close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

СИСТЕМА ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ О РЕЖИМАХ РАБОТЫ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

код для вставкиСкачать
На правах рукописи
Ле Суан Фу
СИСТЕМА ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ О РЕЖИМАХ РАБОТЫ
ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ
05.11.16 – Информационно-измерительные и управляющие системы
(в машиностроении)
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Волгоград – 2016
Работа выполнена на кафедре «Электротехника» в федеральном
государственном бюджетном образовательном учреждении высшего
образования «Волгоградский государственный технический университет»
Министерства образования и науки РФ.
Научный руководитель
доктор технических наук, профессор
Шилин Александр Николаевич.
Официальные оппоненты:
Львов Алексей Арленович,
доктор технических наук, профессор, ФГБОУ
ВО «Саратовский государственный технический
университет имени Гагарина Ю.А.», кафедра
информационных
систем
и
технологий,
профессор;
Чадаев Денис Иванович,
кандидат технических наук, доцент, ФГАОУ ВО
«Волгоградский государственный университет»,
кафедра телекоммуникационных систем, доцент.
Ведущая организация
ФГБОУ ВО «Тольятинский государственный
университет», г. Тольяти.
Защита диссертации состоится «16» июня 2016 г. в 14-00 на заседании
диссертационного совета Д 212.028.05, созданного на базе Волгоградского
государственного технического университета, по адресу: 400005, г. Волгоград,
пр. Ленина, 28, ауд. 209.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте www.vstu.ru
Волгоградского государственного технического университета.
Автореферат разослан «
»____________ 2016 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета
Авдеюк Оксана Алексеевна
2
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Одной из основных технических систем,
обеспечивающих жизнедеятельность человека на земле, является энергетика и
поэтому к ее надежности предъявляются высокие требования. Основным
элементом энергетики являются воздушные линии электропередачи, которые
осуществляют передачу энергии ко всем районам страны.
Из анализа надежности энергетических систем следует, что самыми
ненадежными элементами энергосистем являются воздушные линии
электропередачи (ЛЭП). Причины низкой надежности высоковольтных линий
электропередачи это повреждения проводов, вызванные различными
причинами. Эти повреждения приводят к обесточиванию больших территорий
с жилыми массивами, промышленными предприятиями и т.д. Поэтому
оперативное обнаружение места повреждения ЛЭП и его устранение позволяет
повысить надежность электроснабжения. В России ликвидация аварийных
режимов затруднена из-за большой протяженности ЛЭП и бездорожья,
особенно в осеннее и зимнее время. Таким образом, разработка методов и
средств обнаружения повреждений ЛЭП является весьма актуальной задачей.
Во многих странах мира и в России ведутся активные работы по
внедрению интеллектуальных электрических сетей, представляющих собой
комплекс технических средств, которые в автоматическом режиме выявляют
наиболее слабые и аварийно опасные участки сети, а затем изменяют схему
сети в целях предотвращения аварии. Основу создания интеллектуальных сетей
составляют
информационно-измерительные
системы,
позволяющие
регистрировать аварийные режимы системы и осуществлять передачу
информации о координатах места и видах аварии.
В настоящее время разработано большое число приборов для определения
мест повреждения, которые можно разделить на две основные группы:
дистанционные и топографические приборы. Дистанционные приборы не
обеспечивают необходимой точности контроля аварийных режимов.
Топографические приборы обеспечивают необходимую точность контроля, но
они более трудоемкие. В связи с развитием современных систем
телекоммуникаций топографические методы все более широко применяются.
Для распознавания аварийных режимов воздушных линий электропередачи
разработана информационно-измерительная система, в которой, как и в других
системах, задача передачи информации решена на концептуальном уровне.
Поэтому для повышения надежности передачи информации необходимо
проведение исследований систем передачи информации в энергетике. В
настоящее время в различных распределенных информационно-измерительных
системах используются беспроводные радиотехнические способы передачи
информации. Наибольшее распространение получили системы сотовой связи.
Однако
система контроля
аварийных
режимов располагается в
непосредственной близости к воздушной линии на радиосигнал оказывают
влияние электромагнитные помехи от сети. На сигнал влияют также многие
факторы, такие как погода, препятствия, холмы, леса, и т.д. При передаче
3
информации с помощью сотовой связи возникают некоторые проблемы,
обусловленные физическими процессами. Таким образом, тема диссертации,
посвященная анализу и проектированию систем передачи информации,
является весьма актуальной.
Степень разработанности темы исследования. Одной из основных
проблем в энергетике является разработка информационно-измерительных
систем для определения вида и места вида аварии воздушных линий
электропередач (ВЛЭП) и передачи информации на диспетчерский пункт.
Значительный вклад в решение данной проблемы сделали отечественные
ученые и инженеры Шалыт Г.М., Айзенфельд А.И., Арцишевский Я.Л., Угаров
Г.Г., Кузнецов А.П., Минуллин Р.Г., Конюхова Е.А., Киреева Э.А., Дьяков
А.Ф., Левченко И.И., Murari Mohan Saha, Qi Huang и другие.
Объектом исследования является ВЛЭП 6-35 кВ и системы определения
вида и мест повреждений ВЛЭП и передачи информации на диспетчерский
пункт.
Предметом исследования является система передачи информации об
аварийных режимах воздушных линий электропередач (ВЛЭП).
Цель работы – разработка беспроводной система передачи информации
об аварийных режимах воздушных линий электропередач (ВЛЭП) и методики
выбора опор и координат установки на них измерительных преобразователей с
антеннами, позволяющих передавать информацию с максимально возможной
надежностью.
Задачи исследования:
1. Провести анализ существующих систем передачи информации об
аварийных режимах воздушных линий электропередач (ВЛЭП) и
сформулировать задачи дальнейших исследований, необходимых для
разработки системы.
2. Провести анализ процессов преобразования и распространения сигналов
в выбранной на основе анализа беспроводной системе передачи информации.
3. Разработать методики выбора опор линий электропередач и координат
установки на них измерительных преобразователей с антеннами, позволяющих
передавать информацию с максимально возможной надежностью.
4. Разработать экспериментальную установку для исследования потерь
радиосигнала в зоне воздушных линий электропередач (ВЛЭП), позволяющую
корректировать результаты теоретических расчетов.
Методы и средства исследований.
При выполнении исследований и решении поставленных в работе задач
использовались методы математического и физического моделирования, теории
электромагнитного поля, электротехники, электроники, радиофизики, теории
вероятностей и математической статистики.
Достоверность результатов исследования основана на корректных
теоретических построениях и строгих математических выводах, подтверждена
результатами экспериментальных исследований.
4
Внедрение результатов работы. Основные результаты работы
используются в учебном процессе Волгоградского государственного
технического университета.
Основные положения и результаты, выносимые на защиту:
1. Многокритериальный морфологический метод анализа существующих
систем передачи информации и синтеза системы по заданным критериям для
передачи информации в электроэнергетике.
2. Результаты анализа процессов преобразования и потерь при
распространении сигналов сотовой связи в системе передачи информации об
аварийных режимах воздушных линий электропередач.
3. Теоретические и экспериментальные методы оценки надежности
передачи информации об аварийных режимах в системе сотовой связи.
4. Методика выбора опор линий электропередач и координат установки на
них измерительных преобразователей с антеннами, позволяющих передавать
информацию с максимально возможной надежностью.
Научная новизна работы.
1. Предложен многокритериальный метод анализа и синтеза системы
передачи информации в электроэнергетике по заданным критериям, который
дважды использует операцию парных сравнений: при расстановке приоритетов
критериев и приоритетов вариантов технических решений по каждому
критерию и тем самым уменьшает влияние субъективного фактора при
проектировании системы.
2. Проведен анализ процессов преобразования и потерь при
распространении сигналов сотовой связи в системе передачи информации об
аварийных режимах воздушных линий электропередач, позволяющий
обоснованно проектировать топологическую схему системы и выбирать ее
элементный состав.
3. Разработаны теоретические и экспериментальные методы оценки
надежности передачи информации об аварийных режимах в информационноизмерительной системе, позволяющие обоснованно выбирать параметры
системы.
Практическая ценность работы
1. Разработана методика выбора опор линий электропередач и координат
установки на них измерительных преобразователей с антеннами, позволяющих
передавать информацию с максимально возможной надежностью.
2. Разработан программно-аппаратный комплекс для оценки качества
передачи информации об аварийных режимах по сотовой связи, который
может быть так же широко использован для оценки качества услуг.
3. Разработана лабораторная установка для исследования потерь
радиосигнала в зоне воздушных линий электропередач (ВЛЭП) и мероприятий
по повышению уровня сигналов.
Соответствие паспорту специальности.
Указанная область исследования соответствует паспорту специальности
05.11.16 - «Информационно-измерительные и управляющие системы», а
5
именно: пункту 1 - «Научное обоснование перспективных информационноизмерительных и управляющих систем, систем их контроля, испытаний и
метрологического обеспечения, повышения эффективности существующих
систем» и пункту 4 - «Методы и системы программного и информационного
обеспечения процессов отработки и испытаний образцов информационноизмерительных и управляющих систем».
Апробация результатов. Основные положения и материалы осуждались
на следующих научных конференциях: Внутривузовской научной конференции
ВолгГТУ (Волгоград, 2014, 2015), XVIII - XIX региональной конференции
молодых исследователей Волгоградской области (Волгоград, 2013, 2014),
Межрегиональной научно-практической конференции (г. Волжский, сентября
2013 г.), межвузовской научной конференции «Повышение надёжности и
энергоэффективности электротехнических систем и комплексов» (Уфимский
государственный нефтяной технический
университет, Уфа, 2014), XI
международной научно-практической конференции (г. Сочи, 1-10 окт. 2014 г.).
Личный вклад автора. Автор принимал непосредственное и основное
участие в разработке методов определения координат установки датчиков [3,
4], анализ потерь радиосигнала [6] и влияния электромагнитных помех [2].
разработке системы ИИС [1, 3-5, 7-11], алгоритм идентификации режимов [1],
экспериментальный стенд [5].
Публикации. По материалам выполненных исследований опубликовано
11 работ, из которых 6 статьей в журналах по списку ВАК РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения,
пятых глав, заключения, списка литературы. Работа изложена на 150 страницах
основного текста, содержит 72 рисунков, 31 таблици, 81 библиографических
наименований.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность работы, проблемы, определены
цель и задачи исследования, сформулированы положения, выносимые на
защиту.
В первой главе диссертации был проведен анализ существующих систем
передачи информации. Каждая система передачи информации имеет свои
преимущества и недостатки, таким образом не существует единственного
варианта, удовлетворяющего всем требованиям поставленной задачи, а именно
обеспечения надежной связи при передаче сообщения с минимальными
инвестиционными затратами. Поэтому для выбора системы связи необходимо
использовать методы принятия решений, использующие не четкое
представления информации.
Во второй главе рассмотрена задача решение проблема обоснованного
выбора системы передачи информации при проектировании SmartGrid систем,
поскольку в настоящее время существует довольно большое количество
вариантов альтернативных решений. Все эти варианты характеризуются
6
нечеткой информацией. Рассматриваемые системы: ВОЛС, xDSL, PLC, GPRS,
FSO, Спутниковая связь.
Для выбора технических решений из большого количества вариантов и с
большим количеством параметров и характеристик целесообразно использовать
аппарат теории прияния решений: многокритериальный метод анализа и
синтеза системы передачи информации в электроэнергетике по заданным
критериям, который дважды использует операцию парных сравнений: при
расстановке приоритетов критериев и приоритетов вариантов технических
решений по каждому критерию. Основным преемуществом метода парных
сравнений является разложение сложной операции на бинарные операции, что
упрощает задачу анализа.
Оценка в соответствии с указанным выше методом осуществляется с
помощью комплексных приоритетов Piком по формуле
n
Piком=

j 1
' '
j ij
P ,
(1)
Где β’j– относительный приоритет (значимость) j-го критерия; P’ij–
относительный приоритет i-го варианта по j-му критерию; n – количество
критериев.
Таблица 1 – Эксплуатационные характеристики
систем передачи информации
Обоз.
Наименованиеэксплуатационнойхарактеристики
d1
d2
d3
d4
d5
d6
d7
d8
d9
d10
Размерохваченнойтерритории, расстояние
Надежность
Скоростьпередачиданных
Помехоустойчивость
Возможность подключения абонентов
Энергетические затраты на передачу информации
Инвестиционные затраты
Возможность интеграции
Трудоемкость монтажа, эксплуатации и ремонта
Возможность защиты информации
Основной проблемой парного сравнения является количественная оценка
превосходства одного из объектов над другим. Число градаций
превосходства определяется сложностью задачи, а именно ее
формализованности и уровня экспертизы.
Для некоторого набора (w1, ..., wn) истинных значений важностей каждого
из п объектов суждения служат для получения сравнительных оценок этих
важностей. Элемент aij матрицы парных сравнений А определяет
экспертную количественную оценку отношения wi/wj. При заполнении
матриц парных сравнений возникает проблема однородности и
согласованности суждений. Согласованность означает последовательность и
транзитивность суждений экспертов и определяется их квалификацией.
Обработка несогласованных матриц не имеет смысла, так как полученные при
7
этом результаты не являются значимыми. Таким образом, полученная в
результате парных сравнений матрица должна быть согласованной.
Очевидно, что если использовать группы экспертов, которым поручить
независимое сравнение каждой пары объектов, то это позволит повысить
согласованность матриц. Одной из методик повышения согласованности
матриц является в использовании результатов формирования первой строки
или столбца для формирования следующих строк или столбцов.
Рисунок 1 – Заполнение матрицы парных сравнений
альтернатив по второму критерию
Для составления матрицы целесообразно использовать информацию
aijajk=aik оценки отношений wi/wj, wj/wk и wi/wk из тех строк, в которых, по
мнению экспертов, уверенность суждений максимальна. Но в этом случае
процесс составления матрицы может быть многократным, т.е.
итерационным. Очевидно, что для реализации этой методики необходима
компьютерная поддержка процесса составления матрицы.
Рассмотрим теперь выбор метода передачи информации с помощью
автоматизированной
системы
морфологического
синтеза
PairComp.
Воспользуемся девятибальной шкалой отношения, для более точного
оценивания предпочтений. Данная система позволяет значительно сократить
время и повысить достоверность принятия решений при выборе способа
передачи данных.
В диссертации приведены две методики выбора оптимальной системы
передачи информации – ручная с двухбалльной шкалой отношений и
автоматизированная с девятибальной шкалой. Рассмотрев различные
модификации метода парных сравнений и расстановки приоритетов, используя
разные шкалы для сравнения и оценивания приоритетов и применив теорию
оценки согласованности матриц – получили одинаковый результат.
Полученный результат свидетельствует о том, что выбранный способ передачи
данных является обоснованным, достоверным и оптимальным в данных
условиях. В качестве оптимального варианта выбрана система сотовой связи,
основное преимущество которой – минимальные инвестиционные затраты.
8
Во третьей главе рассмотрена оценка количества информации об
аварийных режимах воздушных линий электропередачи (ВЛЭП) и потери
радиосигнала.
Таблица 2 – Обозначение режима работы
Режимы работы сети
Обрыв одной или двух фаз до места аварии
Обрыв одной или двух фаз после места аварии
Обрыв трех фаз до места аварии
Обрыв или КЗ трех фаз после места аварии
КЗ одной или двух фаз до места аварии
КЗ одной или двух фаз после места аварии
КЗ трех фаз до места аварии
КЗ по опоре
Нормальный
Общая авария
Обоз. режима
Y1
Y2
Y3
Y4
Y5
Y6
Y7
Y8
Y9
Z
Так как, оценкой количества информации об аварийных режимах является
оценка количества информации Z – Iz. Здесь, количество информации Iz зависит
от количества информации отдельных аварийных режимов, а именно Iz = I(Y1,
Y2, Y3, Y4, Y5, Y6, Y7, Y8, Y9).
Количество информации, в режиме, состоящем из n не равновероятных его
элементов равно:
,
(2)
Для случая независимых равновероятных событий максимальное
количество информации определяется:
,
(3)
Таким образом, максимальное количество информации на символ, что lg9
= 3,17 бит/символ. Количество информации об аварийных режимах будет
увеличиваться при увеличении числа его n элементов.
В диссертации провед анализ существующих моделей прогнозирования
затухания сигналов. На основе анализа моделей Хата, COST-231-Хата, Ли,
Бертони-Уолфиш, которые наиболее применимы для решения задачи передачи
информации об аварийных режимах воздушных линий электропередач,
разработана компьютерная программа. Эта программа позволяет для
конкретных условий выбрать модель и по заданным параметрам вычислить
потери сигнала и, соответственно, выбрать опору для установки датчиков и
координаты установки их на опорах. Интерфейс программы показан на рисунке
2, в окнах которого указаны модели и параметры расчета: расстояние
станциями БС и МС; частота сигнала; высоты антенн.
9
Рисунок 2 – Интерфейс программы для анализа потерь для примера на трассе в среде
города помоделям Хата, COST-231-Хата, Ли, Бертони-Уолфиш
Рисунок 3 – Зависимости потерь
от расстояния и частоты
Рисунок 4 – Зависимости потерь
от расстояния и высоты антенны
Рисунок 5 – Зависимости потерь на трассе от расстояния для
различных рельефов местности
10
Поскольку потери радиосигнала зависят от частоты сигнала, высоты
антенны мобильной станции и различных рельефов местности, то проведем
анализ потерь в зависимости от этих параметров и факторов по модели Хата.
Результаты моделирования потерь показаны на рисунках 3,4,5, соответственно.
Из проведенного анализа следует следующие выводы:
 при расчете в окружающей среде города по модели Бертони-Уолфиш
получаются максимальные потери, по модели Ли – минимальные потери;
 с увеличением частоты потери радиосигнала на трассе увеличиваются;
 с увеличением высоты мобильных станций потери радиосигнала на
трассе уменьшаются;
 потери радиосигнала в городской местности выше чем, потер в
пригородной местности, а потери в пригородной местности выше чем, потери в
сельской местности.
В четвертой
главе рассмотрена функциональная
блок-схема
информационно измерительной системы (рис.6) а затем решение задачи оценки
надежности системы регистрации аварийных режимов воздушных линий
электропередачи с помощью метода анализа дерева отказов.
Принятые на рисунке 6 обозначения: 1, 2, 3, 4 - датчики; 5 - блок
обработки сигналов; 6, 7, 8, 9 - усилители; 10 - блок определения сдвига фаз
сигналов; 11 - блок обработки информации; 12,13,14,15 - аналого-цифровые
преобразователи; 16 - блок обработки информации; 17 - блок передачи
информации.
а)
б)
Рисунок 6 – ИИС распознования аварийных режимов: а) функциональная схема
ИИС; б) блок-схем ИИС
Дерево отказов приведено на рисунке 7. A1, A2 A3 A4 - это отказ датчиков
1, 2, 3, 4 соответственно. A6, A7, A8, A9 - это отказ усилителей 6, 7, 8, 9
11
соответственно. A10 - отказ устройства 9 определения сдвига фаз сигналов. A12,
A13, A14, A15 - отказ аналого-цифровых преобразователей (АЦП) 12, 13, 14, 15
соответственно. A16 - отказ устройства обработки информации 16.
OR
(2λ1+2λ2+λ3+2λ6+2λ7
+λ8+λ10+λ12+λ13+λ14)(λ4+λ9+λ15)
λ16
A16
AND
2λ1+2λ2+λ3+2λ6+2λ7
+λ8+λ10+λ12+λ13+λ14
λ4+λ9+λ15
OR
OR
λ3+λ8+λ14
OR
λ1+λ2+λ6
+λ7+λ12
A12
λ12
OR
λ1+λ2+λ6+λ7
+λ10+λ13
OR
λ1+λ2+λ6
+λ7+ λ10
λ1+λ2+λ6+λ7
OR
A13
A3
A8
A14
λ13
λ3
λ8
λ14
A4
A9
A15
λ4
λ9
λ15
A10
OR
λ10
A1
A6
A2
A7
λ1
λ6
λ2
λ7
Рисунок 7 – Дерево отказов системы регистрации аварийных
режимов воздушных линий электропередачи.
При допущении, что распределение времени безотказной работы
элементов системы подчиняется экспоненциальному закону (в этом случае
интенсивность отказов постоянна), то для невосстанавливаемых элементов
распределение вероятности отказа выражается законом Пуассона:
,
(4)
где m – число случайных событий (отказов);
λ = 1/T – интенсивность отказов (Т – время наработки на отказ);
t – рассматриваемый интервал времени.
Вероятность безотказной работы невосстанавливаемых элементов можно
найти, приравняв m = 0 на том же интервале времени t:
,
(5)
Величина R(t) и вероятность появления отказа в момент времени t связаны
соотношением R(t) + F(t) = 1. По известным показателям надежности элементов
ИИС вычисленное значение вероятности появления отказа системы в течение 1
года составило F = 0,008.
12
С помощью метода анализа дерева отказов можно легко определить
причину возможного отказа системы. Это позволяет производителям
определять компоненты для производства и ремонта с целью повышения
надежности системы.
Следующей основной задачей регистрации аварий надежность передачи
информации. В системах мобильной связи для оценки надежности
используется показатель надежности – вероятность надежной или безотказной
работы:
,
(6)
Число попыток соединения
В GSM/GPRS обеспечивается 5 классов надежности. Каждый класс
определяет вероятность потери, дублирования или ошибочного изменения
последовательности пакетов. Классы надежности и их характеристики
приведены в диссертации.
Для исследования надежности была разработана экспериментальная
установка на базе модема Fastrack M1306B, который является двух
диапазонным модем 900/1800 МГц, гарантирует совместимость GPRS (класс
10) и поддерживает открытую платформу Open AT, позволяющую создавать
пользовательское программное обеспечение, совместимое с любыми
промышленным или IT протоколами.
Для экспериментального исследования надежности сотовой связи с
помощью GSM модема были разработаны алгоритм управления и
компьютерная программа. С помощью программы управления подается 1000
звонков на три различных телефонных номера. После окончания вызова, время
ожидания до последующего звонка 1 минута. Вызывающая программа
посылает команды АТ к модему, а затем получает обратно ответ, который
базовая станция посылает в модем. Затем анализируются ответы - успех или
неуспех, как показано на рисунке 8.
Принятые обозначения
Номер-i – номер i-го телефона, i = 1÷5;
t – время ожидания (с);
m1 – количество повторений/номер;
m2 – количество повторений всей номер;
n1,2,3,4 – количество состояний Рт1,2,3,4 соответственно;
Рт1 – НЕТ ОТВЕТА; Рт2 – ЗАНЯТО; Рт3 – OK; Рт4 – НЕТ НОСИТЕЛЯ;
a, b, c – любые положительные целые числа;
N1 – количество повторений/номер во время работы программы;
N2 – количество повторений всех номеров во время работы программы;
m – общее число звонков;
RSSI – индикация уровня полученного сигнала.
Результата получят из програмы:
1) После завершения звонка, оценка показателя надежности сети –
вероятности надежной или безотказной работы будет определяться по формуле
(6).
2) Таблица результатов:
13
- Таблица результатов вызовов показывает порядковый номер
номер телефона, результат вызова и время проведения вызовов. Эту
можно экспортировать в формат Excel.
- Таблица результатов данных RSSI показывает значения
полученного сигнала и количество попыток соответственно. Эту
можно также можно экспортировать в формат Excel.
Ввод данных с клавиатуры
Номер-i (i = 1 ÷ 5)
t = a, m1 = b, m2 = c
вызова,
таблицу
уровня
таблицу
Начало
n1= n2 = n3 = n4 = 0
N2 = 0
Ждать
t=a
N1 = 0
i=1
Ждать
t=a
Отправить команду
ATD+Номер-i
Анализ данные из
КOM портов
Если
NO ANSWER
ST1
n1 = n1 + 1
Если
BUSY
Если
OK
ST2
n2 = n2 + 1
ST3
n3 = n3 + 1
Если
NO CARRIER
ST4
n4 = n4 + 1
Отправить команду
AT+CSQ
N1=N1+1
Да
N1 < b ?
Нет
Читать данные из COM
портов
CSQ: RSSI
Ждать
t=a
Отправить команду
AT+CSQ
Анализ данные из
КOM портов
CSQ: RSSI
RSSI
RSSI
Базы данных
График
Да
i<5?
i=i+1
Да
Нет
Рисовать
i=5
N2 = N2 +1
N2 < c ?
Нет
m = n1 + n2 + n3 + n4
Надежность
= (1 – n4/m) %
Конец
Рисунок 8 – Структурная схема алгоритма
3) Построение графиков:
- После каждого определения уровня сигнала RSSI, база данных будет
обновлять это значение, и строить график уровня полученного сигнала в
режиме реального времени. Этот график показан в окне программы и может
быть экспортирован в формат изображений.
14
- После расчета надежности, программа строит график плотности
распределения уровня полученного сигнала, основанный на базе данных RSSI.
Этот график можно экспортировать в формат изображений.
После обработки данных были получены следующие результаты:
- В эксперименте с общим объемом 1000 звонков, из них 5 звонков не
были успешными, и вероятность надежной работы составила 0,995%.
- Получены графики значений уровня принимаемого сигнала в режиме
реального времени и плотности распределения уровней сигнала.
Рисунок 9 – График значений уровня
принимаемого сигнала
Рисунок 10 – График плотности
распределения уровней сигнала
В пятой главе приведены методики проектирования систем передачи
информации. На предварительном этапе проектирования для выбора оператора
сотовой связи был использован геоинформационный метод наложения карт
Волгоградской области, а именно карты ВЛЭП, карт зон с ветровыми и
гололедными нагрузками на линии, карт зон обслуживания сотовыми
операторами. В результате наложения всех карт определяются зоны, которые в
первую очередь необходимо оснащать информационно-измерительными
системами мониторинга воздушных линий, и операторы. Сигнал, передаваемый
по радиосвязи, ослабляется вдоль пути распространения, а в городах возникают
потери мощности из-за отражения, дифракции вокруг структур и преломления
в них. Существующие математические модели позволяют приближенно
оценить потери и, поэтому было проведено экспериментальное исследование с
помощью
разработанной
экспериментальной
установки.
Результаты
исследования позволяют обоснованно выбирать опоры линии для установки
датчиков аварийных режимов с антеннами.
На рис. 11 приведена схема экспериментальной установки. Антенна 1 с
механизма 4 и дальномера 5 устанавливается на заданную высоту. Сигнал с
антенны по кабелю 3 поступает на измеритель уровня сигнала 6, информация с
которого отображается устройством 7. Поиск базовой станции (БС)
осуществляется поворотом направленной антенны с помощью механизма 4.
15
БС
α
1
2
3
4
7
6
Cell
meter
5
Рисунок 11 – Схема установки: 1 – направленная антенна; 2 – отражающий экран; 3 –
кабель; 4 – механизм позиционирования антенны; 5 – лазерный дальномер; 6 –
измеритель уровня сигнала; 7 – устройство отображения информации
Установка содержит прибор CellularMeter 2G/3G, который позволяет
исследовать радиочастотную обстановку в эфире в основных сотовых
диапазонах: EGSM 900, GSM 850, DCS 1800, PCS 1900, 3G 2100 (3GPPBandI) и
3G 900 (3GPPBandVIII). В состав установки входят направленная антенна KP9900 и Лазерный дальномер ADA Robot MINI, который позволяет определять
координаты монтажа антенн относительно опоры линии электропередачи. С
помощью экспериментальной установки были проведены исследования потерь
сигнала в г. Волгограде и его окрестности.
На рис. 12 приведены зависимости потерь от расстояния до базовой
станции, полученные по модели Хата и экспериментально.
Рисунок 12 – Зависимости потерь от расстояния до базовой станции
в пригородном районе
Были также проведены исследования в городской зоне, результаты
которых были сравнены с теоретическими результатами, рассчитанными по
16
модели Бертони-Уолфиш. Из сравнения зависимостей следует, что существуют
значительные расхождения между результатами теоретических расчетов и
экспериментальных
исследований.
Это
расхождение
обусловлено
географическими различиями территорий Японии и Волгоградской области.
Для оценки различия была рассчитана среднеквадратическая ошибка (MSE)
между измеренными значениями потерь на трассе и прогнозируемыми
значениями. Затем были получены модифицированные уравнения Хата и
Бертони-Уолфиш. С помощью модифицированных уравнений получены
зависимости, для которых значения MSE меньше 6 дБ, что приемлемо для
практических расчетов.
Рисунок 13 – Зависимости потерь от расстояния до базовой станции в пригороде с
использованием модифицированной модели Хата
В этой главе были исследованы электромагнитные помехи от ЛЭП.
Высоковольтные ЛЭП при работе в нормальных и аварийных режимах
являются источниками мощных электромагнитных помех (ЭМП). Поэтому для
различных
режимов
были
получены
зависимости
напряженности
электрического поля, создаваемого проводами линии электропередач при
различных координатах установки антенны системы передачи информации.
k=2
k=7
Рисунок 14 – Напряженность по оси у (кВ/м)на различных высотах k (м)
17
На рис. 14 приведены графические зависимости для двух значений высот
установки антенн.
На основе анализа результатов измерения делается вывод, о том, какая
теоретическая модель может быть использована для расчета потерь, какой
оператор может обеспечить наиболее надежную связь, какие опоры могут быть
использованы для установки антенн и на какой высоте, есть ли необходимость
в использовании направленных антенн. При выборе опор для установке антенн
и координат их установки необходимо учитывать и уровень электромагнитных
помех от ЛЭП.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1.
Проведенный анализ существующих систем передачи информации
выявил следующее: хотя и существует большое число различных систем,
однако не удалось найти систему, которая полностью удовлетворяла бы всем
требованиям задачи передачи информации об аварийных режимах воздушных
линий и поэтому для выбора системы передачи информации необходимо
использовать многокритериальные методы анализа теории принятия решений.
2.
Предложенный многокритериальный метод анализа – метод
анализа иерархий (МАИ) который дважды использует операцию парных
сравнений: при расстановке приоритетов критериев и приоритетов вариантов
технических решений по каждому критерию и тем самым уменьшает влияние
субъективного фактора при проектировании системы. С помощью этой
системы возможно управление точностью решения задачи, именно в
зависимости от уровня экспертизы изменением числа градаций оценки при
парных сравнениях. Результаты выбора определяются расстановкой
приоритетов критериев, так, например, при приоритете минимальной
стоимости внедрения системы вариантом является сотовая связь.
3.
Проведен анализ процессов преобразования сигналов сотовой
связи, из которого следует, что на сигнал оказывают отрицательное влияние
электромагнитные помехи сети, климатические и географические факторы и
физические эффекты электромагнитных волновых процессов. Поэтому при
проектировании топологической схемы системы необходимо проведение
исследований для конкретных участков линии электропередачи.
4.
Приведен анализ существующих теоретических моделей потерь
сигналов сотовой связи, из которого следует, что все модели лишь
приближенно описывают процессы распространения и затухания. Поэтому для
получения более точной информации о потерях необходимо проведение
экспериментальных исследований.
5.
Поскольку существует большое число математических моделей,
что затрудняет их использование, сравнительный анализ для конкретной задачи
и коррекцию параметров модели была разработана автоматизированная система
расчета с базой математических моделей.
6.
Проведен анализ количества передаваемой информации об аварии,
18
из которого следует, что информация может быть передана одним пакетом, что
положительно влияет на надежность и скорость передачи информации.
7.
Проведены теоретические и экспериментальные исследования
надежности блока распознавания аварийных режимов и системы передачи
информации, из которых следует, что показатель надежности передачи
информации ниже показателя надежности блока распознавания.
8.
Проведен
анализ
результатов
исследования
процессов
распространения радиосигнала, на основе которого разработана лабораторная
установка для исследования потерь радиосигнала в зоне воздушных линий
электропередач (ВЛЭП), позволяющая осуществлять выбор опор линий
электропередач
и
координат
установки
на
них
измерительных
преобразователей с антеннами, обеспечивающих передачу информации с
максимально возможной надежностью.
9.
На основе анализа стандартов качества сотовой связи разработан
программно-аппаратный комплекс для оценки качества услуг, оказываемых
сотовой связью. Этот прибор сравнительно просто и с минимальной
стоимостью может быть реализован на базе ноутбука и при широком
внедрении может повысить качество систем сотовой связи в целом.
10.
Проведены
экспериментальные
исследования
влияния
конструктивных особенностей систем сотовой связи, из которых следует, что
одним из способов повышения надежности передачи информации является
использование антенн с узкой диаграммой направленности, которые позволяют
повысить уровень сигнала и уменьшить влияния интерференционных
эффектов.
СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
Статьи в журналах, рекомендаванных ВАК РФ:
1. Шилин, А.Н. Алгоритм идентификации аварийных режимов воздушных
линий электропередачи / Шилин А.Н, Шилин А.А., Нгуен Ф.Т., Ле Ф.С. //
Известия ВолгГТУ. Серия «Процессы преобразования энергии и
энергетические установки». Вып. 6 : межвуз. сб. науч. ст. / ВолгГТУ. Волгоград, 2014. - № 18 (145). - C. 68-72.
2. Шилин, А.А. Анализ влияния электромагнитных помех от
высоковольтной линии электропередачи на каналы передачи информации
GSM/GPRS / А.А. Шилин, Ф.С. Ле // Известия ВолгГТУ. Серия «Процессы
преобразования энергии и энергетические установки». Вып. 6 : межвуз. сб.
науч. ст. / ВолгГТУ. - Волгоград, 2014. - № 18 (145). - C. 72-76.
3. Шилин, А.Н. Использование компьютерного моделирования для
определения положения датчиков мониторинга аварийных ситуаций на
воздушных линиях электропередачи / Шилин А.Н., Шилин А.А., Нгуен Ф.Т., Ле
Ф.С. // Вестник компьютерных и информационных технологий. - 2014. - № 7. C. 35-41.
19
4. Шилин, А.Н. Компьютерное моделирование магнитного поля
воздушных линий электропередачи при авариях / Шилин А.Н., Шилин А.А.,
Нгуен Ф.Т., Ле Ф.С. // Вестник компьютерных и информационных технологий.
- 2014. - № 11. - C. 43-50.
5. Шилин, А.Н. Стенд для исследования алгоритма диагностики обрыва
фаз линии электропередачи / Шилин А.Н., Шилин А.А., Нгуен Ф.Т., Ле Ф.С. //
Известия ВолгГТУ. Сер. Электроника, измерительная техника, радиотехника и
связь. Вып. 10. - Волгоград, 2014. - № 26 (153). - C. 97-102.
6. Шилин А.Н. Анализ потерь радиосинала сотовой связи / Шилин А.Н., Ле
Ф.С. // Оперативное управление в электроэнергетике. – 2016.- С. 48-56.
Статьи, свидетельства и материалы конференций:
7. Шилин, А.Н. Информационно-измерительная система мониторинга
воздушных линий электропередачи / Шилин А.Н., Шилин А.А., Нгуен Ф.Т., Ле
Ф.С. // Инновации на основе информационных и коммуникационных
технологий. Инфо 2014 : матер. XI междунар. науч.-практ. конф. (г. Сочи, 1-10
окт. 2014 г.) / Национальный исследовательский ун-т "Высшая школа
экономики" [и др.]. - М., 2014. - C. 161-164.
8. Нгуен, Ф.Т. Лабораторный стенд для исследования аварийных режимов
линий электропередачи / Нгуен Ф.Т., Ле Ф.С., Шилин А.Н. // XVIII
региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области
(Волгоград, 5-8 нояб. 2013 г.) : тез. докл. / отв. ред. В.И. Лысак ; Волгогр. гос.
техн. ун-т [и др.]. - Волгоград, 2014. - C. 195-196.
9. Шилин, А.Н. Система регистрации аварийных режимов воздушных
линий электропередачи / Шилин А.Н., Шилин А.А., Нгуен Ф.Т., Ле Ф.С. //
Электрика. - 2014. - № 9. - C. 2-5.
10. Шилин, А.Н. Система регистрации аварийных режимов воздушных
линий электропередачи / Шилин А.Н., Шилин А.А., Нгуен Ф.Т., Ле Ф.С. //
Повышение надёжности и энергоэффективности электротехнических систем и
комплексов : межвуз. сб. науч. тр. / Уфимский гос. нефтяной техн. ун-т. - Уфа,
2014. - C. 79-81.
11. Шилин, А.Н. Компьютерное моделирование электромагнитного поля
проводов линии электропередачи в поперечном сечении / Шилин А.Н., Нгуен
Ф.Т., Ле Ф.С. // Моделирование и создание объектов энерго- и
ресурсосберегающих технологий : межрегион. сб. науч.-практ. конф. / филиал
МЭИ, г. Волжский, 2013. –С. 138-144.
Подписано в печать _____2016 г. Заказ № _____. Тираж 100 экз. Печ. л. 1,1
Формат 60 × 84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная.
Типография ИУНЛ Волгоградского государственного технического
университета.
400005, г. Волгоград, просп. им. В.И. Ленина, 28, корп. № 7
20
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
15
Размер файла
1 137 Кб
Теги
воздушных, режимах, линия, передача, система, работа, информация, электропередачи
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа