системы управления ЭМО на объектах транспорта. Для реализации этой цели в работе необходимо решить следующие задачи:

• разработать метод моделирования электромагнитных полей в тяговых сетях железных дорог переменного тока и на этой основе формализовать задачу анализа ЭМО на объектах транспорта;

• предложить методику определения активной плотности потока энергии в окрестностях многопроводной тяговой сети и формализовать задачу оценки интенсивности электромагнитного воздействия СТЭ на окружающую среду;

• предложить методику анализа динамики изменения напряженно-стей электромагнитного поля в СТЭ, вызванной движением поездов;

• разработать методики учета внешней среды: профиля подстилающей поверхности, подвижного состава, деталей искусственных сооружений ЖД транспорта и других проводящих объектов, влияющих на картину распределения ЭМП в пространстве;

• разработать комплекс технических решений по улучшению электромагнитной обстановки в тяговых сетях и сформировать систему управления электромагнитной обстановкой на объектах магистральных железных дорог и промышленного транспорта.

Объект исследований. Система тягового электроснабжения железной дороги переменного тока, активно взаимодействующая с питающей ЭЭС и внешней средой.

Предмет исследований. Электромагнитная обстановка в тяговых сетях, определяемая с учетом взаимодействия СТЭ, ЭЭС и внешней среды.

Исследование ЭМО осуществлялось на основе методов системного анализа с применением аппарата теории функций многих переменных и алгоритмов решения систем нелинейных уравнений большой размерности.

Вычислительные эксперименты проводились на основе разработанного в ИрГУПСе комплекса программ Багопогс!, который был модернизирован в части реализации задач определения напряженностей ЭМП и определения активной плотности потока энергии в окрестностях многопроводной ТС.

Научную новизну работы составляют и на защиту выносятся следующие положения:

1. Формализована задача анализа электромагнитной обстановки на основе разработанного метода моделирования электромагнитных полей в тяговых сетях железных дорог, отличающегося возможностью учета всех свойств и характеристик сложной СТЭ и питающей ЭЭС.

2. Формализована задача определения интенсивности электромагнитного воздействия СТЭ на окружающую среду, отличительная особенность которой, состоит в использовании оригинальной методики определения активной плотности потока энергии в окрестностях тяговой сети.

3. Предложен оригинальный метод анализа динамики изменения напряженностей ЭМП в СТЭ, вызванной движением поездов, основанный на использовании фазных координат; разработана методика учета внешней среды, отличительная особенность которой, состоит в моделировании проводящих объектов набором тонких заземленных проводов.

4. Разработано специальное математическое и программное обеспечение для анализа электромагнитной обстановки в системах тягового электроснабжения и формирования управляющих воздействий по ее улучшению.

5. Предложена система управления электромагнитной обстановкой на объектах железнодорожного транспорта, отличающаяся комплексным использованием организационных, режимных и технических мероприятий, направленных на оптимизацию ЭМО.

Разработанные в ИрГУПСе методы и средства моделирования синусоидальных режимов [35, 37] в фазных координатах позволяют провести при определении режима электроэнергетической системы (ЭЭС) или СТЭ одновременные расчеты напряженностей ЭМП многопроводных линий электропередачи (ЛЭП). При этом, анализируемая ЛЭП рассматривается в неразрывной связи со сложной ЭЭС или СТЭ. Одновременный расчет режима ЭЭС (СТЭ) и создаваемых ЭМП позволяет реализовать новый, системный подход [1, 18, 24, 54, 55, 60, 97] к анализу электромагнитной обстановки. Его отличительной особенностью является возможность моделирования ЭМП с учетом всех свойств и характеристик сложной СТЭ и питающей ЭЭС. Преимущества предлагаемого метода состоят, во-первых, в возможности имитационного моделирования движения поездов в анализируемой СТЭ и определения динамики изменения напряженностей ЭМП во времени, а во-вторых, в корректном учете насыпей, выемок, вагонов и цистерн набором заземленных проводов.

Разработанные в ИрГУПСе методы и средства моделирования режимов СТЭ и реализованный на их основе программный комплекс Рагопогс! позволяют использовать в моделях до нескольких сотен проводов. Это приводит к возможности моделирования насыпей, выемок, вагонов и цистерн набором заземленных проводов, расположенных таким образом, чтобы расстояние между проводами было значительно меньше расстояния от этих проводов до точки наблюдения. Кроме того, данная технология позволяет проводить расчеты ЭМП в искусственных сооружениях железнодорожного транспорта: туннелях, галереях, мостах.

На основе предлагаемого подхода реализована методика анализа электромагнитной безопасности, которую отличают особенности, представленные на рис. В. 1.

Достоверность полученных в диссертации результатов подтверждена сравнением с аналитическими расчетами (в сопоставимых случаях), а также с результатами натурных экспериментов на реальных объектах.

Практическая значимость научных результатов работы заключается в решении следующих актуальных задач:

• рациональный выбор технических решений по улучшению электромагнитной обстановки в тяговых сетях магистральных железных дорог, а также на объектах промышленного транспорта;

•управление электромагнитной обстановкой в ЭЭС и системах тягового электроснабжения.

Рис. В.1. Особенности предлагаемой методики

Реализация результатов работы. Результаты компьютерного моделирования реальных СТЭ, практические рекомендации по повышению электромагнитной безопасности переданы в Ангарский филиал ЗАО «Инспекторат Р», ООО "Энергостройконсалт", а также в научно-технический центр «Параметр». Материалы диссертации используются в учебном процессе на кафедре «Электроснабжение железнодорожного транспорта» Иркутского государственного университета путей сообщения, на кафедре «Электроснабжение и электротехника» научно-исследовательского Иркутского государственного технического университета, на кафедре «Автоматизация и электроснабжение промышленных предприятий» Ангарской государственной технической академии.

Апробация работы. Результаты, полученные на основе проведенных в диссертации исследований, докладывались и обсуждались на следующих научных конференциях: научно-практической конференции «Безопасность регионов - основа устойчивого развития», Иркутск, 28 сентября-1 октября 2009 г.; 15-й международной научно-практической конфеции «Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири (СИБРЕСУРС-15-2009)», Иркутск, 5-7 октября 2009 г.; межвузовской научно-практической конференции «Транспортная инфраструктура Сибирского региона», Иркутск, 12-15 октября 2009 г.; всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Повышение эффективности производства и использования энергии в условиях Сибири», Иркутск, 26-30 апреля 2010 г.; научно-практической конференции АГТА, Ангарск, 13 мая 2010 г.; 4-й международной научно-практической конференции «Электрификация транспорта» - ТРАНСЭЛЕКТРО-2010, АР Крым, п. Мисхор, 27-30 сентября 2010 г.; IV Всероссийской конференции с международным участием «Винеровские чтения», Иркутск, 9-14 марта 2011 г.; всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Повышение эффективности производства и использования энергии в условиях Сибири», Иркутск, 26-30 апреля 2011 г.; II межвузовской научно-практической конференции «Транспортная инфраструктура Сибирского региона», Иркутск, 17 мая 2011 г.; XVI Байкальской всероссийской конференции с международным участием "Информационные и математические технологии в науке и управлении», Иркутск, 1-10 июля 2011 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 печатных работ, в том числе шесть статей в рецензируемых журналах по списку ВАК. На основании результатов научного исследования издана одна монография. В работах с соавторами соискателю принадлежит от 30 до 75% результатов. Положения, составляющие новизну и выносимые на защиту, получены лично автором.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка из 115 наименований и приложения. Общий объем диссертации 146 страниц, в тексте содержится 140 рисунков и 10 таблиц. В приложении приведены акты о внедрении.

Выводы

1. К техническим мероприятиям по управлению ЭМО можно отнести следующие мероприятия:

• применение отсасывающих трансформаторов с обратным проводом;

• монтаж усиливающих и экранирующих проводов;

• применение пассивных экранов, устанавливаемых на пассажирских платформах.

2. В состав режимных мероприятий, введение которых возможно в перспективе, можно включить следующее:

• оптимизация графиков движения и режимов ведения поездов по критерию улучшения ЭМО;

• применение систем автоведения поездов с алгоритмами, включающими блоки, направленные на снижение пиковых нагрузок.

3. Наличие ЭП приводит к снижению напряженностей электрического и магнитного полей: значение Ешх уменьшается с 3,24 до 3,08 кВ/м, а величина Ншх - с 65 до 43 А/м; монтаж ЭУП приводит к росту напряженности Емах (с 3,24 до 3,42 кВ/м) и снижению Н¡^ с 65 до 43 А/м; учитывая, что напряженность электрического поля при монтаже ЭУП возрастает примерно на 5 %, а Ншх снижается на 52 %, можно рекомендовать ЭУП как эффективное средство улучшения ЭМО в электротяговых сетях.

4. Включение отсасывающих трансформаторов в разрыв рельсовых нитей приводит к возрастанию напряженности магнитного поля в связи с протеканием по рельсам повышенных токов. Использование обратного провода для системы отсасывающих трансформаторов приводит к существенному снижению магнитного поля ввиду близкого расположения обратного провода к контактной подвеске.

5. Применение пассивных экранов может быть эффективным средством улучшения условий электромагнитной безопасности на пассажирских платформах ЖД станций.

6. Оптимизация графика движения поездов по критерию max Н < Ндоп может использоваться в перспективе как эффективное средство управления ЭМО.

7. Применение «мягких» режимов ведения поездов позволяет снизить максимальное значение напряженности магнитного поля на 40 %, а среднюю величину НhdAX за рассматриваемый период наблюдения - на 18

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Формализована задача анализа электромагнитной обстановки на объектах железнодорожного транспорта на основе разработанного метода моделирования электромагнитных полей в тяговых сетях, отличающегося возможностью учета всех свойств и характеристик сложной СТЭ и питающей ЭЭС; с помощью предложенной в диссертации методики определения активной плотности потока энергии в окрестностях многопроводной тяговой сети формализована задача определения интенсивности электромагнитного воздействия СТЭ на окружающую среду.

2. Детализированы принципы и предложена методика анализа электромагнитной обстановки в СТЭ железных дорог переменного тока.

3. Разработано специальное математическое и программное обеспечение для анализа электромагнитной обстановки в системах тягового электроснабжения магистральных железных дорог (а также дорог промышленного транспорта) и формирования управляющих воздействий по ее улучшению.

4. Реализован новый подход к анализу электромагнитной обстановки на объектах железных дорог и промышленного транспорта, отличающийся возможностью моделирования электромагнитных полей с учетом свойств, характеристик и особенностей режимов системы тягового электроснабжения и питающей электроэнергетической системы.

5. Предложен оригинальный метод анализа динамики изменения на-пряженностей ЭМП в СТЭ, вызванной движением поездов, основанный на использовании фазных координат.

6. Разработаны методики учета факторов внешней среды, влияющих на картину распределения ЭМП в пространстве, отличительная особенность которых состоит в моделировании проводящих объектов набором тонких заземленных проводов.

7. На основе компьютерного моделирования СТЭ 25, 2x25 и 94 кВ сделаны следующие выводы: уровни напряженности электрического поля не превышают допустимый уровень 5 кВ/м для всех проанализированных ТС; напряженность магнитного поля превосходит допустимый уровень в 16 А/м, определяемый гигиеническим нормативом ГН 2.1.8/2.2.4. 2262-07, только в непосредственной близости от трассы железной дороги, что может иметь место на железнодорожных станциях и остановочных пунктах; наибольшие ЭМП создаются тяговой сетью широко распространенной СТЭ 25 кВ.

Для СТЭ повышенного напряжения сформулировано следующее заключение: наибольшая напряженность электрического поля создается СТЭ 50 кВ; при этом уровень Е может превышать нормативные значения; ввиду экранирующего действия питающих проводов автотрансформаторные СТЭ высокого напряжения создают меньшие ЭМП и плотности электромагнитной мощности, чем традиционная СТЭ 25 кВ.

8. Показано, что неоднородности рельефа (насыпи, выемки, скосы) приводят к некоторому снижению уровня напряженности электрического поля. Наибольшее снижение имеет место, когда железная дорога проходит в выемке. Результаты моделирования ЭМП в искусственных сооружениях ЖД транспорта дают возможность сделать вывод о неоднозначном влиянии этих сооружений на уровень ЭМП. Так, например, напряженности электромагнитного поля в тоннеле, в галерее и на мосту с ездой понизу значительно меньше, чем на открытом пространстве. Это связано с экранирующим действием металлических конструкций этих сооружений. Напряженности ЭМП на мосту с ездой поверху незначительно превышают аналогичные показатели для открытого пространства.

9. Установлено, что наиболее информативную картину электромагнитной обстановки в СТЭ можно получить на основе анализа динамики изменения напряженностей ЭМП. Результаты моделирования ЭМП, создаваемых тяговыми сетями реальных участков железных дорог, показывают нестационарный характер изменения напряженностей поля; такие изменения оказывают большее биологическое влияние и этот факт необходимо учитывать при решении вопросов электромагнитной безопасности.

10. Показано, что наличие подвижного состава и пассажирских платформ существенно изменяет картину распределения напряженностей ЭМП в пространстве по сравнению с ситуацией, когда эти элементы не учитываются. При этом из-за наличия подвижного состава плотность электромагнитной энергии на пассажирских платформах и неблагоприятное воздействие ЭМП на организм человека существенно уменьшаются. Установлено, что подземные трубопроводы, проложенные вдоль трассы железной дороги, существенно повышают уровень напряженности магнитного поля в локальной области пространства, расположенной над ним. Данный факт необходимо учитывать при анализе электромагнитной обстановки на объектах железнодорожного транспорта и разработке мероприятий по ее улучшению.

11. Разработана система управления электромагнитной обстановкой на объектах железнодорожного транспорта. Проанализированы методы управления ЭМО на объектах ЖД транспорта. На основе компьютерного моделирования определена техническая эффективность предложенных методов.

12. Полученные в ходе диссертационных исследований результаты компьютерного моделирования реальных СТЭ, практические рекомендации по повышению электромагнитной безопасности переданы в Ангарский филиал ЗАО «Инспекторат Р», ООО "Энергостройконсалт", а также в научно-технический центр «Параметр». Материалы диссертации используются при проведении учебных занятий на кафедре «Электроснабжение железнодорожного транспорта» Иркутского государственного университета путей сообщения, на кафедре «Электроснабжение и электротехника» научно-исследовательского Иркутского государственного технического университета, на кафедре «Автоматизация и электроснабжение промышленных предприятий» Ангарской государственной технической академии.

1. Антонов A.B. Системный анализ. М.: Высш. шк., 2006. - 454 с.

2. Аполлонский С.М. Внешние электромагнитные поля электрооборудования и средства их снижения. СПб.: Безопасность, 2001. - 620 с.

3. Аполлонский С.М., Горский А.Н. Безопасность жизнедеятельности человека в электромагнитных полях. СПб: Политехника, 2004.

4. Аполлонский С.М., Горский А.Н. Расчеты электромагнитных полей: Монография/ Под. ред. А.Н. Горского. М.: Маршрут, 2006. -992с.

5. Бадер М.П. Электромагнитная совместимость. М.: УМК МПС, 2002. - 638 с.

6. Бардушко В.Д., Закарюкин В.П., Крюков A.B. Режимы работы системы тягового электроснабжения напряжением 94 кВ с симметрирующими трансформаторами // Вестник ВНИИЖТ. № 3, 2005. - С. 44 - 47.

7. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи. М.: Высшая школа, 1978. - 528 с.

8. Блейк Левитт Б. Защита от электромагнитных полей. О влиянии на организм человека бытовых электроприборов, мобильных телефонов, линий электропередач и других электрических устройств/ Пер. с англ.Ю.Суслова М.: ACT, Астрель, 2007. - 447с.

9. Бородулин Б.М., Векслер М.И., Марский В.Е. Система тягового электроснабжения 2x25 кВ. М.: Транспорт, 1989. - 247 с.

10. Бусленко Н.П., Калашников В.В., Коваленко И.Н. Лекции по теории сложных систем. М.: Советское радио, 1973. - 441 с.

11. Буякова Н.В. Моделирование электромагнитных полей, создаваемых многопроводными линиями электропередачи на основе фазных координат // Сборник научных трудов ATTA, 2008. С. 147-153.

12. Буякова Н.В. Определение напряженности магнитного поля, создаваемого тяговой сетью, с учетом подвижного состава // Сборник научных трудов ATTA, 2010. С.77-81.

13. Буякова Н.В., Закарюкин В.П., Крюков A.B. Улучшение электромагнитной обстановки в электротяговых сетях железных дорог переменного тока. // Повышение эффективности производства и использования энергии в условиях Сибири. Иркутск, 2011. - С.386-390.

14. Василянский A.M., Мамошин P.P., Якимов Г.Б. Совершенствование системы тягового электроснабжения железных дорог, электрифицированных на переменном токе 27,5 кВ, 50 Гц // Железные дороги мира. № 8, 2002. - С. 40-46.

15. Висящев А.Н., Клепиков С.А., Першин P.C. Методы расчета электрических полей линий электропередачи методом комплексных величин // Повышение эффективности производства и использования энергии в условиях Сибири. Иркутск: ИрГТУ, 2005. - С. 525-540.

16. Воропай Н.И. Теория систем для электроэнергетиков. Новосибирск: Наука, 2000. - 273 с.

17. Гигиенический норматив ГН 2.1.8/2.2.4. 2262-07. Предельно допустимые уровни магнитных полей частотой 50 Гц в помещениях жилых, общественных зданий и на селитебных территориях. М., 2007.

18. Говорков В.А. Электрические и магнитные поля. М. : «Энергия», 1982.-488 с.

19. Горский А.Н., Васильева Л.К. Электромагнитные излучения и защита от них // СПб.: ПГУПС, 2000. 100 с.

20. ГОСТ 30372-95/ГОСТ Р 50397-92. Совместимость технических средств электромагнитная. Термины и определения. М., 1992.

21. Гринберг Г.А., Бонштедт Б.Э. Основы точной теории волнового поля линий электропередачи // ЖТФ, 1954. т. 24. Вып. 1. С.7-95.

22. Губанов В.А., Захаров В.В., Коваленко А.Н. и др. Введение в системный анализ / Под ред. Л.А. Петросяна. Л.: Изд-во Ленинградского университета, 1988. 232 с.

23. Гуревич В. Проблема электромагнитных воздействий на микропроцессорные устройства релейной защиты. Ч. 1 // Компоненты и технологии. -№2, 2010.-С. 80-84.

24. Гуревич В. Проблема электромагнитных воздействий на микропроцессорные устройства релейной защиты. 4.2 // Компоненты и технологии. -№ 3, 2010. С. 91-96.

25. Гуревич В. Проблема электромагнитных воздействий на микропроцессорные устройства релейной защиты. Ч.З // Компоненты и технологии. № 4, 2010. - С. 91 -96.

26. Дж. ван Гиг. Прикладная общая теория систем: В 2-х т. М.: Мир, 1981.- 1069 с.

27. Дикой В.П., Токарский А.Ю., Иостсон Ю.А., Красин О.В. Методы расчета и измерения эллипсоидных магнитных полей промышленной частоты // Тр. ИГЭУ. Вып. 41. - Иваново, 2001. - С. 215-222.

28. Дикой В.П., Токарский А.Ю., Красин О.В. Экранирование магнитного поля ВЛ-500 кВ по составляющим декартовой системы координат // Тр. ИГЭУ. Вып. 41. - Иваново, 2001.- С. 254-281.

29. Дикой В.П., Токарский А.Ю., Рубцова Н.Б., Красин О.В. Тросовые экраны и их применение на ВЛ 500 кВ // Тр. ИГЭУ. Вып. 41. -Иваново, 2001. - С. 209-215.

30. Довбыш В.Н., Маслов М.Ю., Сподобаев Ю.М. Электромагнитная безопасность элементов электрических систем .- Самара: ООО «ИПК «Содружество», 2009. 198 с.

31. Дудин Б.А. Расчет электрического и магнитного поля многопроводных воздушных сетей. М.: МИИТ, 2005. - 36 с.

32. Закарюкин В.П., Крюков A.B. Моделирование электрических полей, создаваемых воздушными линиями электропередачи // Энергетика: управление, качество и эффективность использования энергоресурсов. -Благовещенск: АмГУ, 2005. С. 227-231.

33. Закарюкин В.П., Крюков A.B. Сложнонесимметричные режимы электрических систем. Иркутск: Иркут. ун-т. - 2005. - 273 с.

34. Закарюкин В.П., Крюков A.B., Буякова Н.В. Особенности потока электромагнитной энергии электротяговых сетей // Транспортная инфраструктура Сибирского региона. Иркутск: ИрГУПС, 2011. - Т. 1. - С. 508-513.

35. Закарюкин В.П., Крюков A.B., Буякова Н.В. Улучшение электромагнитной обстановки в системах тягового электроснабжения // Proceedings of IV International Scientific Conference "Electrification on transport". -Днепропетровск, 2010. С. 74-75.

36. Закарюкин В.П., Крюков A.B., Иванов А.Н. Анализ проблем электромагнитной безопасности на основе компьютерного моделирования // Безопасность регионов основа устойчивого развития. - Иркутск, 2007. - С. 158164.

37. Закарюкин В.П., Крюков A.B., Иванов А.Н. и др. Моделирование электромагнитных полей в искусственных сооружениях железнодорожного транспорта // Повышение, эффективности производства и использования энергии в условиях Сибири. Иркутск, 2006. - С. 432-437.

38. Закарюкин В.П., Крюков A.B., Иванов А.Н. Моделирование электромагнитных полей в системах тягового электроснабжения // Электромагнитная совместимость технических средств и электромагнитная безопасность. -Санкт-Петербург, 2006. С. 470-474.

39. Закарюкин В.П., Крюков A.B., Иванов А.Н. Моделирование электромагнитных полей, создаваемых линиями электропередачи новых типов // Информационные и математические технологии в научных исследованиях. Иркутск, 2006. С. 35-39.

40. Закарюкин В.П., Крюков A.B., Иванов А.Н. Моделирование электромагнитных полей, создаваемых гибкими симметричными токопроводами // Информационные и математические технологии в науке и управлении. 4.1. -Иркутск, 2007. - С. 167-172.

41. Кадомская К.П., Степанов И.М. Анализ интенсивности электромагнитного поля, инициируемого воздушными линиями высокого напряжения // Электричество. №3, 2009. - С. 24-31.

42. Калман Р., Фалб Ф., Арбиб М. Очерки по математической теории систем. М.: Мир, 1971. - 400 с.

43. Карякин Р.Н. Тяговые сети переменного тока. М.: Транспорт, 1987.-279 с.

44. Кац P.A., Перельман Л.С. Расчет электрического поля трехфазной линии электропередачи // Электричество. №1, 1978. - С. 16-19.

45. Квейд Э. Анализ сложных систем. М.: Советское радио, 1969.520 с.

46. Клиланд Д., Кинг В. Системный анализ и целевое управление. -М.: Советское радио, 1974. 280 с.

47. Клир Дж. Системология. Автоматизация решения системных задач. М.: Радио и связь, 1990. - 544 с.

48. Колесников JI.A. Основы теории системного подхода. Киев: Наук, думка, 1998. - 176 с.

49. Косарев А.Б., Косарев Б.И. Основы электромагнитной безопасности систем электроснабжения железнодорожного транспорта. М.: Ин-текст, 2008.-480 с.

50. Котельников A.B. Электрификация железных дорог. Мировые тенденции и перспективы. М.: Интекст, 2002. - 104 с.

51. Котельников A.B., Косарев А.Б., Полишкина И.И. и др. Электромагнитная безопасность систем тягового электроснабжения повышенного напряжения // Вестник ВНИИЖТ. № 6, 2002. - С. 10-14.

52. Кругликов А.Г. Системный анализ научно-технических нововведений. -М.: Наука, 1991. 120 с.

53. Крюков A.B., Закарюкин В.П., Абрамов H.A. Ситуационное управление режимами систем тягового электроснабжения: монография. -Иркутск: Изд-во ИрГУПС, 2010.-123 с.

54. Крюков A.B., Закарюкин В.П., Буякова Н.В. Моделирование электромагнитной обстановки на железных дорогах переменного тока // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. № 2(26), 2010.-С. 169-175.

55. Крюков A.B., Закарюкин В.П., Буякова Н.В. Моделирование электромагнитных полей на железнодорожных станциях // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. № 1, 2009. - С. 281-284.

56. Крюков A.B., Закарюкин В.П., Буякова Н.В. Определение на-пряженностей магнитного поля на железнодорожных станциях // Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири. Томск, 2009. - С. 38-41.

57. Крюков A.B., Закарюкин В.П., Буякова Н.В. Расчет электромагнитных полей, создаваемых тяговыми сетями электрифицированных железных дорог // Вестник ИрГТУ, 2011. №1(48). - С.148-152.

58. Крюков A.B., Закарюкин В.П., Буякова Н.В. Системный подход к моделированию электромагнитной обстановки на железных дорогах переменного тока // Информатика и системы управления. №1 (27), 2011. -С. 38-49.

59. Крюков A.B., Закарюкин В.П., Буякова Н.В. Системный подход к моделированию электромагнитной обстановки на железных дорогах переменного тока // Винеровские чтения / Труды IV всероссийской конференции. Часть I. Иркутск: ИрГТУ, 2011. - С. 39-48.

60. Крюков A.B., Закарюкин В.П., Буякова Н.В. Управление электромагнитной обстановкой на объектах железнодорожного транспорта // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. № 3(27), 2010.-С. 34-38.

61. Крюков A.B., Закарюкин В.П., Буякова Н.В. Учет подземных трубопроводов при моделировании электромагнитных полей в системах тягового электроснабжения // Системы. Методы. Технологии. -№4 (8), 2010.-С. 44-49.

62. Крюков A.B., Закарюкин В.П., Иванов А.Н. Моделирование электромагнитных полей, создаваемых многопроводными линиями электропередачи // Проблемы энергетики. № 7-8, 2007. - С. 37-43.

63. Крюков A.B., Закарюкин В.П., Литвинцев А.И. Интервальный метод расчета режимов электроэнергетических систем в фазных координатах // Системы. Методы. Технологии. № 1(9), 2011. - С. 54-62.

64. Крюков, A.B., Закарюкин В.П., Иванов А.Н. Расчет электромагнитных полей в тяговых сетях на основе фазных координат // Транспорт: наука, техника, управление. № 2, 2008.

65. Курбацкий В.Г., Струмеляк A.B. Аппаратно-программный комплекс для измерения электромагнитных полей промышленной частоты в электрических сетях // Программные продукты и системы. №4, 2010.

66. Курбацкий В.Г. Качество электроэнергии и электромагнитная совместимость в электрических сетях: Учебное пособие. Братск: БрГТУ, 1999.-220 с.

67. Марквардт К.Г. Электроснабжение электрифицированных железных дорог. М.: Транспорт, 1982. 528 с.

68. Марский В.Е. Особенности расчета системы тягового электроснабжения 2x25 кВ // Вестник ВНИИЖТ. № 1, 1983. - С. 19-23.

69. Маслов Г.П., Магай Г.С., Сидоров O.A. Электроснабжение железных дорог. Часть 1. Омск, 2006. - 48 с.

70. Месарович М., Такахара И. Общая теория систем. Математические основы. М.: Мир, 1978. 312 с.

71. Методические указания по определению электромагнитных обстановки и совместимости на электрических станциях и подстанциях. Стандарт организации СО 34.35.311-2004. -М.: МЭИ, 2004. 77 с.

72. Миролюбов И.И., Костенко В.В., Левинштейн И.А. и др. Методы расчета электростатических полей. М.: Высшая школа, 1963 .-415с.

73. Мирошниченко Р.И. Режимы работы электрифицированных участков. М.: Транспорт, 1982. -207 с.

74. Мисриханов М.Ш., Рубцова Н.Б., Токарский А.Ю. Принципы и методы расчета величин напряженностей магнитных и электрических полей промышленной частоты, подлежащих гигиенической оценке и нормированию // Тр. ИГЭУ. Вып. VIII. - Иваново, 2007. - С. 128-141.

75. Михайлов М.И., Разумов Л.Д., Соколов С.А. Электромагнитные влияния на сооружения связи. М.: Связь, 1073. - 264 с.

76. Моисеев H.H. Математические основы системного анализа. М.: Наука, 1981.-488 с.

77. Нейман Л.Р., Демирчан К.С. Теоретические основы электротехники. М.: Высшая школа, 1981. 408 с.

78. Оптнер С.Л. Системный анализ для решения деловых и промышленных проблем. М: Советское радио, 1969. - 120с.

79. Отчет о НИР «Создание нормативно-методического документа, регламентирующего уровни внепроизводственных воздействий магнитных полей промышленной частоты (50 Гц)» (№ госрегистрации 01200311814) -М.: ГУ НИИ МТ РАМН, 2003. 147 с.

80. Панасецкий Д.А. Градиентный метод расчета величины электрического поля воздушных линий электропередачи // Повышение эффективности производства и использования энергии в условиях Сибири. Иркутск: ИрГТУ, 2005. - С. 517-525.

81. Перегудов Ф.И., Тарасенко Ф.П. Введение в системный анализ. М.: Высш. ж, 1989. - 367 с.

82. Санитарно-эпидемиологические требования к жилым зданиям и помещениям. Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы. Сан-ПиН 2.1.2.1002-00. М.: Минздрав РФ, 2001. - 24 с.

83. Сарафанова Е.Ю. Теория систем и системный анализ. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2008. - 92 с.

84. Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем. М.: Высшая школа, 2001.-343 с.

85. ЮО.Тамазов А.И. Несимметрия токов и напряжений, вызываемая однофазными тяговыми нагрузками. М.: Транспорт, 1965. 235 с.

86. Ю1.Тер-Оганов Э.В. Имитационная модель работы системы электроснабжения двухпутного электрифицированного участка // Тр. ВЗИИТ. 1983. Вып. 117.-С. 58-62.

87. Тимофеев Д.В. Режимы в электрических системах с тяговыминагрузками. M.: Энергия, 1972. - 295 с.

88. ЮЗ.Токарский А.Ю. Определение фазного угла напряженности магнитного поля ВЛ // Тр. ИГЭУ. Вып. 4L - Иваново, 2001. - С. 223-225.

89. Устинов А.А. Расчет электрических полей аналитическим методом по мгновенным значениям // Повышение эффективности производства и использования энергии в условиях Сибири. Иркутск: ИрГТУ, 2005. - С. 517-525.

90. Хабигер Э. Электромагнитная совместимость. Основы ее обеспечения в технике. М.: Энергоатомиздат, 1995. - 405 с.

91. Шалимов М.Г. Влияние электрических железных дорог на смежные устройства. Омск: ОмИИТ, 1985. - 82 с.

92. Шваб А. Электромагнитная совместимость. М.: Энергоатомиздат, 1998.-480 с.

93. Шеннон Р. Имитационное моделирование систем искусство и наука. - М.: Мир, 1978. - 420 с.

94. Электромагнитные поля в производственных условиях. Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы СанПиН 2.2.4.1191-03. -М.: Минздрав РФ, 2003. 38 с.

95. Carson I.R. Wave propagation in overhead wires with ground return // Bell System Techn. J. 1926. V. 5. pp. 539-554.

96. Laughton M.A. Analysis of unbalanced polyphase networks by the method of phase coordinates. Part 1. System representation in phase frame of reference // Proc. ШЕЕ, 1968, v. 115, № 8, pp. 1163-1172.

97. Pollaczek F. Uber das Field einer unendlich langen Weshselstrom-durchflossenen Einfachleitung // ENT. 1926. В.З. Н.9/ S.399-359.

98. Zakaryukin V.P., Kryukov A.V. Calculations of complicated asymmetrical conditions of electric systems // The Proceedings of the International Scientific Conference on Power Industry and Market Economy: Ulaanbaatar, Mongolia, 2005. Pp. 483-487.

99. Zakaryukin V.P., Kryukov A.V. Multifunctional Mathematical Models of Railway Electric Systems // Innovation & Sustainability of Modern Railway Proceedings of ISMR'2008. Beijing: China Railway Publishing House, 2008. Pp. 504508.