Математические модели и методы организации интеллектуальных компьютерных сетей управления электроснабжением и оптимизацией электропотребления железных дорог

Abstract

Анализ эволюции электросетей железных дорог показал, что решение комплексной проблемы оптимизации электропотребления и улучшение безопасности движения возможно путем интеллектуализации процессов электроснабжения. Предложена вычислительная сеть управления электроснабжением на уровне тяговых подстанций, которая адекватно отображает ее топологию и граф сети. На основании дифференциальных преобразований разработана математическая модель компьютерной архитектуры управления электроснабжением тяговых подстанций. Предложены методы вычисления в аналитическом виде значений вероятностей состояния узлов графа компьютерной сети. Рассмотрены критерии вычисления таких показателей: пропускная способность узлов, среднее число обрабатываемых заявок и количество отказов заявок на обслуживание.Проанализированы методы инновационного преобразования систем для поставки электроэнергии железным дорогам. Показано, что современные интеллектуальные сети электроснабжения представляют собой новое качество взаимно интегрированной архитектуры распределенной компьютерной среды управления электроснабжением и топологии тяговой электрической сети, ориентированной на накопление новых знаний и оптимизацию энергоресурсов. Для синтеза математических моделей исследования интеллектуальных систем предложен граф распределенной компьютерной среды, который адекватно отображает топологию электросети железной дороги. Предложены дифференциальная математическая модель распределенной компьютерной среды интеллектуализации процедур всережимного управления электроснабжением и методы определения значений вероятностей состояний узлов, пропускной способности, числа занятых каналов, количества отказов заявок на обслуживание.

Досліджено ключові напрямки еволюції іноваційного перетворення електричних систем залізниць. Показано, що розв’язання комплексної проблеми оптимізації електропостачання та створення енергозберігаючих технологій можливо шляхом інтелектуалізації щвидкоплинних технологічних процесів електроспоживання. Запропоновано концептуальний підхід і сукупність принципів організації інтелектуальних комп’ютерних мереж, орієнтованих на нові знання в галузі залізничної енергетики і спроможних розв’язувати комплекс задач, які традиційно відносяться до класу творчих. Науково обґрунтована організація математичних моделей і методів підвищеної інтелектуальної складності і розмірності, орієнтованих на виявлення нових спеціальних знань в залізничній енергетиці шляхом використання наявної надлишкової продуктивності обчислень в будь-якій точці або сегменті топології об’єкта. Запропоновано диференційні математичні моделі для визначення вичерпної інформативності первинної інформації, проведення спектрального аналізу первинних даних, дослідження комп’ютерної архітектури керування на рівні тягової підстанції, визначення ймовірностей станів вузлів комп’ютерної мережі, пропускної спроможності, кількості відмов заявок на обслуговування та зайнятих каналів. Розроблено математичну модель кібербезпеки комп’ютерного середовища, формалізовано критерії кібербезпеки і розроблено стратегію забезпечення кібербезпеки на основі принципу мінімаксу.

The key directions of evolution of innovative transformation of electric systems of rail-ways are investigated. It is shown that the solution of complex problem of optimization of power supply and creation of power saving up technologies is possible by intellectualization of fast-flowing technological processes of power consumption. A conceptual approach and a set of principles for the organization of intelligent computer networks focused on obtaining new knowledge in the field of railway energy and able to solve a set of problems that traditionally belong to the class of creative. The organization of mathematical models and methods of increased intellectual complexity and dimension focused on the identification of new special knowledge in the railway energy by using the available excess performance calculations at any point or segment of the topology of the object. The proposed differential mathematical model to determine the comprehensive information content of the primary information, the spectral analysis of the primary data, research of computer architecture control level of the traction substation, determining probabilities of States of nodes of a computer network, bandwidth, the number of failures of service calls and busy channels. The mathematical model of cybersecurity of the computer environment is developed, criteria of cybersecurity are formalized and the strategy of ensuring cybersecurity on the basis of the minimax principle is developed.