автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Моделирование и алгоритмизация проектирования воздушных ЛЭП с учетом электромагнитной безопасности

На правах рукописи

"У5553610

ФЁДОРОВ Дмитрий Михайлович

МОДЕЛИРОВАНИЕ И АЛГОРИТМИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ВОЗДУШНЫХ ЛЭП С УЧЁТОМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

Специальность: 05.13.12 - Системы автоматизации проектирования

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

23 ОКТ 2014

/

Воронеж - 2014

005553610

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Воронежский государственный технический университет»

Научный руководитель

Питолин Владимир Михайлович,

доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты:

Ведущая организация

Ус Николай Александрович, доктор технических наук, профессор, Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил «Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» (г. Воронеж) Министерство обороны Российской Федерации, профессор кафедры автоматизации управления летательными аппаратами (и вычислительных систем);

Андреков Игорь Константинович, кандидат технических наук, доцент, закрытое акционерное общество «Исследования по радиоконтролю и системные разработки», ведущий инженер

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Воронежский государственный университет»

Защита состоится 5 декабря 2014 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.034.03, созданного на базе Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Воронежская государственная лесотехническая академия» по адресу: 394087, г. СТ. Воронеж, ул. Тимирязева, 8, ауд. 240 /

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Воронежская государственная лесотехническая академия» и на сайте www.vglta.ru

Автореферат разослан «03» октября 2014 г.

Ученый секретарь / [! :

диссертационного совета 'Щи у А- Анциферова Валентина Ивановна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время процесс проектирования воздушных линий электропередач (ВЛЭП) с учётом электромагнитной безопасности представляет собой комплекс многоплановых задач высокой сложности, требующих значительных материальных и временных затрат. Жесткая рыночная конкуренция, технологии прокладки воздушных линий электропередач, развивающиеся высокими темпами, появление новых материалов, повышение надёжности в сочетании с уровнем безопасности воздушных линий электропередач, в том числе и по электромагнитному фактору, обусловливают всё более широкое использование систем автоматизированного проектирования (САПР) при разработке воздушных линий электропередач. САПР, позволяющие решать такого рода задачи, на сегодняшний день очень дороги и специфичны. Всё это делает многие из данных систем недоступными для большинства предприятий различной формы собственности.

Уменьшения воздействия поля можно добиться тремя способами: организационными, инженерно-техническими, лечебно-профилактическими. На стадии проектирования объекта это достигается выбором оптимального комплекса способов и средств защиты от электромагнитного поля воздушных линий электропередач, реализуемого программным комплексом САПР.

Учитывая вышесказанное, целесообразна разработка средств автоматизации, обеспечивающих оптимальное проектирование воздушных линий электропередач с учётом электромагнитной безопасности.

Актуальность темы диссертации определяется необходимостью разработки соответствующих алгоритмов и математических моделей, информационного и программного обеспечения для оптимизации проектирования воздушных линий электропередач с учётом электромагнитной безопасности. Разработанные методы позволят осуществить оптимизацию биологически опасной зоны (БОЗ) воздушных линий электропередач с учётом технических и технологических критериев и ограничений.

Данная диссертационная работа выполнена в рамках научного направления ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» «САПР и системы автоматизации производства», а также в соответствии с ГБ НИР 2010.01 «Моделирование процессов принятия решений при автоматизированном проектировании электронных и электротехнических устройств».

Объектом исследования является автоматизированное проектирование воздушных линий электропередач.

Предметом исследования выступают модели и алгоритмы автоматизированного проектирования воздушных линий электропередач.

Цель исследования состоит в создании алгоритмов, моделей, информационного и программного обеспечения оптимального проектирования воздушных линий электропередач с учётом электромагнитной безопасности.

Для ее достижения необходимо решить следующие основные задачи:

- выполнить анализ процедур оптимального проектирования воздушных линий электропередач, принципов методов моделирования;

- провести анализ характеристик и возможностей современных программных систем проектирования воздушных линий электропередач;

- предложить математические модели прогнозирования пространственного распределения электромагнитного поля (ЭМП) воздушных линий электропередач различной конфигурации;

- сформировать математические модели влияния зелёных насаждений с различными электрофизическими свойствами на пространственное распределение ЭМП воздушных линий электропередач;

- реализовать разработку алгоритмов оптимизации БОЗ воздушных линий электропередач;

- разработать структуру информационной подсистемы проектирования;

- осуществить разработку структуры комплекса программных средств, реализующих модели и алгоритмы оптимального проектирования воздушных линий электропередач с учётом электромагнитной безопасности (ЭМБ).

Методика исследования. Для решения поставленных задач используются основные положения электротехники и электроники, теоретические основы построения САПР, теории ЭМП, объектно-ориентированное программирование, оптимизация, методы математического моделирования, численные методы.

Научная новизна. В результате проведённого исследования получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной:

- математические модели пространственного распределения ЭМП воздушных линий электропередач различной конфигурации, основанные на конечно-разностном представлении неоднородного дифференциального уравнения Лапласа и использовании метода зеркального отражения, отличающиеся учетом влияния подстилающей поверхности;

- математическая модель пространственного распределения ЭМП воздушных линий электропередач, отличающаяся учётом электрофизических параметров полосы лесных насаждений, в основу которой положены результаты решения граничной электродинамической задачи;

- двухэтапный алгоритм проектирования воздушных линий электропередач в условиях городской застройки, отличающийся учётом влияния древесных насаждений, основанный на использовании генетического алгоритма для грубой трассировки воздушных линий электропередач на этапе глобальной оптимизации и последующем уточнении трассы при использовании процедуры локальной оптимизации, основанной на применении одного из следующих методов: золотого сечения и метода «ветвей и границ»;

- структура специализированного программного обеспечения, отличающаяся интеграцией процедур анализа и синтеза воздушных линий электропередач с учетом естественных и искусственных экранов, основанных на объектно-ориентированном подходе и использовании базы данных материальных параметров, полученных путем численного моделирования в пакете Microwave Stu-

dio CST, а также путем проведения натурных экспериментальных исследований.

На защиту выносятся следующие основные научные положения:

- математические модели пространственного распределения ЭМП воздушных линий электропередач;

- двухэтапный алгоритм проектирования воздушных линий электропередач в условиях городской застройки;

- структура специализированного программного обеспечения, интегрирующая процедуры анализа и синтеза воздушных линий электропередач.

Практическая значимость работы и результаты внедрения. На основе предложенных методов, модулей и алгоритмов разработана программная подсистема реализации алгоритма проектирования воздушных линий электропередач с учётом электромагнитной безопасности. Её применение даёт возможность уменьшить временные затраты на проектирование воздушных линий электропередач и повысить эффективность защиты обслуживающего персонала и населения от вредного и опасного воздействия ЭМП.

Компоненты математического и программного обеспечения прошли регистрацию в Федеральном государственном автономном научном учреждении «Центр информационных технологий и систем органов исполнительной власти».

Результаты исследований внедрены в проектно изыскательном институте ООО «РосЭнергоПроект» и в учебном процессе ФГБОУ ВПО «ВГТУ» на кафедре «Электромеханические системы и электроснабжение» по дисциплине «Электрические сети и системы» при подготовке специалистов и бакалавров направления 110800 «Агроинженерия».

Соответствие паспорту специальности. Согласно паспорту специальности 05.13.12 — Системы автоматизации проектирования, задачи, рассмотренные в диссертации, соответствуют областям исследований:

1. Методология автоматизированного проектирования в технике, включая постановку, формализацию и типизацию проектных процедур, вопросы выбора методов и средств для проектирования в САПР.

3. Разработка научных основ построения средств САПР, разработка и исследование моделей, алгоритмов и методов для синтеза и анализа проектных решений, включая конструкторские решения в САПР.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на следующих семинарах и конференциях: Всероссийской конференции «Новые технологии в научных исследования, проектировании, управлении, производстве» (Воронеж, 2010-2011, 2013); Всероссийской конференции «Интеллектуальные информационные системы» (Воронеж, 2010-2011, 20132014); Международной конференции «Системные проблемы надёжности, качества, информационно-телекоммуникационных и электронных технологий в инновационных проектах» (Москва, 2011); Международном лектории, посвященном 30-летию кафедры «Системы автоматизированного проектирования и ин-

формационные системы» Воронежского государственного технического университета и памяти ведущих учёных в области САПР (Воронеж, 2014), а также на научных конференциях профессорско-преподавательского состава ВГТУ (Воронеж, 2010-2013).

Публикации результатов работы. По материалам диссертационного исследования было опубликовано 16 научных работ, в том числе 3 - в перечне рецензируемых научных журналов и изданий, определённого ВАК РФ. В работах, приведенных в конце автореферата и опубликованных в соавторстве, лично соискателю принадлежат: [4] - свидетельство о государственной регистрации программы для электронных вычислительных машин [6, 14] - анализ мероприятий, методов и средств защиты от ЭМП воздушных линий электропередач, определение цели и постановка задач исследования; [1] - модели пространственного распределения ЭМП воздушных линий электропередач с учётом естественных экранов; [11] - алгоритм моделирования трехфазной ВЛЭП произвольной геометрии; [2, 3, 15] - оптимизационная модель и комплекс алгоритмов реализующих процессы моделирования воздушных линий электропередач с учётом естественных экранов; [12, 13] - ЭМБ воздействия на окружающую природную среду и человека;[5, 7] - структура программных средств комплексного двухэтапного метода оптимизации проектирования воздушных линий электропередач; [8, 9, 10, 16] - структура организации автоматизации проектирования воздушных линий электропередач с учётом ЭМБ. В печатных работах всего 47 е., лично автором выполнено 26 с.

Структура и объём работы. Диссертационная работа включает в себя введение, четыре раздела с выводами, заключение и список использованной литературы из 110 наименований, содержит 155 страниц, 6 таблиц, 54 рисунка.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, сформулированы цели и задачи исследования, отражена научная новизна и практическая значимость полученных результатов, приведено краткое содержание диссертации по разделам.

В первом разделе для решения задач диссертационного исследования ВЛЭП рассматривается как объект автоматизированного проектирования с учётом ЭМБ. Определены варианты нормирования электромагнитных полей с учётом особенностей ВЛЭП различной конфигурации. Выбраны и обоснованы критерии для моделирования и оценки эффективности полученных результатов.

Проанализированы возможности наиболее известных программных систем: Hewlett-Packard, Ansoft и Applied Wave Research (AWR), позволяющих производить, моделирование распределения ЭМП воздушных линий электропередач различной конфигурации с учетом естественных экранов. Из отечественных разработчиков следует отметить фирму «CSoft Development», разработавшую систему Model Studio CS ЛЭП 2.0. Но возможности данной системы не позволяют выполнить оптимизацию воздушных линий электропередач по крите-

рию ЭМБ. Пакеты прикладных программ можно разделить на два класса: прикладные программы для средних и малых предприятий, способные обрабатывать исходные данные малого объёма на вычислительной технике среднего класса стоимостью, достигающей десятков тысяч долларов, и профессиональные программы, разработанные для работы на мощных электронно-вычислительных машинах стоимостью до нескольких миллионов долларов. Отмечено, что модели, использованные для описания распределения ЭМП воздушных линий электропередач, носят общетеоретический характер и не ориентированы на решение прикладных задач анализа пространственного распределения поля в воздушной ЛЭП различной конфигурации с учётом естественных экранов.

В ходе изучения классификации защитных способов и средств были выбраны оптимальные методы автоматизированного проектирования воздушных линий электропередач, приведённые ниже: рациональное размещение излучающих и облучающих объектов и инженерно технические методы защиты от поля в виде естественных экранов, исходя из этого разработали схему проектирования воздушных линий электропередач с учетом ЭМБ, на основе которой создана структура процедур проектирования ВЛЭП по критерию ЭМБ, приведенные на рис. 1 и рис. 2 соответственно.

Рис. 1. Схема процесса проектирования воздушных линий электропередач с учетом ЭМБ

Рис. 2. Структура процедур проектирования воздушных линий электропередач с учётом ЭМБ

На основе анализа сделан вывод о необходимости разработки модели пространственного распределения поля, отражающей специфику моделирования и алгоритмизации проектирования воздушных ЛЭП с учётом ЭМБ и обеспечивающей возможность получения результатов, удовлетворяющих требованиям ГОСТ 12.1.002-84, алгоритмов и программных средств, реализуемых в виде подсистемы оптимального проектирования воздушных линий электропередач с учётом ЭМБ. Сформулированы цель и задачи исследования.

Во втором разделе предложена и обоснована математическая модель пространственного распределения ЭМП воздушных линий электропередач различной конфигурации с учётом влияния зелёных насаждений.

В работе предложена модель анализа поля воздушных линий электропередач в ближней зоне. За основу взята система уравнений Максвелла:

го«я = У+?€:; (1)

М Ш (2)

ШЕ = -

Л

аыв = 0; (3)

(Ну О = (/IV (еецЕ) = (4)

При численной реализации модели проведена её трансформация в удобную для задания и расчёта на языке математического моделирования форму. При расчёте используется метод зеркальных отображений, а также метод наложения, что справедливо для рассматриваемого типа полей (рис. 3).

Рис. 3. Графическая иллюстрация расчета напряжённости ЭМП по методу зеркальных отображений

Потенциал в точке Р, расположенной на уровне двух метров от земной поверхности, создаваемый фазой А, определяется

^ЙГ^ТГ- (5)

Аналогично находим потенциал от фаз В, С. Проведем необходимые математические вычисления, учитывая, что

Е = ас1(р. (6)

Находим модуль суммарного вектора Е^ и ЕЛу в точке Р

Искомая напряжённость электрической составляющей ЭМП определяется из выражения

Е = р;+Еу2 . (8)

Используем конечно-разностный метод численного решения уравнения Лапласа с граничными условиями для электрической компоненты поля

Д<г> = 0 (9)

где i,j - соприкасающиеся области структуры с разной диэлектрической проницаемостью. Потенциал <р принят равным нулю на земной поверхности, а в точках расположения проводов потенциал задается с учетом фазы в комплексном виде.

Параметры модели структуры «высоковольтная линия - лесополоса», в которой диэлектрическая проницаемость эквивалентного посадке однородного диэлектрика определяется как

с . у + F .у

древ. древ. своб. своп. ., „.

-у-> (10)

где * = и К)ре«. - диэлектрическая проницаемость древесины и занимаемо

мый ею объем пространства соответственно; еао6 = 1 и Vuo6 - диэлектрическая проницаемость свободного пространства и соответствующее значение объема; Vz - общий объем области, соответствующий модельному представлению дерева.

Потенциал в координатной сетки определяется формулой

_ £м.Г <Pmj + £t.M ■ <Pi.¡*\ + £-i j • <Pí-xj + £,j-x • <P,j-x ,.n

E +f +£ +Г ' ^ '

bMJ * blJ* 1 T üi-l J T "ij-1

В третьем разделе для решения задачи проектирования ВЛЭП различной конфигурации с учётом естественных экранов проведен анализ ограничений при оптимизации БОЗ воздушных линий электропередач, в результате которого выбраны пределы расстояния между перпендикулярами, опущенными от крайних проводов на землю и селитебной зоной, определены допустимые пределы изменения высоты подвеса проводов с учётом особенностей воздушных линий электропередач.

В качестве целевой функции оптимизационной задачи проектирования воздушных линий электропередач различной конфигурации с учётом естественных экранов предложена функция приемлемого риска:

Fv(Zl...Z..R,..^J=±wrZl±R{x¡,yl,xJ,y¡)^mÍn-^(Zj,R¡} (12)

где = = г, (х;,у,), П - количество факторов оптимизации, т - ко-

личество источников излучения, {х1,у1) - координаты точек размещения перпендикуляра, опущенного на землю от крайних проводов воздушных линий электропередач, (х,,у,) - координаты точек размещения человека, 2,- - экономические затраты, обусловленные эксплуатацией источника излучения; лу - коэффициент, определяющий время пребывания человека в санитарно-защитной зоне, Л - энергетическая нагрузка в точке {хпу,) оту'-й БОЗ, расположенной в

точке [х],У]),

где 5 - ограничение времени пребывания человека.

/е{р},/6{/>}, (14)

где Р - множество точек возможного размещения БОЗ воздушных линий электропередач на заданном участке местности:

где а, Ь - максимальные габариты БОЗ воздушных линий электропередач по координате х; с, <1 - максимальные габариты БОЗ по координате у .

Решение задачи начинается с определения неразрывной связки У) воздушных линий электропередач с селитебной зоной, при этом между ними устанавливается неизменное для всех этапов моделирования усредненное расстояние I. Для всех связок У) задается область приемлемого размещения Л,- в пределах /4/.

На первом этапе решения оптимизационной задачи производится глобальная оптимизация посредством вызова функции адаптированного генетического алгоритма из пакета прикладных программ МаНаЬ. Определяется список м, в который входят все Уп отсортированные в следующем порядке: участок прокладки ВЛЭП Л,, радиус санитарно-защитной зоны (СЗЗ) для воздушных линий электропередач в связке Уу. Область, выделеную для прокладки участка воздушных линий электропередач А1, разделяем на зоны в, для расположения связок у,. Лицо, принимающее решение (ЛИР), устанавливает приоритетность заполнения связками у; посредством определения весового коэффициента, который является численным выражением приоритетности для зон вг Убывающий порядок приоритетности расположения зон в1 составляется в список л/1. Весовой коэффициент характеризуется как целочисленный и неповторяющийся для участка местности А\.

Первоначальный шаг алгоритма производит последовательное размещение связок ^ по порядку, определенному в списке М Первый шаг повторяется до момента размещения всего списка М.

(13)

Алгоритм поиска оптимального расположения связок «воздушные линии электропередачи - селитебная зона», начиная со второго шага, основан на применении следующих методов: «ветвей и границ», золотого сечения. Использование метода «ветвей и границ» позволяет на задачах малой размерности быстро достигнуть результата, метод золотого сечения позволяет осуществлять поиск локального минимума с динамичным изменением функции.

Третий шаг - ЛПР производит перекомпоновку связок. На этом шаге участие ЛПР необходимо для корректировки полученных результатов и упрощения задания начальных данных и ограничений входными параметрами (ВП).

Четвёртый шаг - нахождение наиболее оптимальных позиций размещения связок на области приемлемого размещения О и вариантов расположения опор ВЛЭП по отношению к точкам расположения жилых помещений.

Пятый шаг - повтор шагов два и три до получения оптимального результата, определяемого по значению целевой функции.

Структурная схема алгоритма комплексной двухэтапной процедуры оп-

«ВЛЭП - селитебная зона»; где N1 - количество итераций при оптимизации ГА; N2 - количество итераций при оптимизации ВиГ

Четвёртый раздел посвящен разработке информационных и программных средств процедур моделирования и оптимального проектирования воздушных линий электропередач различной конфигурации с учётом естественных экранов. Структура программного обеспечения приведена на рис. 5.

Система математических методов

Расчетный модуль

Интерфейс

Интерпретатор языка Ма1Са<1

Редактор МагСас!

Модуль расчета ЭМП

Модуль визуализации

Интерфейс

Модуль ввода и корректировки данных

Модуль управления

Интерфейс

Запись в файл Чтение из фай-

Вывод результата

Рис. 5. Модульная структура программного обеспечения Разработанная структура специализированного программного обеспечения включает процедуры расчета и оптимизации, интегрирована в программную систему МаЙгСас! и позволяет моделировать пространственное распределе-

Участок местности

1. Площадь

Номенклатура контролируемых параметров

Параметры подстилающей поверхности

1 1

Карта

1. Зона размещения лесополосы 2. Зона размещения ВЛЭП 3. Безопасная зона

Si <> a - методов ш- Ветвей и границ

1 * 1

Связка (зона размещения человека - безопасная зона для человека)

1. ВЛЭП 2. Зона размещения человека 3. Зона допустимого размещения человека 4.Оптимизация связки «ВЛЭП - селитебная зона» 1 | MethLab

Генетический алгоритм

L----------__

Золотое сечение

Лесополоса

1. Координаты

2. Высота 3. Тип деревьев 4. Тип лесополосы

1 * 1

ВЛЭП

1. Координаты опор 2. Высота 3. Тип подвеса 4. Количество проводов в фазе э. Расстояние между проводами 6. Провисание проводов 7. Напряжение ЛЭП

МаШСай

1 ♦ 1

Определение пространственного распределения ЭМП - Модуль расчета ЭМП

1 Mind | База данных

Рис. 6. Архитектура интегрированной информационной среды для автоматизированного проектирования воздушных линий электропередач с учётом ЭМБ

конфигурации с учётом естественных экранов.

Информационное обеспечение программной подсистемы включает в себя модули следующих данных: параметры воздушных линий электропередач, параметры допустимого размещения селитебной зоны, параметры связок «воздушные линии электропередачи -лесополоса - селитебная зона»; архитектура интегрированной информационной среды приведена на рис. 6.

На основе результатов функционирования программных и информационных средств подсистемы, реализующих разработанный алгоритм оптимального проектирования воздушных линий электропередач, сделан вывод о рациональности использования следующих методов защиты от ЭМП: рационального размещения излучающих объектов и инженерно-технических методов в виде дифракционных экранов и средств индивидуальной защиты.

Влияние диэлектрической проницаемости эквивалентного однородного диэлектрика ег на структуру электрической составляющей напряжённости поля проиллюстрировано на диаграмме, представленной на рис. 7.

* нздертга применения средства защиты

* социальные выплаты ог применении средства зашиты

МеТПЛТ.ПШЛГТМ

внедрение средина сип.

Рис. 7. Пространственное распределение напряжённости поля ВЛЭП В результате решения задачи оптимизации проектирования воздушных линий электропередач с учетом ЭМБ были определены затраты и издержки при

применении ¿-го средства защиты и обработки данных показателей энергетической экспозиции, которую получал обслуживающий персонал, при применении ьго метода или средства защиты были получены значения, которые представлены на рис. 8.

С применением численного приема квантификации опасностей, т.е. ввода количественной характеристики для оценки качественно определяемых понятий, были определены приемлемый риск для биологического объекта при использовании ¡-го метода или средства защиты от ЭМП (рис. 9). Примечание к рис. 8 и 9: РРИО - рациональное размещение излучающих объектов; А - автоматизация; Р - роботизация; ЭИ - экранирование источников; ДЭ — дифракционные экраны; СИЗ - средства индивидуальной защиты; ЛПМ — лечебно-профилактические мероприятия.

Рис. 8. Диаграмма зависимости экономических затрат от применяемых методов защиты

35в00110 £ 3000000 ¿500(100

| гооооло ■е-

5 15(,оооо I

| мвоооо 5

г 500(100

мегсдьпаиипы

Рис. 9. Диаграмма зависимости значения целевой функции от применяемых методов защиты

Жилой район

С использованием программных и информационных средств подсистемы проведено моделирование распределения поля воздушных линий электропередач с визуализацией результатов графического моделирования воздушных линий электропередач для населения и обслуживающегося персонала с учётом ЭМБ в районе ВОГРЭСа и улицы Транспортной, г. Воронеж (рис. 10).

Рис. 10. Визуализация результатов моделирования ВЛЭП с учётом ЭМБ в районе улицы Транспортной, г. Воронеж

На рис. 10 представлены границы санитарно-защитной зоны по уровню напряжённости воздушных линий электропередач. На рис. 10 а санитарно-защитная зона с предельно допустимым уровнем напряжённости 0,5 кВ/м элек-

трической компоненты ЭМП для жилья до оптимизации; рис. 10 б санитарно-защитная зона для жилья после оптимизации.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Проведён анализ комплекса организационных, инженерно-технических мероприятий и нормативных документов, регламентирующих обеспечение ЭМБ проектируемых ВЛЭП. На его основе сделан вывод о необходимости разработки средств автоматизации проектирования воздушных линий электропередач, использование которых позволяет реализовать выбранные инженерно-технические мероприятия.

2. Проведён сравнительный анализ существующих программных средств и систем, позволяющих решать задачи моделирования распределения ЭМП воздушных линий электропередач. На основе анализа сделан вывод о необходимости разработки специализированного программного комплекса.

3. Предложена математическая модель пространственного распределения ЭМП в воздушных линиях электропередачи различной конфигурации, основанная на конечно-разностном представлении неоднородного дифференциального уравнения Лапласа и использовании метода зеркального отражения с учетом влияния подстилающей поверхности.

4. Разработана математическая модель пространственного распределения ЭМП воздушных линий электропередачи, отличающаяся учётом электрофизических параметров полосы лесных насаждений, в основу которой положены результаты решения граничной электродинамической задачи.

5. Проведён анализ распределения электрической составляющей напряжённости ЭМП, создаваемого различными воздушными линиями электропередачи.

6. Предложена целевая функция оптимизационной задачи проектирования воздушных линий электропередач, в качестве которой взята функция приемлемого риска, позволяющая снизить экономические затраты и уровень поля в селитебной зоне.

7. Разработан последовательный алгоритм оптимизации БОЗ воздушных линий электропередач, отличающийся быстрой сходимостью и обеспечивающий снижение уровня напряжённости электрической компоненты ЭМП воздушных линий электропередачи.

8. Разработан комплекс программных средств подсистемы, реализующий модели прогнозирования пространственного распределения ЭМП и алгоритмы оптимального проектирования воздушных линий электропередач различной конфигурации с учётом ЭМБ.

9. С помощью разработанных программных средств осуществлено проектирование и проведена оптимизация воздушных линий электропередач по критерию электромагнитной безопасности, это позволило оценить адекватность и эффективность предложенных средств.

Разработанное программное и информационное обеспечение внедрено в практику проектных работ проектно-изыскательского института ООО «Рос-ЭнергоПроект» в виде разработанных моделей, алгоритмов и программных средств оптимальной прокладки воздушных линий электропередачи в селитебной зоне с учётом ЭМБ. Ожидаемый экономический эффект от использования вышеназванных результатов составляет 954 тысячи рублей. Используется в учебном процессе ВГТУ на кафедре электромеханических систем и электроснабжения.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

Публикации в перечне рецензируемых научных журналов и изданий, определённого ВАК Минобрнауки России

1. Питолин В. М. Моделирование распределения электромагнитного поля воздушных линий электропередач методом зеркальных отображений [Текст] / В. М. Питолин, М. Н. Фёдоров, Д. М. Фёдоров // Вестник Воронежского государственного технического университета. - 2011. - Т. 7. - №8. - С. 9-12.

2. Питолин В. М. Математическое моделирование влияние древесных насаждений на структуру электромагнитного поля высоковольтных линий электропередачи [Текст] / В. М. Питолин, Д. М. Фёдоров // Вестник Воронежского государственного технического университета. - 2012. - Т. 8. - №3. - С. 13-16.

3. Фёдоров Д. М. Разработка комплексного двухэтапного алгоритма оптимизации ВЛЭП с учётом электромагнитной безопасности [Текст] / Д. М. Фёдоров, В. М. Питолин // Вестник Воронежского государственного технического университета. -2013.-Т. 9.-№6.1.-С. 4-8.

Свидетельство на программу для электронных вычислительных машин

4. Фёдоров Д. М. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ «Подсистема проектирования ВЛЭП с учётом ЭМБ»: № 50201450389 / Д. М. Фёдоров, В. М. Питолин // ФГАНУ «Центр информационных технологий и систем органов исполнительной власти». - М., 02.06.2014.

Статьи и материалы конференций

5. Питолин В. М. Математическая модель распределения напряжённости электрической компоненты ЭМП воздушной ЛЭП [Текст] / В. М. Питолин, Д. М. Фёдоров // Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве: труды Всерос. конф. - Воронеж, 2010. - С. 26-27.

6. Питолин В. М. Алгоритм расчета электромагнитных полей трехфазной линии произвольной геометрии [Текст] / В. М. Питолин, Д. М. Фёдоров // Интеллектуальные информационные системы: труды Всерос. конф. - Воронеж, 2010. - С. 40-41.

7. Питолин В. М. Экспертная СУБД экологической безопасности [Текст] / В. М. Питолин, Д. М. Фёдоров II Интеллектуальные информационные системы: труды Всерос. конф. - Воронеж, 2010. - С. 51.

8. Питолин В. М. Оптимизация выбора методов и средств защиты от электромагнитных полей высоковольтных ВЛЭП [Текст] / В. М. Питолин, Д. М. Фёдоров // Интеллектуальные информационные системы: труды Всерос. конф. - Воронеж, 2011. -С. 27-28

9. Питолин В. М. Оценка эффективности комплексного двухэтапного метода оптимизации формы биологически опасной зоны ВЛЭП [Текст] / В. М. Питолин, Д.

М. Фёдоров // Системные проблемы надёжности, качества, информационно-телекоммуникационных и электронных технологий в инновационных проектах: материалы междунар. конф. и Рос. науч. школы. - М.: Энергоатомиздат, 2011.ч. 2 - С. 156159.

10. Фёдоров Д. М. Графические средства визуализации результатов проектирования ВЛЭП с учётом фактора электромагнитной безопасности [Текст] / Д. М. Фёдоров, В. М. Питолин // Интеллектуальные информационные системы: труды Всерос. конф. - Воронеж, 2013. - С. 72-74.

И. Питолин В. М. Структура программных средств проектирования ВЛЭП по принципу электромагнитной безопасности [Текст] / В. М. Питолин, Д. М. Фёдоров // Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве: труды Всерос. конф. - Воронеж, 2013. - С. 14-15.

12. Фёдоров Д. М. Архитектура интегрированной информационной среды для автоматизированного проектирования воздушных линий электропередачи с учетом электромагнитной безопасности [Текст] / Д. М. Фёдоров // Моделирование систем и процессов. 2013. № 3 - С. 58-60.

13. Фёдоров Д. М. Организация программного обеспечения автоматизации проектирования воздушных линий электропередачи с учетом электромагнитной безопасности [Текст] / Д. М. Фёдоров // Моделирование систем и процессов. 2013. № 3 - С. 61-64.

14. Фёдоров Д. М. Структура процедур автоматизированного проектирования воздушных линий электропередачи с учетом электромагнитной безопасности [Текст] / Д. М. Фёдоров // Моделирование систем и процессов. 2013. № 3 - С. 64-67.

15. Фёдоров Д. М. Прогнозирование геометрической структуры биологически опасной зоны ВЛЭП с напряжением 110 кВ [Текст] / Д. М. Фёдоров, В. М. Питолин // Интеллектуальные информационные системы: труды Всерос. конф. - Воронеж, 2014. -С. 83-85.

16. Фёдоров Д. М. Интегрированная информационная среда для автоматизированного проектирования ВЛЭП с учётом электромагнитной безопасности [Текст] / Д. М. Фёдоров, В. М. Питолин // Труды Международного лектория, посвящённого 30-летию кафедры «Системы автоматизированного проектирования и информационные системы» Воронежского государственного технического университета и памяти ведущих учёных в области САПР. - Воронеж, 2014. ч. 1 - С. 168-170.

Подписано в печать 01.10.2014. Формат 60x90/16. Объем 1 п.л. Усл. печ. л. 1. Тираж 100 экз. Заказ 475 Отпечатано в УОП ФГБОУ ВПО «ВГЛТА» 394087, г. Воронеж, ул. Докучаева, 10