EIRNUZP – Електронний інституційний репозитарій Національного університету «Запорізька політехніка»
Інституційний репозитарій Національного університету «Запорізька політехніка» – це електронний архів, що накопичує, систематизує, зберігає та забезпечує довготривалий відкритий доступ до електронних публікацій та електронних версій документів наукового та навчально-методичного призначення, авторами яких є співробітники, аспіранти, докторанти та студенти Національного університету «Запорізька політехніка».
Communities in DSpace
Select a community to browse its collections.
Recent Submissions
Підвищення ефективності впровадження та взаємодії розподіленої генерації з локальною електричною мережею
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2024) Данильченко, Д. О.; Кузнецов, Д. С.; Danylchenko, D. O.; Kuznetsov, D. S.
UK: Мета роботи. Спостерігається тенденція переходу від чисто централізованого електропостачання до комбінованого, зростає кількість місцевих розосереджених джерел електроенергії безпосередньо в розподільних електричних мережах. Розподільчі електричні мережі перетворюються в мережу з ознаками, характерними для локальної електричної системи, яка отримує живлення як від власних розподільчих електричних мереж, так і від централізованого джерела. Відновлювальна енергетика має ряд переваг, однак є і недоліки. Серед них - ускладнення функціонування електричних мереж при зростанні в них встановлених потужностей відновлюваних джерел електроенергії та нестабільність генерування через природну їх залежність від метеорологічних умов, якщо про технічні недоліки то це стосується - синусоїдності напруг і струмів та відхилень напруги, забезпечення якості електроенергії яке напряму залежить від забезпечення балансу по активній та реактивній потужності в електричній системі. Метою цієї статті є аналіз ефективності роботи пристроїв компенсації реактивної потужності як інструменту для зниження порогу інтеграції джерел розподіленої генерації в електричні мережі України. Завдання полягає в дослідженні зниження інтеграційного порогу для розподіленої генерації.
Методи дослідження. Математичне моделювання електричної системи з елементами розподіленої генерації та пристроями компенсації реактивної потужності. Досліджується вплив роботи пристроїв компенсації реактивної потужності на параметри електричної мережі. Порівняльний аналіз параметрів мережі та їх зміна при впровадженні розподіленої генерації разом з пристроями компенсації реактивної потужності та без них.
Отримані результати. Отримані результати показують, що застосування пристроїв компенсації реактивної потужності дозволяє підвищити пропускну спроможність діючих ліній електропередач і трансформаторів, що особливо ціно коли більшість схем електромережі куди інтегрується розподілена генерація має радіальний тип, тобто, фактично знижує інтеграційний поріг для відновлювальної генерації в електричні мережі. Немало важливим фактором є те що, впровадження пристроїв компенсації реактивної потужності разом з розподіленою генерацією вирішує проблему зі стабілізацією та втратою напруги в електричних мережах, а також покращує показники якості електричної енергії.
Наукова новизна. Отримав подальший розвиток метод вибору компенсаторів реактивної потужності для розподільчих мереж, що відрізняється від існуючих врахуванням наявності відновлюваних джерел енергії різних типів, що дозволяє підвищити ефективності взаємодії локальної електричної мережі з інтегрованою до неї відновлювальною генерацією.
Практична цінність. Полягає в зниженні інтеграційного порогу в електричні мережі джерел розподіленої генерації, за рахунок впровадження разом з ними пристроїв компенсації реактивної потужності, що впливає на ряд технологічних параметрів в вузлі - зниження втрат потужності та напруги, стабілізація та управління напругою, покращення показників якості електричної енергії.
EN: Purpose. There is a trend of transition from a purely centralized power supply to a combined one, the number of local decentralized sources of electricity directly in the distribution networks is increasing. Distribution electric networks are transformed into a network with features characteristic of a local electric system, which receives power both from its own distribution electric networks and from a centralized source. Renewable energy has a number of advantages, but there are also disadvantages. Among them - the complication of the operation of electric networks with the growth of the capacities of renewable sources of electricity installed in them and the instability of generation due to their natural dependence on meteorological conditions, if we talk about technical shortcomings, then this refers to the sinusoidal nature of voltages and currents and voltage deviations, ensuring the quality of electricity which directly depends on ensuring the balance of active and reactive power in the electrical system. The purpose of this article is to analyze the effectiveness of reactive power compensation devices as a tool for reducing the threshold of integration of distributed generation sources into the electrical networks of Ukraine. The task is to study the reduction of the integration threshold for distributed generation.
Research methods. Mathematical modeling of an electrical system with distributed generation elements and reactive power compensation devices. The influence of the operation of reactive power compensation devices on the parameters of the electric network is studied. Comparative analysis of network parameters and their change when implementing distributed generation together with and without reactive power compensation devices.
The results obtained. The obtained results show that the use of reactive power compensation devices makes it possible to increase the carrying capacity of operating power lines and transformers, which is especially important when most of the power system schemes where distributed generation is integrated are of radial type, i.e. it actually lowers the integration threshold for renewable generation in the electric network. A very important factor is that the introduction of reactive power compensation devices together with distributed generation solves the problem of stabilization and voltage loss in electric networks, and also improves the quality of electric energy.
Scientific novelty. The method of selecting reactive power compensators for distribution networks has been further developed, which differs from the existing ones by taking into account the presence of renewable energy sources of various types, which allows to increase the efficiency of the interaction of the local electric network with the renewable generation integrated in it.
Practical value. It consists in lowering the integration threshold of distributed generation sources into electric networks by introducing reactive power compensation devices together with them, which affects a number of technological parameters in the node - reduction of power and voltage losses, stabilization and control of voltage, improvement of electric power quality indicators.
Нечітка модель компенсації факторів старіння розподільних трансформаторів
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2024) Ноздренков, В. С.; Дяговченко, І. М.; Петровський, М. В.; Волохін, В. В.; Nozdrenkov, V. S.; Diahovchenko, I. M.; Petrovskyi, M. V.; Volokhin, V. V.
UK: Мета роботи. Метою даної роботи є проведення оцінки негативних факторів, що впливають на старіння силових розподільних трансформаторів, розробка нечіткої моделі управління засобами їх компенсації та дослідження результатів застосування запропонованої моделі для різних режимів роботи електричної мережі.
Методи дослідження. Для реалізації системи управління режимами роботи електричної мережі був використаний математичний метод нечіткої логіки.
Отримані результати. В роботі представлено структуру на основі нечіткої логіки для компенсації факторів старіння розподільних трансформаторів. Було розроблено алгоритм налаштування та розроблено заходи, спрямовані на оптимізацію рівня навантаження та коефіцієнта потужності трансформатора. Розроблена модель аналізує параметри та фактори, що впливають на нормальну роботу трансформатора, і попереджає про наявність небезпечних факторів, які становлять загрозу надійності та можуть призвести до несправності. Крім того, було проаналізовано та обговорено ефективність фотоелектричних генеруючих станцій, батарей шунтових конденсаторів і систем накопичення енергії, встановлених на стороні вторинної напруги, для збереження терміну служби розподільних трансформаторів.
Наукова новизна. В роботі отримали подальший розвиток моделі нечіткої логіки, що використовуються для оптимізації роботи електричної мережі та компенсації факторів старіння силових розподільних трансформаторів.
Практична цінність. Отримані в роботі результати можуть бути використані для побудови оптимальної системи управління режимами роботи електричної мережі, яка зменшує фактори, що прискорюють старіння силових розподільних трансформаторів.
EN: Purpose. This paper aims to evaluate the negative factors that affect the aging of power distribution transformers, develop a fuzzy control model for their compensation, and study the results of applying the proposed model to different modes of the electrical power network.
Methodology. The mathematical method of fuzzy logic was used to implement the control system of the power grid operating modes.
Findings. The article presents a structure based on fuzzy logic for compensating depreciation factors of distribution transformers. A tuning algorithm and measures were developed to optimize the transformer's load level and power factor. The developed model analyzes the parameters and factors affecting the normal operation of the transformer and warns of dangerous factors that threaten reliability and may lead to a malfunction. In addition, the efficiency of PV generating stations, shunt capacitor banks, and energy storage systems installed on the secondary voltage side to preserve the service life of distribution transformers was analyzed and discussed.
Originality. The paper further develops the fuzzy logic models used to optimize the operation of the power grid and compensate for the aging factors of power distribution transformers.
Practical value. The results obtained in the paper can be used to build an optimal system for controlling the operation modes of the electric power grid, which reduces the factors that accelerate the aging of power distribution transformers.
Розробка та дослідження методу контролю аномальної поведінки процесу доменної плавки
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2024) Сіданченко, В. В.; Sidanchenko, V. V.
UK: Мета роботи. Розробка та дослідження методу контролю доменного процесу за відсутності можливості аналітичного опису його поведінки, котрий дозволяє виявляти аномалії виробничого процесу.
Методи дослідження. У цій роботі використані методи оцінки та прогнозу часових рядів на базі алгоритму фільтра Калмана, фрактального аналізу та нелінійної динаміки.
Отримані результати. Розроблено метод, що дозволяє виконувати оцінку та прогноз нестаціонарних стохастичних процесів з невідомою аналітичною моделлю, котрий включає вбудовану процедуру виявлення аномалій, засновану на методі 3 сигм. Виконано дослідження реальних часових рядів даних про хімічний склад чавуну на випуску доменної печі. Показано, що розроблений метод дозволяє ефективно виявляти аномалії у поведінці процесу. Розглянуто можливий варіант реалізації системи управління, що використовує запропонований метод.
Наукова новизна. Вперше розроблено модифікацію субоптимального фільтра-прогнозатора калманівського типу, інваріантного до властивостей оброблюваного процесу, що дозволяє підвищити достовірність і точність прогнозу нестаціонарних процесів при неможливості отримання їх аналітичної моделі та виявляти аномалії виробничого процесу за допомогою вбудованої процедури, яка основана на використанні методу 3 сигм. Вперше проведено дослідження часових рядів даних про хімічний склад чавуну на випуску доменної печі з використанням методу 3 сигм, яке дозволило виявити зони з аномальними значеннями та викидами, які можуть свідчити про значні відхилення у поведінці виробничого процесу.
Практична цінність. Дане дослідження розширює існуючі методи контролю якості у металургійній промисловості та демонструє ефективність застосування статистичного методу 3 сигм для моніторингу та аналізу часових рядів в умовах реального виробництва. Отримані результати можуть бути використані для розробки більш точних систем управління якістю продукції та вжиття оперативних коригуючих заходів.
EN: Purpose. To develop and investigate a method for controlling the blast furnace process in the absence of an analytical description of its behavior, which allows for the detection of anomalies in the production process.
Methodology. This study utilizes methods for evaluating and forecasting time series based on the Kalman filter algorithm, fractal analysis, and nonlinear dynamics.
Findings. A method has been developed that allows for the evaluation and forecasting of non-stationary stochastic processes with an unknown analytical model. This method includes an embedded anomaly detection procedure based on the 3-sigma method. Research was conducted on real-time series data of the chemical composition of cast iron at the blast furnace output. It has been demonstrated that the developed method effectively detects anomalies in the process behavior. A possible implementation of a control system using the proposed method has been considered.
Originality. For the first time, a modification of the suboptimal Kalman-type filter-forecaster has been developed, invariant to the properties of the processed process. This modification improves the reliability and accuracy of forecasting non-stationary processes when it is impossible to obtain their analytical model and detects production process anomalies using an embedded procedure based on the 3-sigma method. For the first time, a study of time series data on the chemical composition of cast iron at the blast furnace output using the 3-sigma method has been conducted, which allowed for the identification of zones with anomalous values and outliers, indicating significant deviations in the production process behavior.
Practical value. This research expands existing quality control methods in the metallurgical industry and demonstrates the effectiveness of the statistical 3-sigma method for monitoring and analyzing time series in real production conditions. The obtained results can be used to develop more accurate quality control systems and take prompt corrective actions.
Інтелектуальна підтримка процесів пошуку та вилучення прецедентів у CBR-підході
(Національний університет «Запорізька політехніка», 2024) Швед, А. В.; Давиденко, Є. О.; Горбань, Г. В.; Shved, A. V.; Davydenko, Ye. O.; Horban, H. V.
UK: Актуальність. Ситуаційний підхід ґрунтується на використанні моделей та методів прийняття рішень у реальному часі у міру виникнення проблем відповідно до поточної ситуації. Ефективним інструментом реалізації концепцій ситуаційного підходу є метод міркувань за прецедентами. Міркування на основі прецедентів дозволяє вирішувати нові проблеми, використовуючи знання про минулі проблеми та накопичений досвід їх вирішення. Оскільки прототипи (прецеденти), що описують сценарій вирішення певної проблемної ситуації, зберігаються у бібліотеці прецедентів, їх пошук та вилучення безпосередньо визначають час відгуку системи. В цих умовах виникає необхідність пошуку шляхів вирішення актуальної науково-практичної проблеми спрямованої на оптимізацію процесу пошуку та вилучення прецедентів. Об’єктом дослідження є процеси подання та вилучення прецедентів із бібліотеки прецедентів.
Метою роботи є удосконалення процедури пошуку в CBR-підході за рахунок звуження допустимої для вирішення поточної цільової ситуації множини прецедентів, та виключення із подальшого аналізу таких прецедентів, що не відповідають заданому переліку параметрів поточної ситуації.
Метод. Методика дослідження ґрунтується на застосуванні методів теорії грубих множин для вдосконалення процедури пошуку рішень на основі міркувань за прецедентами, що покладена в основу CBR-підходу. Запропонована в роботі двоетапна процедура звуження вихідної множини прецедентів передбачає попередню фільтрацію прецедентів, значення параметрів яких належать заданим околицям відповідних параметрів цільової ситуації на першому етапі, та додаткове звуження отриманої підмножини прецедентів методами теорії грубих множин на другому етапі. Визначення R-нижньої та R-верхньої апроксимацій заданої цільової множини прецедентів у рамках нотації теорії грубих множин дозволяє розділяти (сегментувати) вихідну, доступну для вирішення поточної проблеми множину прецедентів на три підгрупи (сегменти). Пошук прототипів рішень може бути здійснено серед виділеної підмножини прецедентів, які із точністю можуть бути класифіковані як такі, що належать заданій цільовій множині; які з деякою часткою ймовірності можуть бути віднесені до заданої цільової множини, або в рамках об’єднання цих двох підмножин. Третя підмножина містить прецеденти, які безумовно не належать заданій цільовій множині і можуть бути виключені із подальшого розгляду.
Результати. Розглянуті питання подання та виведення знань на основі прецедентів. Вдосконалено процедуру пошуку прецедентів в БПр з метою зменшення часу відгуку системи, необхідного на пошук найбільш близького до поточної ситуації рішення, за рахунок звуження вихідної множини прецедентів для подальшого пошуку.
Висновки. Дістав подальшого розвитку метод міркувань за прецедентами на основі математичного апарату теорії грубих множин. Запропонований підхід, на відміну від класичного CBR-підходу, дозволяє моделювати невизначеність щодо приналежності / неприналежності прецеденту заданій цільовій множині, вилучати із подальшого розгляду прецеденти, що їй не відповідають.
EN: Context. The situational approach is based on the real-time decision-making methods for solving current problem situation. An effective tool for implementing the concept of a situational approach is an experience-based technique that widely known as сase-based reasoning approach. Reasoning by precedents allows solving new (latest) problems using knowledge and accumulated experience of previously solved problems. Since cases (precedents) describing a scenario for solving a certain problem situation are stored in the case library, their search and retrieval directly determine the system response time. In these conditions, there is a need to find ways of solving an actual scientific and practical problem aimed at optimizing case searching and extracting processes. The object of the paper is the processes of searching and extracting of cases from the case library.
Objective. The purpose of the article is to improve the process of cases searching in CBR approach by narrowing down the set of cases permissible for solving the current target situation, and excluding from further analysis such cases that do not correspond to the given set of parameters of the target situation.
Method. The research methodology is based on the application of rough set theory methods to improve the decision-making procedure based on reasoning by precedents. The proposed two-stage procedure for narrowing the initial set of cases involves preliminary filtering of precedents whose parameter values belong to the given neighborhoods of the corresponding parameters of the target situation at the first stage, and additional narrowing of the obtained subset of cases by the methods of rough set theory at the second stage. The determination of the R-lower and R-upper approximations of a given target set of cases within the notation of rough set theory allows dividing (segmenting) the original set of cases available for solving the current problem stored in case library into three subgroups (segments). The search for prototype solutions can be performed among a selected subset of cases that can be accurately classified as belonging to a given target set; which with some degree of probability can be attributed to the given target set, or within the framework of the union of these two subsets. The third subset contains cases that definitely do not belong to the given target set and can be excluded from further consideration.
Results. The problem of presentation and derivation of knowledge based on precedents has been considered. The procedure for searching for precedents in case library has been improved in order to reduce the system response time required to find the solution closest to the current problem situation by narrowing the initial set of cases.
Conclusions. The case-based reasoning approach is received the further development by segmenting cases in terms of their belonging to a given target set of precedents uses methods of the rough set theory, then the search for cases is carried out within a given segment. The proposed approach, in contrast to the classic CBR framework, uses additional knowledge derived from obtained case segment; allows modeling the uncertainty regarding the belonging / non-belonging of a case to a given target set; removing from further consideration cases that do not correspond to a given target set
On-board log and coordinate transformation for detected objects on the surface of water
(Національний університет «Запорізька політехніка», 2024) Smolij, V. M.; Smolij, N. V.; Смолій, В. М.; Смолій, Н. В.
EN: Context. The relevance of the work is to the demand for UAV technologies with the integration of artificial intelligence in today’s conditions.
Objective. The goal of the work is to develop a minimum working version of the UAV explorer and software for controlling the UAV data.
Method. The proposed mathematical description, which calculates the coordinates of the object, based on the dimensions of the original image from the camera, the dimensions of the image with which the neural network works, the angle of the field of view of the camera, the position of the UAV and the angles of roll, pitch and yaw, allows you to transfer the coordinates of the object, of the found NN, in the image to the geographical coordinates, thereby moving away from the rigid reference to the coordinates of the UAV.
Results. The problem of systematization of objects detected during the mission on the surface of water bodies was solved by creating a flight log, organizing interaction with a neural network, applying post-processing of recognized objects, mathematically transforming the coordinates of objects for display and visualization into geographic coordinates, thereby move away from the rigid reference to the coordinates of the UAV.
Conclusions. A workable logbook generation and storage system has been created, which takes into account the peculiarities of information presentation in the logbook, and ensures effective interaction of the components of the created information system within the proposed hardware and software complex, which allows organizing the process of researching water bodies using the SITL environment from the flight controller developers.
UK: Актуальність роботи обумовлена попитом на технології БПЛА з інтеграцією штучного інтелекту в умовах сьогодення.
Мета роботи – розробити мінімальну робочу версію БПЛА-дослідника та програмного забезпечення для керування даним БПЛА.
Метод. Запропоноване математичне описання, яке вираховує координати об’єкту, спираючись на розміри оригінального зображення від камери, розміри зображення з яким працює нейромережа, кут поля зору камери, положення БПЛА та кути крену, тангажу та рискання, дозволяє перенести координати об’єкту, знайденого НМ, на зображенні у географічні координати, тим самим відійти від жорсткої прив’язки до координат БПЛА.
Результати. Було вирішено проблему систематизації детектованих в ході місії об’єктів на поверхні водойм шляхом формування журналу польоту, організації взаємодії з нейромережею, застосування пост обробки розпізнаваних об’єктів, математичного перетворення координат об’єктів для відображення і візуалізації у географічних координати, тим самим відійти від жорсткої прив’язки до координат БПЛА.
Висновки. Створено працездатну систему генерації та збереження бортового журналу, яка враховує особливості представлення інформації в бортовому журналі, та забезпечує ефективну взаємодію компонентів створеної інформаційної системи у межах запропонованого апаратно-програмного комплексу, що дозволяє організувати процес дослідження водойм за допомогою середовища SITL від розробників польотного контролеру.