КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер проекта 24-29-00530

НазваниеРазработка методов повышения достоверности управления энергообеспечением промышленных энергообъектов на основе принципов биимпульсного корреляционного кодирования и спорадической передачи информации

Руководитель Портнов Евгений Михайлович, Доктор технических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" , г Москва

Конкурс №89 - Конкурс 2023 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-406 - Энергосбережение при передаче и потреблении энергии

Ключевые слова многофункциональная система, теоретические основы, управление, энергообъект, достоверность, быстродействие, спорадический режим, протокол

Код ГРНТИ28.23.15


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
В настоящее время актуальной является проблема повышения надежности функционирования объектов энергетики, достоверности управления оперативным функционированием и изменением технических параметров оборудования и активов энергетических систем что делает необходимым создание эффективных систем управления и контроля эксплуатирующегося оборудования энергообъектов. Не обеспечивается возможность дистанционного контроля ключевых параметров диагностируемого оборудования электрических сетей и подстанций с передачей данных о состоянии в системы управления активами Происходит увеличение вычислительной нагрузки на центры обработки информации, следствием которого является возникновение очередей на обслуживание и обработку данных, снижение оперативности и падение реального быстродействия АСУТП в целом. В этой ситуации встает проблема организации эффективного процесса сбора и передачи информации при управлении энергообеспечением промышленных объектов, решением которой является обеспечение равномерной загрузки имеющихся в системе центров обработки информации. Другая проблема при управлении энергообеспечением распределенных промышленными объектов является эффективная передача сообщений по каналам связи. Она не представляет существенных затруднений при использовании радиальных каналов связи, когда каждому контролируемому пункту ставится в соответствие своя линия связи. Однако в современных системах на первое место выходят магистральные способы соединений. Подобная структура предполагает максимальное использование высокой пропускной способности каналов связи и минимизацию снижения оперативности получения информации за счет повышения эффективности информационных обменов. Очевидно, что эффективность и достоверность зависят от решения комплексной задачи - оптимизации программной реализации и аппаратных решений систем управления энергообеспечением промышленных энергообъектов (СУЭПЭ) с учетом особенности использования базового протокола (БП) передачи информации . Однако часто использование БП не связывается с разработкой или доработкой аппаратуры с целью согласования структуры и алгоритма работы составных частей СУЭПЭ с идеологией БП. Как правило, БП «поддерживается» уже существующими системами вне зависимости от того, насколько оптимально он реализуется. В результате ожидаемый эффект от унификации информационных обменов практически сводится к нулю. В работе делается попытка научного обоснования возможности повышения эффективности информационных обменов и достоверности процессов управления и контроля распределенных энергоемких объектов, а также создание способов повышения эффективности использования базового протокола в соответствии со стандартом МЭК 61850. Цель работы заключается в развитии теории и принципов построения систем управления энергообеспечением промышленных энергообъектов повышенной достоверности, разработке методов и алгоритмов обработки информации, направленных на повышение эффективности информационных обменов, создании средств повышения достоверности, разработке концепции практической реализации системы. Результаты теоретических исследований и практических испытаний показали, что благодаря новым принципам построения функциональных устройств, способам многоступенчатого помехоустойчивого кодирования и тактовой синхронизации, алгоритмам спорадической обработки информации возможно снизить до 10 в степени минус 16 вероятность передачи недостоверных команд управления и до 10 в степени минус 14 –недостоверных информационных сигналов измерения и сигнализации (что на 2-3 порядка лучше относительно существующих и широко эксплуатирующихся комплексов); в 2-3 раза разгрузить информационные каналы и центры обработки информации; более чем на порядок снизить технологические потери времени при передаче данных; обеспечить устойчивый информационный обмен в условиях сильного воздействия помех, при соотношении сигнал/шум до 3/1 (при норме 8/1 – 7/1 по ГОСТ).


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2024 году
1. Разработана теории функционирования СУЭПЭ, в том числе: а) Предложена теория потокообразования в каналах связи системы, в основе которой лежит принцип разделения информации на оперативную и неоперативную составляющие, что позволяет снизить информационную нагрузку на канал связи и совместить в интегрированную систему подсистемы диспетчерского управления, регистрации аварийной информации и учета различных типов энергоресурсов без деградации динамических характеристик отдельных подсистем. б) Разработан принцип интегральной достоверности, основанный на обобщении в единый показатель важнейших информационных характеристик СУЭПЭ - быстродействие, помехоустойчивость, надежность, достоверность. Интегральная достоверность определяется через вероятность не обнаруживаемого искажения информации независимо от причины и места искажения по трассе «источник- приемник» при условии, что временной сдвиг между моментами возникновения и неискаженного приема сообщения оказался меньшим предельного, установленного в качестве критерия перевода принятого сообщения в категорию недостоверного. в) Предложен принцип распределенного интеллекта, в основе которого лежит эффективная обработка данных на разных уровнях СУЭПЭ по критерию максимального использования возможностей программных и аппаратных ветвей модулей и устройств, а также информационных ресурсов канала связи. Основой принципа «разделения интеллекта» является двухуровневое кодирование и декодирование информационных сообщений. г) Созданы принципы комбинированного кодирования информации, основанные на преобразовании биимпульсного корреляционного кода в условно корреляционный с автоматическим внесением в передаваемое сообщение признака исправности цепей связи каждого датчика с кодером и обеспечивающие диагностику достоверности информации по всей трассе ее доставки от датчика до приемника. 2. Разработаны “интеллектуальные” спорадические методы обработки аварийных сигналов обобщенного потока телесигнализации и команд управления, позволившие снизить в 40 раз относительную загрузку им обрабатывающего центра. 3. Разработаны универсальный метод ввода аналоговых сигналов и алгоритмы спорадической обработки сообщений модифицированного канала текущих измерений, обеспечивающие снижение загрузки обрабатывающего центра стационарными потоками не менее, чем в 1.5 раза, а аварийными и “предаварийными” - не менее, чем в 1.6 раза. 4. Разработан спорадический способ обработки аварийной информации для систем управления распределенными энергообъектами, обеспечивающий снижение загрузки обрабатывающего центра в 3,5 раза 5. Разработан метод повышения достоверности управления, который обеспечивает снижение вероятнсти необнаруживаемых искажений команд управления на 3-4 порядка по сравнению со стандартными решениями. 6. Разработана обобщенная математическая модель состояний работоспособности оборудования СУЭПЭ, основанная на использовании в разработанной модели интегральных критериев оценки качества системы – времени передачи сообщений по каналу связи, наработки на отказ, вероятности обнаружения искажений сообщений помехами в канале связи. 7. Разработана математическая модель балансировки нагрузки центров обработки информации СУЭПЭ на основе cache-aware алгоритмов , которая учитывает множество атрибутов поступающих запросов, размер очередей к центрам обработки информации и их производительность. Обеспечивается снижение средней очереди сообщений в центре обработки информации при невысокой нагрузка в 1,9 раз, а при высокой нагрузке в 1,75 раз. 8. Разработан способ повышения эффективности передачи информации в подсистемах сопряжения с источниками кодовых сообщений (ИКС) на основе предварительной обработки информации в контроллере, который обеспечивает снижение среднего времени сбора и передачи информации с ИКС в 4 раза по сравнению со стандартным 9. Разработано устройство цифровой тактовой синхронизации, интегрирующее функции инерционной и ударной синхронизации для широкого диапазона скоростей передачи данных, позволяющее повысить скорость передачи информации в 5-10 раз по сравнению со стандартными способами. 10. Предложен способ централизованного приоритетного опроса состояния энергетических объектов в СУЭПЭ, в рамках которого опрашиваются только те объекты, которые передали изменили свое состояние и инициировали установку связи с ЦПУ. В зависимости от количества контролируемых объектов обеспечивается повышение скорости информационных опросов в 20-100 раз 11. Разработана математическая модель принятия решения на основе дифференциальных уравнений Колмогорова, которая позволяет получить не только распределение вероятностей процессов как функции времени, но и распределение времени пребывания производственного процесса в возможных состояниях в стационарном режиме 12. Предложен принцип организации рабочих циклов и межцикловых пауз, который основан на разделении информационного массива на отдельные составляющие, установлении критерия «существенного события» для каждой составляющей и приоритетном спорадическом введении в передаваемое сообщение составляющих, отвечающих установленному критерию.

 

Публикации

1. Аунг Чжо Мьо, Си Ту Тант Син, Портнов Е.М., Слюсарь М.В. Двухмагистральный внутренний интерфейс с комбинированной шиной данных в многофункциональных системах управления энергообеспечением Известия высших учебных заведений. Электроника (год публикации - 2024)

2. Портнов Е.М., Кокин В.В., Си Ту Тан Син, Аунг Чжо Мьо, Волков А.С. Разработка спорадического способа обработки аварийной информации для систем управления распределенными энергообъектами Известия высших учебных заведений. Электроника (год публикации - 2024)

3. Ю.С. Шевнина, П.М. Хвостик, В.В. Зайцев, А.А. Винокуров, Портнов Е.М. Обработка данных при управлении технологическими процессами в рамках автоматизированных производств Известия высших учебных заведений. Электроника (год публикации - 2024)

4. Волков А.С., Баин А.М., Портнов Е.М., Семенов М.Ю., Царапкин С.Ф. РАЗРАБОТКА МЕТОДА КОНСИСТЕНТНОГО ХЕШИРОВАНИЯ С ВЕСОВЫМИ КОЭФФИЦИЕНТАМИ ДЛЯ БАЛАНСИРОВКИ ЗАГРУЗКИ В СИСТЕМЕ УПРАВЛЕНИЯ ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЕМ Перспективы науки, Перспективы науки. 2024. № 3 (174). С. 54-58. (год публикации - 2024)

5. Баин А.М., Волков А.С., Кокин В.В., Портнов Е.М. РАЗРАБОТКА СПОСОБА ПОВЫШЕНИЯ БЫСТРОДЕЙСТВИЯ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ ОТ ИСТОЧНИКОВ КОДОВЫХ СООБЩЕНИЙ В СИСТЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЕМ Перспективы науки, Перспективы науки. 2024. № 5 (176). С. 81-85. (год публикации - 2024)

6. Кокин В.В., Портнов Е.М., Юдахин Ю.Ю. Метод оценки быстродействия автоматизированных систем управления энергоснабжением Системы компьютерной математики и их приложения, Сборник научных трудов XXV Международной научной конференции «Системы компьютерной математики и их приложения», Смоленск, 2024.- c.100-108 (год публикации - 2024)

7. Ю.С. Шевнина, Л.Г. Гагарина, Е.М. Портнов, С.Ф. Царапкин, М.Ю. Семенов Разработка математической модели принятия решения при управлении производством на основе дифференциальных уравнений Колмогорова Известия высших учебных заведений. Электроника (год публикации - 2024)

8. Аунг Чжо Мьо, Е.М. Портнов, В.В. Кокин, Сай Ванна Хтун РАЗРАБОТКА МЕТОДА ФОРМИРОВАНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ СООБЩЕНИЙ В МНОГОУРОВНЕВЫХ СИСТЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЕМ Перспективы науки, Перспективы науки, №10.-C.39-43. (год публикации - 2024)

9. Аунг Чжо Мьо, В.В. Кокин, Е.М. Портнов, Тет Паин Тху Разработка математической модели балансировки нагрузки в системе управления энергообеспечением Перспективы науки, Перспективы науки, №10, c.35-39 (год публикации - 2024)