Знайти:

Винничук Степан Дмитрович

Винничук Степан Дмитрович1955 р. народження

Завідувач відділом № 8

автоматизації проектування енергетичних установок    

в.о. заступника директора ІПМЕ ім. Г.Є. Пухова НАН України з наукової роботи

заступник головного редактора журналу «Электронное моделирование»


Телефон: (38-044) 424-91-71
E-mail: vynnychuk@i.ua

 

Основна освіта:

Наукові ступені:

Вчене звання старшого наукового співробітника присвоєно рішенням ВАК України від 02 червня 1997 р. за спеціальністю математичне моделювання та обчислювальні методи.

Область наукових інтересів:

Важливі публікації:

1. Моделювання теплових та гідравлічних процесів в розподільчих системах стискуваної рідини 1.1. Моделирование газовых и жидкостных распределительных систем / Кондращенко В. Я., Винничук С. Д., Федоров М. Ю.; Отв. ред. Самойлов В. Д.; АН УССР. Ин-т пробл. моделирования в энергетике. – Киев : Наук, думка, 1990. – 184 с. – ISBN 5-12-001303-1

    У монографії розглянуті методи й програмні засоби моделювання багаторежимних систем розподілу газових і рідинних робочих тіл мобільних енергетичних і холодильних установок при проектному дослідженні їх гідрогазодинамічних, теплових і механічних режимів. Для рішення проблем адаптації програмних засобів до схемно-конструктивних параметрів об'єкта, забезпечення їхньої доступності для кінцевого користувача, оперативності роботи й високої детальності опису фізичних процесів запропоновані нові нетрадиційні методи створення моделей систем розподілу для ЕОМ, що дозволяють автоматично зводити моделювання будь-якої схеми до рішення сукупності вкладених підзадач малої розмірності без подання всієї задачі  у вигляді єдиної системи рівнянь. Запропоновано різні модифікації структурно-декомпозиційного методу, що характеризуються максимальною розмірністю подзадач, ступенем гнучкості до зміни схеми об'єкта. Детально розроблена технологія створення моделей і досліджені математичні питання реалізації різних варіантів структурно-декомпозійного методу. 

1.2. Винничук С.Д. Понятие давления во внутренней точке узла сети несжимаемой жидкости со значимым влиянием узловых сопротивлений /Моделювання та інформаційні технології. Зб.наук.праць вип.21 – Київ: ІПМЕ ім.Г.Є.Пухова НАН України.  2003. - с.3-10 

У роботі обґрунтована необхідність виділення внутрішньої точки вузла при розрахунку потокорозподілу в гідравлічних мережах зі значимим впливом вузлових опорів. Показано, що завжди можливе визначення тиску у внутрішній точці вузла й розбиття перепадів тиску на парах елементів вузла на перепади на елементах вузла. Кожен з таких елементів вузла може бути однозначно віднесений в одній із суміжних вузлу гілок, внаслідок чого стає можливим визначення значень перепадів тисків на гілках мережі. 

1.3. Винничук С.Д. Аксиомы теории анализа потокораспределения в гидравлических сетях и эквивалентночть методов расчета. /Зб.наук.праць вип.19 Київ, ІПМЕ ім.Г.Є.Пухова НАН України, 2003. - с.51-59

    У роботі запропонована система аксіом теорії розрахунку потокорозподілу стосовно гідравлічних розподільних системах (ГРС). Показано, що на її основі будуються ряд відомих методів розрахунку потокорозподілу в ГРС (методи контурних витрат, вузлових тисків, структурно-декомпозиционные й евристичні методи) і таким способом доводиться еквівалентність цих методів розрахунку.

Система аксіом:

А1. Масові витрати в галузях задовольняють закону збереження маси;

А2. Для елементів вузлів і елементів гілок має місце умова однозначного визначення тиску на границях будь-яких двох таких елементів;

А3. Втрати тиску на елементах гілок і вузлів ГРС є неперервними функціями витрат, тисків і температур і задовольняють умовам законів збереження маси, енергії й кількості руху. 

1.4. Винничук С.Д. Особенности формирования уравнений второго закона Кирхгофа для задач расчета потокораспределения в распределительных системах сжимаемой жидкости. Электронное моделирование -  №6- 2008 с. 49-58.  

При формуванні системи рівнянь потокорозподілу на основі законів Кірхгофа  кожне з рівнянь другого закону отримують при послідовному обході елементів гілок, що описують контур.  Критичні режими течії, коли швидкість потоку рівна швидкості звуку в потоці, характеризуються наявністю розриву функції повного тиску на лінії критичного перетину. Тому, знаючи тиск перед критичним елементом, неможливо визначити його значення за ним (дивлячись в напрямку потоку). В роботі показано, що можливими є випадки, коли при наявності кількох критичних режимів на елементах контуру таке рівняння або неможливо отримати, або права частина отриманого рівняння буде знайдена зі значною похибкою. Запропоновано спосіб коректного формування рівнянь другого закону Кірхгофа, при якому додатково слід визначати значення повного тиску у вузлах графа системи.  

1.5. Винничук С.Д., Шестаков А.А. Расчет потери давления при внезапном расширении трубопровода с учетом сжимаемости жидкости. / Электронное моделирование -  т.33, №3. – 2011. – с. 85-93. 

Запропоновано спосіб визначення втрат повного тиску на гідравлічному елементі «раптове розширення потоку», що забезпечує найкращу точність розрахунків в порівнянні з іншими відомими підходами по відношенню до даних експериментальних досліджень.  

2. Функціонування частотної протиаварійної автоматики в процесі динамічної зміни частоти при небалансах активної потужності  

2.1. Автоматическая частотная разгрузка, оптимизированная по скорости снижения и повышения частоты. / Винничук С.Д., Данильчук В.Н., Нехай И.Ф., Панов А.В. -  Киев, Энергетика и электрификация. -   № 8. - 2005. – с. 17-25.  

Розглядаються умови забезпечення автоматичного частотного розвантаження енергосистем при різних дефіцитах активної потужності, в т.ч. АЧР за швидкістю зниження частоти та принципи виконання частотного розвантаження, оптимізованого по швидкості зниження та підвищення частоти. 

2.2. Винничук С.Д., Данильчук В.Н., Нехай И.Ф. Решение проблем качества частотных переходных процессов с применением уставок по скорости изменения частоты / Электрические сети и системы, 2008, № 6. - с. с. 63-72. 

На основі аналізу процесів при значних дефіцитах активної потужності встановлено, що має місце глибоке зниження частоти, при якому можливе спрацювання автоматики частотного ділення (ЧДА). Цього можна уникнути за рахунок використання другого пуску черг АЧР1 за швидкістю зниження частоти (АЧРС). Розглянуті варіанти способів вимірювання швидкості зміни частоти. Для випадків зниження частоти аналізуються підходи до вибору уставок АЧРС з використанням мікропроцесорного реле частоти УРЧ-3М-С. При різкому рості частоти після спрацювання ЧДА запропоновано використовувати автоматику частотного повторного підключення навантажень (ЧАПВ) з другим пуском за швидкістю підвищення частоти. 

2.3. Винничук С.Д., Данильчук В.Н. Принцип минимизации аварийного состояния энергосистем в современных системах автоматической частотной разгрузки. / Электрические сети и системы, 2009, № 4. - с. 13-27. 

До складових частотної ПА в 2003 році було введено автоматику попереднього захисту (ПЗ-1) реакторів ВВЕР-1000, робота якої полягає в забезпеченні зниження теплової потужності реактора до 90 % від номінальної при зниженні частоти нижче 49 Гц. Таке зниження реалізується на протязі 10-20 с та супроводжується зниженням електричної потужності на 13-18%. Зниження припиняється при підвищенні частоти вище 49 Гц. В ОЕС України значна частина генерованої потужності припадає саме на енергоблоки з реакторами ВВЕР-1000. Тому оцінка впливу на хід ліквідації частотного аварійного процесу при виникненні раптових дефіцитів активної потужності є актуальним завданням, що розглядається у роботі. Така оцінка дана для діючої в ОЕС України системи АЧР та перспективної пропонованої адаптивної системи АЧР.  Результати проведених досліджень показали, що:

-      робота автоматики ПЗ-1 енергоблоків АЕС з реакторами ВВЕР-1000 суттєво впливає на обсяг відключеного навантаження пристроями АЧР;

-      при аварійних зниженнях частоти нижче 49 Гц обсяг розвантаження залежить від часу, на протязі якого частота залишається нижчою за 49 Гц. Зменшення такого обсягу можна досягти за рахунок зменшення цього часу;

-      при рівнях дефіциту до 36% адаптована система АЧР дозволяє в середньому на 6.5% зменшити обсяг навантаження, що відключається пристроями АЧР при ліквідації частотної аварії та запобігає відключенню енергоблоку від мережі на живлення власних потреб.    

2.4. Винничук С.Д. Проблемы организации частотной противоаварийной  автоматики по скорости изменения частоты в компактных энергосистемах. / Электрические сети и системы, 2013, № 4. - с. 60 – 65. 

Відображені проблеми організації частотної ПА, що враховує швидкість зниження частоти при виникненні аварійних дефіцитів потужності в компактних енергосистемах (ЕС).

У режимі зниження частоти мають місце суттєві відмінності в швидкості її зміни в різних точках ЕС. В той же час, протягом значного діапазону часу (0-1,5 с. Від моменту виникнення дефіциту) середнє значення швидкості зміни частоти, яке визначається за експериментально отриманими графіками її зміни для різних точок виміру, в більшості випадків близьке до середнього значення для аналогічних режимів, отриманого при моделюванні згідно одновузлової моделі. Причому на проміжку часу приблизно 0-1,0 с. від моменту виникнення дефіциту вплив частотного коефіцієнта навантаження не є суттєвим. Тобто одновузлова модель частотних динамічних процесів характеризує середню швидкість зниження частоти для режимів зі значними дефіцитами активної потужності в енергосистемі і може бути використана для оцінки ходу процесу при оцінці дії частотної ПА для компактних ЕС.

Відомо, що при вимірах частоти знайдене її значення за значеннями напруги в ЛЕП не завжди відповідає частоті, яка визначається за швидкістю обертання ротора генератора. Мають місце різкі її падіння, швидкість яких значно перевершує гранично допустиму для турбогенераторів (відповідно до нормативних вимог безпеки турбін, гранична швидкість зміни частоти обмежена величиною 12% / сек., Тобто 6 Гц / сек). Інший тип невідповідності - поява хвиль частоти через ефект накладення хвиль потужності, наприклад, внаслідок відключення навантаження. Отже, при організації черги АЧРШ або ДАРШ для коректної їх роботи важливо вибирати як спосіб визначення частоти в ЕС, так і спосіб визначення швидкості її зміни.

Наведені результати досліджень і зроблені висновки відносяться до питань ліквідації аварійних режимів зі значними дефіцитами активної потужності в компактних ЕС. Питання ж організації частотної ПА для розподіленої електроенергетичної системи вимагає окремого вивчення, що передбачає наявність типових графіків зміни частоти в залежності від рівня дефіциту. Такі дані можна отримати на підставі моніторингу частоти в ЕЕС при синхронному її вимірі в різних точках системи для реальних аварійних процесів в ЕЕС, що мали місце раніше. Їх також можна отримувати за моделлю частотних перехідних процесів всій розподіленої ЕЕС, в якій адекватно відображаються зміни частоти в різних точках системи, включаючи як коливальну, так і аперіодичну її складові. 

3. Потужність та частота в енергосистемі  

3.1. Винничук С.Д. Обоснование теории мощности системы периодических многофазных токов. / Электронное моделирование - т.34, №2,3. – 2012 (№2 – с. 23-37,  №3 – с. 25-36). 

Для періодичних процесів в електроенергетичній системі запропоновано обґрунтування теорії потужності трьохфазного струму, засноване на понятті потужності джерела (генератора), розміщеного у точці трьохфазної системи. Знаючи значення струмів і напруг в довільній точці мережі можна визначити складові потужності, що передавались би розміщеним в цій точці генератором. Такі потужності були названі потужностями відносно джерела. Це дало змогу визначити поняття миттєвої реактивної потужності, поняття потужності несиметрії, та способи визначення всіх складових повної потужності.

На основі результатів аналізу структури повної потужності трьохфазної системи встановлено:

1.     Активні складові повної потужності, що обчислюються як скалярний добуток вектора миттєвих значень напруг на вектор струмів (сумарна миттєва потужність трьох фаз PS) та як векторний  добуток вектора миттєвих значень напруг на ортогональний вектор струмів (Pg), відрізняються на величину потужності спотворення D (D2 = Da2 + Dф2 , Da, Dф – відповідно амплітудна та фазна складові потужності спотворення). В першому випадку потужність спотворення відносять до складових неактивної (реактивної) потужності, а в другому – до активних.

2.     Реактивна потужність Qg, що визначається як скалярний добуток миттєвих  значень вектора напруг та ортогонального вектора струму чисельно дорівнює реактивній потужності трьох фаз по Будяну. При цьому довільна генерація чи споживання реактивної потужності характеризуються зміною струму чи напруги та зникає неоднозначність при визначенні її величини.

3.     Для потужності несиметрії, як відхилення від ідеального симетричного режиму (D=0), визначено три її варіанти:  амплітудна несиметрія (Hа) – математична характеристика відхилення значень відношень модулів струмів до модулів напруг у різних фазах, фазна несиметрія (Hф) – математична характеристика величини відхилення різниці кутів між струмом та напругою для різних фаз, а також несиметрія співвідношень в фазах між їх складовими потужності – міжфазна несиметрія потужностей (H1P, H1Q – додаткові складові потужності несиметрії (активна та реактивна), що визначаються через струми прямої, зворотної та нульової послідовностей.) Показано також, що в рамках класичного визначення потужності несиметрії існують приклади несиметричних режимів, для яких амплітудна та фазна складові дорівнюють нулю.

4.     У випадку довільних періодичних режимів повна потужність Sm є  геометричною сумою восьми складовиї: PS, Qg, Dа, Dф, Ha, Hф, H1P, и H1Q

3.2. Винничук С.Д. Анализ алгоритмов определения частоты в сети для случаев переходных режимов. / Электрические сети и системы, 2012, № 5. - с. 68-77. 

Частота в мережі визначається за даними про напругу в фазах чи міжфазну напругу і найчастіше на основі розрахунку довжини проміжку часу між переходами через выдповыдний нуль для функції напруги (узагальнений період). В статті аналізується ряд таких підходів з використанням експериментальних даних про напругу в точці мережі. Проведений аналіз для трьох типових прикладів режимів показав:

1.     Різкий короткочасний ріст (чи зниження) швидкості зміни фазного кута (для першого режиму більш ніж 1 Гц за 0,02 с) дозволяє стверджувати, що знайдене значення частоти не відповідає частоті, що визначається на основі швидкості обертання ротора генератора, (хоча ці величини співпадають в усталеному періодичному процесі та визначають синхронну частоту в енергосистемі). Але саме дані про частоту в точці мережі використовуються при роботі значної частини частотної ПА (в тому числі АЧР), де довільний  локальний ріст частоти вище уставки за частотою черги АЧР зупиняє її роботу. Такі короткочасні (довжиною не більше одного узагальненого періоду) коливання частоти слід виключати з розгляду, що можна реалізувати або на основі збільшення числа узагальнених періодів, що використовуються для визначення частоти, або  виключенням частини періодів з максимальною та мінімальною довжиною.

2.     У режимі коливань миттєвої активної потужності та швидкості зміни фазного кута така швидкість змінюється мало (в межах ±0.1 Гц). Але частота, обчислена через напругу в різних фазах, може бути одночасно більшою за 50,02 Гц та меншою 49,98 Гц, тобто по різні сторони діапазону частоти первинного регулювання. Серед проаналізованих способів визначення частоти така ситуація виключається при використанні 9 і більше узагальнених періодів без виключення періодів з максимальною та мінімальною довжиною.

3.     В режимах різкої зміни частоти, що відповідає частотній аварії зі значним дефіцитом активної потужності, збільшення числа узагальнених періодів, що  використовуються для визначення частоти, призводить до штучного завищення значення частоти та, як наслідок, до запізнілого спрацювання пристроїв протиаварійної частотної автоматики. Їх зменшення (аж до одного) не дозволяє виключати випадки значного короткочасного підвищення чи зниження частоти. Певним чином дана проблема вирішується тільки для варіанту алгоритму визначення частоти f3-2 (серед довжин трьох узагальнених періодів відкидаються два з них із найменшим та найбільшим значення довжини).

4.     Неможливо побудувати єдину методику визначення частоти в точках мережі, що ґрунтується на використанні тільки даних про довжину узагальнених періодів фазної чи міжфазної напруги, яка одночасно дозволяла б вирішувати задачі як первинного, так і протиаварійного регулювання, оскільки неможливе виконання вимог щодо числа узагальнених періодів. Необхідні також спеціальні дослідження стосовно оцінки відповідності даних про частоту в різних точках мережі та значень частоти, визначеної через швидкість обертання ротора турбін.

5.     Крім способів визначення частоти через нулі функції напруги можна визначати її на основі швидкого перетворення Фурє. Але і в цих випадках при використанні тієї ж функції напруги буде отримано аналогічні результати.

4. Методи та алгоритм обчислень

4.1. Винничук С.Д. Естественная сортировка слиянием с минимизацией объема дополнительной памяти. / Электронное моделирование -  т.33, №6. – 2011. – с. 33-56.

 

Запропоновано варіанти стійких нерекурсивних алгоритмів сортування злиттям, що враховують впорядкованість вхідних даних, де обсяг додаткової пам'яті може бути зменшений до величини n/2+O(1),  n/4+O(1),  n/8+O(1), з оцінкою складності для гіршого випадку O(n×logn). Запропонований аналогічний алгоритм, що потребує обсягу додаткової пам'яті порядку O(logn) з оцінкою складності для гіршого випадку порядку O(n×log2n).

 

4.2. Винничук С.Д. Определение кратчайших путей из одной вершины с помощью алгоритма поиска в ширину. / Інформаційні технології і безпека. - № 1. – 2012. – с. 16-20

 

Запропоновано прості в реалізації алгоритми пошуку найкоротших шляхів з однієї вершини, що дозволяє визначати їх для довільних графив для невід'ємних ваг ребер () (алгоритм А1) та для орієнтованих графів з довільними вагами ребер (алгоритм А2).

Показано, що існують випадки, коли за трудомісткістю алгоритм А1 є ефективнішим за алгоритм Дейкстри, хоча в граничному випадку його трудомісткість може бути оцінена величиною порядку О (V*E).

Алгоритм А2 у разі наявності ребер з від’ємною вагою в орієнтованому графі дозволяє визначати факт наявності циклів з від’ємною вагою.

Показано також, що обсяг пам'яті, необхідний для реалізації алгоритмів А1 і А2 лінійно залежить від числа вузлів і числа ребер графа.

 

4.3. Винничук С.Д. Аналіз часової складності кроків алгоритму Крускала при  відсортованих вагах ребер з часом роботи О(е+VlogV) для варіанту його С-реалізації. / Інформаційні технології і безпека. - № 2. – 2013.

 

Запропоновано простий для реалізації алгоритм методу Крускала побудови остовного дерева мінімальної ваги. Проведено детальний аналіз часової складності всіх кроків описаного алгоритму та дається загальна оцінка його складності. Показано, що для наведеного алгоритму для випадку відсортованих ваг ребер часова складність оцінюється величиною O(E+VlogV), що дещо краще за відому найкращу оцінку O(ElogV), але для невідсортованих ваг ребер співпадає з нею.

 

4.4. Винничук С.Д., Жилин А.В., Мисько В.Н. Факторизация чисел вида    N = pq при простых p и q методом дискретного логарифмирования. / Электронное моделирование - т.35, №5. – 2013. с.  

 

Запропоновано метод розкладання на множники числа виду  N = pq, де p й q прості, як вирішення задачі визначення показника степеня в рівнянні ахmodn=b. Показано, що запропонований метод й метод Ферма є еквівалентними за обчислювальною складністю, але кількість ітерацій в методі дискретного логарифмування в [0.5log2N] разів менше ніж для метода Ферма.

 

4.5. Винничук С.Д., Жилин А.В., Мисько В.Н. Алгоритм Ферма факторизации чисел вида N=pq методом прореживания. / Электронное моделирование -  т.36, №2. – 2014. – с. 3-14.

 

Запропоновано спосіб прискорення методу Ферма факторизації чисел виду N = pq, де p і q прості, за рахунок прорідження пробних значень х. В основі способу – перехід від співвідношення х2=N+y2 в методі Ферма до рівняння х2(mod B) = (N+y2)(mod B), тобто рівняння відносно залишків по модулю деякого числа В – основи модуля. Показано, що це дозволяє виключити з розгляду значну частину значень х, при яких рівняння х2=N+y2 точно не матиме розв’язків. В залежності від числа N при відомому модулі В число пробних значень х в методі Ферма зменшується в Zсер(В) раз. Визначені властивості Zсер(В) в залежності від В. Показано, що для значень В до 111000 максимальне значення Zсер(В) дорівнює 131.66, хоча в окремих випадках N може дорівнювати 462, тобто число пробних значень зменшується у 462 рази.

З аналізу різних варіантів основ В і проведених чисельних експериментів можна зробити висновок, що зі зростанням В значення Zсер(В) для непарних В зростає повільніше ніж для В, кратних чотирьом. При цьому все ж подвоєння коефіцієнта прискорення Zсер(В) пов'язано в основному з множенням основи В на простий множник, який відсутній в В, через що значення Zсер(В) зростають значно повільніше ніж В. Тобто швидко зростає і число значень x(modВ), при яких рівняння х2=N+y2 може мати корінь. В середньому кількість таких значень х дорівнює  В / Zсер(В). Усіх їх необхідно визначати і зберігати в робочому масиві для можливості багаторазового використання. Тому значне збільшення Zсер(В) породжує проблему виділення необхідного обсягу пам'яті для зберігання значень x(modВ). Тому навіть з урахуванням проріджування обчислювальна складність методу Фур'є буде величиною порядку О(N0.5), хоча з урахуванням проріджування його трудомісткість зменшується в середньому в Zсер(В) разів.

 

4.6. Винничук С.Д., Самойлов В.Д. Определение  токовых ребер графов коммутационных структур на основе анализа фундаментальной системы циклов / Электронное моделирование -  т.36, №4. – 2014. – с. 89-99.

 

Запропоновано метод визначення ребер у графі комутаційної структури (КС) електричної підстанції з ненульовим струмом в них на основі аналізу фундаментальної системи циклів (контурів). Описано алгоритм реалізації методу. Алгоритм пропонується використовувати на етапі підготовки СЛАУ AX+B=0 з матрицею Максвелла А мінімального порядку.

Специфікація алгоритму представлена з використанням модифікованого псевдокоду, яка не залежить від використовуваної в подальшому мови програмування. Отримано оцінку обчислювальної складності запропонованого алгоритму  методу.