CC BY
47
УДК 621.313
ЮН. ВОРОНОВ
ПОДХОД К ПРОГНОЗИРОВАНИЮ ОЖИДАЕМОЙ НАГРУЗКИ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ САМОХОДНОГО АРТИЛЛЕРИЙСКОГО ОРУДИЯ НА РАННИХ ЭТАПАХ ЕЁ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Ключевые слова: система электроснабжения, самоходное артиллерийское орудие.
На начальных стадиях проектирования системы электроснабжения необходимо уделить должное внимание тому, насколько точно и обоснованно будут рассчитаны возможные функциональные состояния системы, которые в дальнейшем позволят перейти к построению графика ожидаемой нагрузки проектируемой системы электроснабжения
Yu. N. VORONOV THE APPROACH TO FORECASTING AN EXPECTED LOAD OF AN POWER SUPPLY SYSTEM OF A SELF-PROPELLED ARTILLERY GUN AT EARLY STAGES OF ITS DESIGNING.
Key words: power supply system, self-propelled artillery gun.
On initial stages of system design of power supply, it is necessary to give proper attention to that, as precisely and reasonable will be calculated possible functional system conditions which hereinafter will allow to proceed to construction of the schedule of an expected load of a designed power supply system.
Анализ проектирования систем электроснабжения (СЭС) промышленного назначения показывает, что для оценки ожидаемого электропотребления используется, как правило, статистический метод расчёта, который основывается на рассмотрении процесса функционирования потребителей как строго детерминированного, что в принципе приводит к завышенным оценкам ожидаемого электропотребления по сравнению с действительными показателями. Исходным положением этого метода является то, что при проектировании новых систем электроснабжения промышленного назначения используют установленные ранее показатели нагрузки аналогичной системы электроснабжения, таковыми показателями нагрузки являются среднее значение нагрузки системы электроснабжения и её дисперсия. В общем, сам состав потребителей электрооборудования промышленного назначения и установленная мощность этих потребителей изменений не претерпевают, потому что современные объекты промышленного назначения проектируются и создаются, как правило, для долгосрочной эксплуатации, поэтому данный подход в целом себя оправдывает.
Однако в перспективных образцах самоходных артиллерийских орудий (САО) сам состав потребителей постоянно увеличивается и модернизируется, что обусловлено мобильностью и скоротечностью современного боя. Режим работы потребителей отличается принципиальной новизной [3]. Так, если в САО 2С3М ранних лет выпуска механизм наведения орудия был ручным, то в перспективном образце вооружения САО 2С19 механизм наведения содержит электропривод наведения орудия по вертикали, диапазон потребляемой мощности которого составляет от 2,5 до 3,5 кВт; потребляемая мощность электропривода механизма заряжания в САО 2С19 составляет 2,5 кВт, тогда как в САО 2С3М 1,5 кВт, и т.д. В СЭС САО отсутствует жёсткая функциональная энергетическая связь между отдельными потребителями, и потребляемая мощность является
случайной функцией времени. Из этого следует, что за исходные данные, целесообразно принять не априорные статистические показатели аналогичной СЭС, а показатели, которые характеризовали бы функционирование непосредственно проектируемой системы электроснабжения самоходного артиллерийского орудия.
Всё это вынуждает искать новые подходы к определению расчётной нагрузки СЭС САО на начальной стадии её проектирования. Таковыми подходами могут быть либо эмпирические методы расчёта, которые в принципе не вскрывают физическую сущность процессов потребления электроэнергии и дают, как правило, очень приближённое представление о действительных значениях потребляемой мощности, либо математические методы [2], использование которых более целесообразно для определения ожидаемой нагрузки на начальной стадии проектирования СЭС САО.
Так, каждый режим работы проектируемой СЭС САО необходимо отнести к тому или иному этапу выполнения САО той или иной задачи (стрельба, загрузка боеприпасов, внутреннее освещение ведение переговоров по радиостанции т.д.). На каждом этапе выполнения САО определённой задачи целесообразно установить вероятные средние значения интенсивности задействования одиночных потребителей или группы однородных потребителей X ку, интенсивности их работы ц ку = ^ ку) -1 и продолжительности т, где t kv - среднее значение
продолжительности у-го рабочего цикла k-го потребителя. Отсюда представляется возможным работу проектируемой СЭС САО рассматривать как поток событий с интенсивностями X 1у,..., X ку,..., X пу, принимая за события возможные с
точки зрения потребления электроэнергии состояния СЭС, учитывая при этом, что характер потока событий установлен. Это позволит каждый режим работы системы электроснабжения самоходного артиллерийского орудия рассматривать как марковский процесс случайных событий [4].
Для формализации процесса оценки ожидаемого электропотребления, целесообразно проектируемую СЭС рассматривать как некоторую физическую систему, которая способна находиться в различных с точки зрения нагрузки, функциональных состояниях {©©. Модель функциональных состояний системы электроснабжения удобно представить, в виде ориентированного графа О = (©, F) [1], где элементы © И, о=о,1,к,к„..,о
множества © являются вершинами рассматриваемой модели и отражают состояние СЭС при включении определённого потребителя (электрический стартер, электрический привод наведения орудия, механизм заряжания, радиостанция и т.д.), группы однородных потребителей ка или всех потребителей за определённый период времени t. Ориентация дуг графа О = (©, F) определяется направлением возможных переходов проектируемой СЭС из состояния {©© в состояние ©г- ( = 0,1,к,к,...,п). Решение данного
графа О = (©, F) сводится к определению математическими методами численных значений передач от истока графа к вершинам, соответствующим рассматриваемым состояниям СЭС, что позволит установить вероятность
рУ (), а следовательно, при заданном t и ожидаемое время нахождения проектируемой СЭС САО в возможных функциональных состояниях. Вероятность наступления состояния определяется параметрами X /у, ц у и ту .
Тогда представляется возможным определить вероятность ру () функ-
для определённого интер-
циональных состояний © г- е © (/ = 0,1,., к,., ка ) вала работы проектируемой СЭС САО и ожидаемое время (У нахождения системы в этих состояниях, решив следующую систему уравнений:
к = П
я + Х^
к=1
( >\
а=п
я Ц к + Х^1
а=1
р0 (і )-Хц ірі (і )=0
к=1
ру ( )-»>; ( )-е'ц а рка(< )=о
я +
Л
е=1
к ,а
а =1 а^ к
є=П
РІа()- Х ()- Х ЦєРк'ає (і) = 0
і=а,к 3=к ,а
Це рка
є =1 к ,а
к=П
Я + ХЦ к
к=1
N
(1)
где Я - оператор Лапласа. Следовательно,
= Ірі ()-••, ІУа = / Руа (іVі
Сє = 1 РУає(іVі^ =| Р,п (іVі
о Хк о Хк
(2)
где нижний индекс у показателей вероятности рУ (() обозначает состояние СЭС, когда задействован какой-либо потребитель или группа потребителей. При подстановке цифровых индексов порядок их расположения регламентируется по возрастанию номеров потребителей.
Воспользовавшись известной формулой Мэзона и теоремой о вычетах, из графа О = (©, F), отображающего вероятность возможных переходов проектируемой системы электроснабжения из последующих и предыдущих состояний при учёте вероятности неизменности рассматриваемого состояния, можно определить вероятность /-го состояния СЭС в виде следующей зависимости:
()=Х к: е-
(3)
где KV =
(s - s ;■ ) v; д;
- вычеты искомой функции (^ = 0,1,...,mn );
Дп
Lvi - передача k-го пути от источника до i-го потребителя (к = 1,2, к, nt); Дп - определитель графа; Дк - определитель части графа, не касающейся k-го пути; s^ - корни характеристического уравнения (^ = 1, к, тп ).
При проведении практических расчётов целесообразно учитывать только стационарные (предельные) вероятности состояний pi (t). В этом случае ожидаемое предельное время нахождения СЭС в возможных функциональных состояниях будет составлять:
tI = РV (t)т v . (4)
Таким образом, располагая установленными значениями p'V (t) и tvt , представляется возможным осуществить построение графика ожидаемой нагрузки для отдельных потребителей или группы однородных потребителей. При соединении с подобными графиками, построенными для других возможных режимов работы СЭС, сможем получить график ожидаемой нагрузки для всего рабочего цикла проектируемой СЭС САО. График ожидаемой нагрузки представляется в виде прямоугольных импульсов, продолжительность которых равна ожидаемому времени состояния, а амплитуда — ожидаемой нагрузке при нахождении системы в этом состоянии. В дальнейшем данный график служит основой для установления генерального значения коэффициента использования проектируемой СЭС.
Литература
1. БержК. Теория графов и её применение / К. Берж. М.: Иностранная литература, 1972. 319 с.
2. Веретенников Л.П. Исследование процессов в судовых электроэнергетических системах. Теория и методы / Л.П. Веретенников. Л.: Судостроение, 1979. 376 с.
3. Голованов В.А. Основы конструкции и проектирования артиллерийского вооружения / В.А. Голованов, В.И. Капаев. М.: МО РФ 2005. Ч. 1, Ч. 2.
4. Лазарев И.А. Синтез структуры систем электроснабжения летательных аппаратов / И.А. Лазарев. М.: Машиностроение, 1976. 256 с.
ВОРОНОВ ЮРИЙ НИКОЛАЕВИЧ - адъюнкт очной адъюнктуры, Казанское высшее артиллерийское командное училище, Россия, Казань ([email protected]).
VORONOV YURIY NIKOLAEVICH - post-graduate student, Kazan Artillery Military School, Russia, Kazan.______________________________________________________
