ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ КОМПЬЮТЕРНОЙ МОДЕЛИ АВТОНОМНОЙ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ

В настоящее время основным методом исследования и проектирования сложных технических устройств является построение математических моделей их компонентов и всей системы в целом [1,2,3]. Для этих целей, в зависимости от задач, стоящих перед инженером или исследователем, используется соответствующие программные продукты [1]. Всё разнообразие методов получения и решения уравнений математических моделей компонентов проектируемой системы можно разделить на две группы.

К первой группе можно отнести классический, исторически сложившийся метод построения математической модели [1]. В этом случае применяется декомпозиция системы на составляющие, для которых строятся их упрощенные физические модели, и, согласно которым, используя причинно-следственные связи на основе базовых физических принципов и строиться математическая модель этого компонента системы. Далее, после математического описания физических и информационных связей между компонентами, полученная система уравнений решается с помощью соответствующего универсального математического программного комплекса [2]. Данный подход является весьма трудоемким и громоздким, особенно при рассмотрении много компонентных систем с разными физическими принципами работы. В этом случае достаточно сложно построить адекватные математические модели компонентов и описать связи между ними. Кроме того, при наличии системы дифференциальных уравнений большой размерности довольно трудно подобрать численный метод их решения, обеспечивавший достаточную точность, что требует от инженера высоких знаний в области вычислительной математики.

Второй подход к построению математической модели технической системы, более эффективный и удобный для инженера или исследователя, основан на использовании информационных систем визуального «физического» моделирования. Термин «физическое» здесь означает то, что на экране строится схема исходной технической системы, где математические модели каждого компонента скрыты за условным графическим обозначением, а последовательность их соединения отражает передачу информации или физических сигналов [2]. Модели такого рода носят название «компьютерные модели» (англ. «Computer simulation»). Компьютерное моделирование в настоящее время – это основной метод научного познания действительности и проектирования технических устройств.

Программное обеспечение для построения компьютерных моделей также можно разделить на две группы по виду объектов моделирования: универсальных и специализированных систем.

Специализированные программные системы предназначены для построения моделей конкретных технических систем: транспортной, авиационной, электронной, гидравлической и так далее. В области электроэнергетики широко используются такие программные продукты как PSCAD [3], DIgSILENT[3], Multisim [3], и так далее. Основным недостатком этих систем является их достаточно узкая специализация и большая стоимость. Универсальные системы компьютерного моделирования являются мультифизическими, то есть включают в себя библиотеки моделей элементов различной физической природы: электрические, механические, пневматические и так далее. Кроме того, они имеют достаточно мощные инструменты решения математических задач. Наиболее распространёнными среди подобных систем являются Matlab/Simulink фирмы MathWorks [3] и AMESIM фирмы Siemens [4]. Эти системы имеют много достоинств, но их основными недостатками является излишняя громоздкость, высокие требования к ресурсам компьютера, высокая цена и отсутствие русскоязычной локализации. Кроме того, существует риск санкционных процессов при их легальном использовании. Это затрудняет их использование в небольших предприятиях и учебных заведениях.

Последнее время большинство ведущих научных и проектных учреждений нашей страны, таких как ОКБ Сухого, НПО машиностроения, МАИ, МЭИ, Атомпроект и так далее, стали использовать для разработки и моделирования сложных технических систем отечественный продукт SimInTech [3,4]. По своим функциональным возможностям этот программный комплекс аналогичен Simulink, позволяя решать практически все задачи, что и он. Отличие заключается в том, что SimInTech занимает более чем в 10 раз меньше памяти, работает более быстрее и изначально спроектирован под русский язык интерфейса. Этот программный комплекс также, как и Simulink обладает готовыми библиотеками различных физических процессов (электрики, механики, гидравлики и пневматики и та далее), а также развитыми библиотеками автоматики и программирования контроллеров. Дополнительные модули могут быть легко построены с помощью встроенного языка программирования, аналогичному Matlab. Дополнительным достоинством языка программирования SimInTech является возможность решения дифференциальных уравнений на его уровне без вызова дополнительных функций. Кроме этого есть возможность подключения своих функций в формате dll на любых языках программирования. Также можно осуществлять параллельную работу SimInTech и Simulink, используя модели последнего.

SimInTech позволяет создавать комплексную модель, включающую в себя как реальные приборы и оборудование, так и разнообразные модели с помощью базы сигналов. Кроме того, Воронежский ГАУ является официальным партнёром фирмы – разработчика SimInTech ООО «3В Сервис» [1], и этот программный комплекс используется в учебном процессе. Поэтому инструментом моделирования автономной ветроэнергетической установки выберем программный комплекс SimInTech.