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
Можливості імплементації в релейному захисті алгоритму пошуку перед аварійних експлуатаційних умов шляхом використання нейронної мережі з підкріплюваним навчанням
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2025) Цюпа, В. М.; Данильченко, Д. О.; Tsiupa, V. M.; Danylchenko, D. O.
UK: Мета роботи. Метою статті є розробка та апробація нового методу пошуку граничних та перед аварійних режимів в енергосистемах для задачі розрахунку уставок релейного захисту. Запропонований підхід базується на інтеграції графових нейронних мереж із глибинним навчанням з підкріпленням (ГНП) та спрямований на суттєве скорочення часу обчислень при збереженні високої точності та забезпеченні селективності захисту.
Методи дослідження. У роботі використано методологію марковських процесів прийняття рішень для формалізації задачі пошуку граничних та передаварійних режимів. Для вилучення структурної інформації з енергосистеми застосовано графові нейронні мережі, а оптимальні стратегії дій агента сформовано за допомогою глибинного навчання з підкріпленням. Додатково розроблено дворівневу навчальну схему GLFE (кероване навчання та вільне дослідження), яка забезпечує стабільну збіжність алгоритму та прискорює навчання. Експерименти проведено на тестовій системі IEEE 39-шин з використанням сценарного моделювання.
Отримані результати. Показано, що застосування графової нейронної мережі з ГНП дозволяє скоротити обчислювальні витрати у 10–1000 разів порівняно з традиційними методами перебору. Точність прогнозування досягає понад 90%, а e-точність перевищує 98%. Запропонований метод демонструє високу ефективність як у задачах визначення максимальних струмів короткого замикання для миттєвого струмового захисту, так і у масштабованих сценаріях на великих системах.
Наукова новизна. Уперше запропоновано інтеграцію графових нейронних мереж для вирішення задачі пошуку граничних та передаварійних режимів у релейному захисті. Розроблено унікальну дворівневу навчальну схему GLFE, яка поєднує елементи контрольованого та неконтрольованого навчання. Це дозволило досягти високої точності при значному зменшенні кількості навчальних прикладів.
Практична цінність. Результати дослідження можуть бути використані при розробці інтелектуальних систем релейного захисту та автоматизації електроенергетичних мереж. Запропонований метод здатний адаптуватися до умов швидкозмінних режимів роботи енергосистем із високою часткою відновлюваних джерел. Крім того, архітектура може бути легко адаптована для розв’язання інших задач оптимізації та управління у складних енергетичних середовищах.
EN: Purpose. The purpose of this paper is to develop and validate a novel method for searching critical and pre-fault operating conditions in power systems for relay protection setting calculation. The proposed approach is based on the integration of graph neural networks with deep reinforcement learning (GNN-DRL) and aims to significantly reduce computational time while maintaining high accuracy and ensuring protection selectivity.
Findings. It is demonstrated that the proposed GNN-DRL method achieves a 10–1000 times reduction in computational overhead compared to traditional brute-force approaches. The prediction accuracy exceeds 90%, while e-accuracy surpasses 98%. The method proves to be highly effective both in determining maximum fault currents for instantaneous overcurrent protection and in large-scale scenarios on extended test systems.
Originality. For the first time, the integration of graph neural networks with the Dueling Double Deep Q Network algorithm is proposed to solve the problem of searching for critical and pre-fault operating conditions in relay protection. A unique two-stage training framework, GLFE, is developed, combining elements of supervised and unsupervised learning. This enables high prediction accuracy while requiring significantly fewer training samples.
Practical value. The results of this study can be applied in the design of intelligent relay protection and automation systems for electric power networks. The proposed method is capable of adapting to fast-changing conditions in power systems with high penetration of renewable energy. Furthermore, the architecture can be extended to other optimization and control problems in complex energy environments.
Аналіз особливих режимів промислових електричних мереж з ізольованою нейтраллю
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2025) Папаїка, Ю. А.; Лисенко, О. Г.; Малишко, М. М.; Удовик, О. В.; Papaika, Yu. A.; Lysenko, O. G.; Malyshko, M. M.; Udovyk, O. V.
UK: Мета роботи. Розробка методичних та технічних рішень, спрямованих на підвищення енергоефективності та забезпечення надійності систем електропостачання промислових підприємств.
Методи дослідження. Використано системний аналіз режимів роботи систем електропостачання, експериментальні вимірювання із застосуванням апаратно-програмних комплексів та аналіз їх впливу на показники надійності й якості електропостачання.
Отримані результати. Запропоновано підхід до формування режимів роботи систем електропостачання, що сприяє підвищенню енергоефективності. Проведено дослідження впливу перехідних процесів на якість електроенергії та обґрунтовано практичні рекомендації щодо оптимізації функціонування енергоємних підприємств.
Наукова новизна. Розробка методу контролю параметрів ізоляції електричних мереж під робочою напругою 6-10 кВ.
Практична цінність. У роботі розроблено комплексний підхід до підвищення енергоефективності та надійності електропостачання, результати можуть бути використані при модернізації енергосистем промислових підприємств.
EN: Purpose. Development of methodological and technical solutions aimed at improving energy efficiency and ensuring the reliability of power supply systems of industrial enterprises.
Methodology. System analysis of operating modes of power supply systems, experimental measurements using hardware–software complexes, and assessment of their impact on reliability and power quality indicators.
Results obtained. An approach to the formation of operating modes of power supply systems that contributes to improving energy efficiency has been proposed. The influence of transient processes on power quality has been investigated, and practical recommendations for optimizing the operation of energy-intensive enterprises have been substantiated.
Scientific Novelty. An innovative methodology for monitoring the insulation parameters of electrical networks operating at 6–10 kV has been developed, enabling diagnostics under real operating conditions.
Practical Value. The study proposes a comprehensive framework aimed at enhancing the energy efficiency and reliability of power supply systems. The obtained results are applicable to the modernization and optimization of industrial power networks.
Specific features of modeling distributed generation within electrical network structures using different software packages
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2025) Smirnov, D. V.; Danylchenko, D. O.; Смірнов, Д. В.; Данильченко, Д. О.
EN: Purpose. The purpose of this study is to investigate the specific features of modeling distributed generation in the structure of electrical networks using different software packages. The work aims to identify the software that provides the necessary functionality, accuracy of calculations, ease of use, and license availability, while also considering the specific characteristics of Ukrainian electrical networks.
Methodology. Analysis of literary sources — applied to study the current state of the problem of distributed generation integration into electrical networks and to summarize both international and Ukrainian experience.
Comparative analysis — carried out to evaluate the functional capabilities of PowerFactory, Dakar Eleks, Matlab/Simulink, and Ansys according to the following criteria: modeling accuracy, computational performance, inter-face usability, availability of model libraries of distributed generation, the ability to model active and reactive power characteristics, voltage control characteristics, synchronization modes, and transient processes.
Findings. The key technical aspects of connecting distributed generation were identified, including the modeling of active and reactive power characteristics, voltage control characteristics, synchronization modes, transient processes, and automatic reconnection in accordance with the requirements of the Distribution System Code and the Transmission System Code. A comparative analysis of the functional capabilities of PowerFactory, Dakar Eleks, Matlab/Simulink, and Ansys was performed. International experience with the use of these software tools and the features of their adaptation to Ukrainian regulatory requirements were also analyzed.
Originality. A new approach is proposed for evaluating software packages for modeling the connection of distributed generation, which takes into account the specific features of Ukrainian electrical networks and the requirements of the Distribution System Code and the Transmission System Code.
Practical value. The results of this study can be applied in the process of selecting software for modeling the integration of distributed generation in Ukrainian electrical networks. The proposed approach makes it possible to reason-ably determine optimal connection points, assess the influence of distributed generation on the operating conditions of the power system, and improve the efficiency of network development planning.
UK: Мета роботи. Метою даної роботи є дослідження особливостей моделювання розподіленої генерації в структурі електричних мереж із використанням різних програмних комплексів. Робота спрямована на визначення програмного забезпечення, яке забезпечує необхідний функціонал, точність розрахунків, зручність використання та доступність ліцензії, а також дозволяє врахувати специфіку українських електричних мереж.
Методи дослідження. Аналіз літературних джерел — для вивчення сучасного стану проблеми інтеграції розподіленої генерації в електричні мережі, а також для узагальнення міжнародного та українського досвіду. Порівняльний аналіз — виконано оцінку функціональних можливостей PowerFactory, Dakar Eleks, Matlab/Simulink та Ansys за критеріями: точність моделювання, швидкодія, зручність інтерфейсу, наявність бібліотек моделей РГ, можливості моделювання P-Q та U-Q характеристик, режимів синхронізації та перехідних процесів.
Отримані результати. Визначено ключові технічні аспекти приєднання розподіленої генерації, включаючи моделювання P-Q та U-Q характеристик, режими синхронізації, перехідні процеси та автоматичне повторне підключення відповідно до вимог Кодексу системи розподілу та Кодексу системи передачі. Проведено порівняння функціональних можливостей програмних комплексів PowerFactory, Dakar Eleks, Matlab/Simulink та Ansys. Проаналізовано міжнародний досвід застосування зазначених програмних засобів та особливості їх адаптації до українських нормативних вимог.
Наукова новизна. Запропоновано новий підхід до оцінювання програмних комплексів для моделювання підключення РГ, який враховує специфіку українських електричних мереж та вимоги Кодексу системи розподілу та Кодексу системи передачі.
Практична цінність. Результати дослідження можуть бути використані при виборі програмного забезпечення для моделювання інтеграції розподіленої генерації в українських електричних мережах. Запропонований підхід дозволяє обґрунтовано визначати оптимальні точки приєднання, оцінювати вплив розподіленої генерації на режими роботи енергосистеми та підвищувати ефективність планування розвитку мереж.
Узагальнені параметри системи збудження синхронного привода з ударним навантаженням
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2025) Бородай, В. А.; Боровик, Р. О.; Нестерова, О. Ю.; Borodai, V. A.; Borovyk, R. O.; Nesterova, O. Yu.
UK: Мета роботи. Узагальнити параметри оригінальної системи керування збудженням синхронних приводів для розповсюдження їх результатів на потужні виробничі комплекси, які працюють у режимах періодичних ударних навантажень, що сприятиме ліквідації аварійності через руйнування конструкції електромагнітної системи синхронних машин механізмів даного типу.
Методи дослідження. Для проведення досліджень використані положення теорії електричних машин, теорії автоматичного керування, методи розв’язання оптимізаційних задач із використанням математичного пакету MATHCAD, способи та методи моделювання у середовищі MATLAB складової SІMULINK.
Отримані результати. Шляхом вирішення оптимізаційної задачі отримано поліноміальні залежності рівнів форсування системи збудження синхронного привода із врахуванням величини поточного навантаження і штатними параметрами пружної муфти, а також визначені параметри ПІ-регулятора із уточненням коефіцієнту інтегральної ланки, що дозволяє уникнути надлишкової коливальності процесу накиду екстремального навантаження.
Наукова новизна. Враховуючи технологічні умови роботи автомат-стану ТПА-350 інструменту виготовлення цільнотягнутих труб, запропоновано оригінальний підхід та отримано поліноміальні залежності узагальнення основних параметрів керування системи збудження синхронного приводу, який працює у режимі періодичних екстремальних навантажень та показано перспективу використання даної системи у складі промислових збудників засобів живлення індукторних обмоток потужних синхронних приводів металургійних і дробарно-подрібнювальних механізмів.
Практична цінність. Отримані поліноміальні залежності головних параметрів системи керування збудженням потужних синхронних приводів дають можливість рекомендувати виробникам та проєктувальникам конкретні значення форсування, параметри ПІ-регулятора та задавача інтенсивності, що дозволить уникнути коштовних ремонтів і простоїв автомат-стану, які супроводжуються значними фінансовими витратами.
EN: Purpose. To generalize the parameters of the original excitation control system for synchronous drives for the dissemination of their results to powerful production complexes operating in periodic shock load modes, which will con-tribute to the elimination of accidents due to the destruction of the electromagnetic system structure of synchronous machines of mechanisms of this type.
Methodology. The research used the provisions of the theory of electrical machines, the theory of automatic control, methods for solving optimization problems using the mathematical package MATHCAD, methods and techniques of structural modelling in the MATLAB environment of the SIMULINK component.
Findings. By solving the optimization problem, polynomial dependences of the forcing levels of the excitation sys-tem of the synchronous drive were obtained, taking into account the magnitude of the current load and the standard parameters of the elastic coupling, and also the parameters of the PI controller are determined with the refinement of the integral link coefficients, which allows avoiding excessive oscillations in the extreme load rollover process.
Originality. Taking into account the technological conditions of operation of the TPA-350 automatic machine tool for the production of solid-drawn pipes, an original sequence was proposed and polynomial dependences of the generalization of the main control parameters of the excitation system of a synchronous drive operating in the mode of periodic occurrence of extreme loads were obtained and the prospect of using this system as part of industrial exciters for powering inductor windings of powerful synchronous drives of metallurgical and crushing and grinding mechanisms is shown.
Practical value. The obtained polynomial dependences of the main parameters of the excitation control system for powerful synchronous drives make it possible to recommend specific forcing values to manufacturers and designers, parameters of the PI controller and the intensity setter, which will avoid expensive repairs and downtime of the machine, which are associated with significant financial costs.
Вплив напруги акумуляторної батареї на електромеханічні характеристики крокового приводу повороту платформи газодетонаційного міномету
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2025) Любарський, Б. Г.; Кривошеєв, С. Ю.; Єресько, О. В.; Галиця, В. І.; Сакун, О. В.; Любарський, Д. Б.; Liubarskyi, B.; Kryvosheiev, S.; Eresko, O.; Halytsia, V.; Sakun, O.; Liubarskyi, D.
UK: Мета роботи. Визначити залежності впливу напруги акумуляторної батареї, що обумовлює рівень її заряду на максимальні та вібраційні моменти, а також діюче значення струму фази двигуна, які ідентифікують ефективність роботи приводу повороту платформи газодетонаційного міномету.
Методи дослідження. Метод імітаційного моделювання.
Отримані результати. розроблено імітаційну модель крокового приводу, особливістю якої є врахування конструктивних параметрів навантаження, крокового двигуна та напівпровідникового перетворювача, параметрів системи керування та крокового двигуна; проведено комплекс чисельних експериментів на імітаційній моделі для визначення впливу рівня напруги акумуляторної батареї та струму уставки на діючий струм фази двигуна, його вібраційний та максимальний моменти; визначено, що керування струмом уставки може призвести до стабілізації режимів роботи привода повороту платформи газодетонаційного міномету при розряді акумулятора живлення та зниженні його напруги. Визначено, що діюче значення струму фази має змінний характер. Зміна діючого значення струму від струму уставки збільшується при збільшені напруги живлення від 2,41 А до 3,23 А при напрузі акумуляторної батареї 27 В. При низьких значеннях напруги вплив струму уставки на діюче значення струму фази двигуна незначний від 1,52А до 1,58 А. При збільшення напруги акумуляторної батареї з 22 В до 27 В при усіх значеннях струму уставки спостерігається монотонне збільшення діючого струму фази. Рівень вібраційного моменту на валу двигуна значно зростає при збільшенні напруги батареї. Струм уставки зменшує рівень вібрацій, однак це зниження ефективне лише при напругах акумулятора від 26В до 27В. Визначено, що при високих значеннях напруги акумулятора та високих значеннях струму уставки спостерігається значне зростання максимальних пускових моментів. Тому при пуску привода рекомендоване примусове зменшення струму уставки до рівня 4,5 А.
Наукова новизна. Вперше визначено залежності діючих значень струмів фаз та рівня вібраційних, максимальних моментів крокового приводу для повороту платформи газоденатоційного міномету від напруги акумуляторної батарей живлення, що можливо застосувати при створенні системи автоматизованого керування.
Практична цінність. Отримані результати досліджень можливо використати на практиці при створенні автоматизованого електроприводу повороту газодетонаційного міномету на основі крокового двигуна шляхом вибору параметрів струму уставки для напівпровідникового перетворювача, відповідно до рівня напруги акумуляторної батареї.
EN: Purpose. Determine the dependence of the influence of the battery voltage, which determines the level of its charge, on the maximum and vibration moments, as well as the effective value of the motor phase current, which identify the efficiency of the drive for rotating the platform of a gas-detonation mortar.
Methodology. Simulation modeling method.
Findings. A simulation model of a stepper drive has been developed, the peculiarity of which is the consideration of the design parameters of the load, stepper motor and semiconductor converter, parameters of the control system and stepper motor; a set of numerical experiments has been carried out on the simulation model to determine the influence of the battery voltage level and the setpoint current on the effective current of the motor phase, its vibration and maxi-mum moments; it has been determined that controlling the setpoint current can lead to stabilization of the operating modes of the gas-detonation mortar platform rotation drive when the power battery is discharged and its voltage de creases. It has been determined that the effective value of the phase current is variable. The change in the effective cur-rent value from the setpoint current increases with an increase in the supply voltage from 2.41 A to 3.23 A at a battery voltage of 27 V. At low voltage values, the effect of the setpoint current on the effective value of the motor phase current is insignificant from 1.52 A to 1.58 A. When the battery voltage increases from 22 V to 27 V, a monotonous increase in the effective phase current is observed at all values of the setpoint current. The level of vibration torque on the motor shaft increases significantly with an increase in battery voltage. The setpoint current reduces the vibration level, how-ever, this reduction is effective only at battery voltages from 26 V to 27 V. It has been determined that at high battery voltage values and high values of the setpoint current, a significant increase in maximum starting torques is observed. Therefore, when starting the drive, a forced reduction of the setpoint current to the level of 4.5 A is recommended.
Originality. For the first time, the dependences of the effective values of phase currents and the level of vibration, maximum moments of the stepper drive for rotating the platform of a gas-denotation mortar on the voltage of the power battery have been determined, which can be used when creating an automated control system.
Practical value. The obtained research results can be used in practice when creating an automated electric drive for turning a gas-detonation mortar based on a stepper motor by selecting the parameters of the setpoint current for the semiconductor converter, in accordance with the voltage level of the battery.