Алгоритм автоматического определения типов повреждений основного оборудования на основе технологии цифровых двойников

Вопросы применения технологии цифровых двойников на сегодняшний день являются актуальными в различных сферах экономического развития, не исключение и электроэнергетика. Электроэнергетика – отрасль со сложной структурой. Люди не всегда способны оперативно обработать огромный объем данных, выявить зависимости и принять оптимальное решение, поэтому без цифровых технологий невозможно конкурировать в современных реалиях. В статье рассматривается разработка и применение алгоритмов определения типов повреждений основного оборудования на основе технологии цифровых двойников. Определение режима повреждения основано на методе анализа аналоговых и дискретных сигналов, присутствующих в технологической сети передачи данных. В результате проведенных исследований разработаны, апробированы и внедрены алгоритмы цифрового двойника релейной защиты и автоматики на действующей ГЭС. Цифровой двойник направлен на сокращение времени обнаружения и локализации неисправностей и повреждений основного оборудования, а также на повышение информативности о режимах работы устройств релейной защиты и автоматики. Полученные результаты могут быть внедрены в существующую автоматизированную систему управления ГЭС для улучшения процесса принятия решений. Гибкая конфигурация позволяет не только адаптировать алгоритмы к любому оборудованию, но и расширить их функциональность.

1. . Хуан Дж. и др. Применение цифрового двойника в энергетике / Дж. Хуан, Л. Чжао, Ф. Вэй, Б. Цао // Серия конференций IOP: Наука о Земле и окружающей среде. – 2021. – В. 647. – №. 1. – С. 1-10.

2. . Парвареш А. и др. Новая технология цифровых двойников на основе контроллера с глубоким обучением для управления углом наклона ветряной турбины с регулируемой скоростью / А. Парвареш, С. Абразех, С. Р. Мохсени, М. Дж. Зейтуни, М. Гейсарнежад, М. Х. Хубан // Проекты. – 2020. – Т. 4. – №. 2. – С. 1-19.

3. . Тао Ф. и др. Пятимерная модель цифрового двойника и десять ее применений / Ф. Тао, В. Лю, М. Чжан, Т. Ху, Ц. Ци, Х. Чжан, З. Хуан // Компьютерно-интегрированные производственные системы. – 2019. – Т. 25. – №. 1. – С. 1-18.

4. . Золин Д. С., Рыжкова Е. Н. Цифровые двойники для электрических сетей // Международная Российская конференция по автоматизации (РусАвтоКон) 2020. – IEEE, 2020. – С. 175-180.

5. . Бросинский С. и др. Роль цифровых двойников в автоматизации и управлении энергосистемами: необходимость, требования и преимущества / К. Бросинский, А. Куммеров, М. Рихтер, А. Науманн, П. Вист, С. Николаи, Д. Вестерманн // Конгресс ETG 2021. – 2021. – С. 1-6.

6. . Темкина В. и др. Совершенствование технологии волоконно-оптических датчиков тока для ре лейной защиты и коммерческого учета в электросетях / В. Темкина, А. Медведев, А. Майзель, А. Мокеев, Е. Сиволенко // 2020 3-й Международный коллоквиум по интеллектуальной сетевой метрологии (СМАГРИМЕТ). – IEEE, 2020. – С. 61-65.

7. . Ю Х., Хоу Дж., Сюй Х. Исследование модели цифрового двойника Фучуньцзянской ГЭС на основе технологии 3D-лазерного сканирования / Х. Ю, Дж. Хоу, Х. Сюй // Серия конференций IOP: Науки о Земле и окружающей среде. – Издательство ИОП, 2021. – Т. 784. – №. 1. – С. 1-16.

8. . Фергюсон С., Беннетт Э., Иващенко А. Проблемы проектирования цифровых двойных талей / С. Фергюсон, Э. Беннетт, А. Иващенко // WorldPumps. – 2017. – В. 2017. – №. 4. – С. 26-28.

9. . Повалла Д. и др. Вычислительная гидродинамическая модель водовихревой электростанции как платформа для это- и экогидравлических исследований / Д. Повалла, С. Хёрнер, О. Клейнен, Н. Мюллер, Дж. Стамм, Д. Тевенен // Энергетика. – 2021. – Т. 14. – №. 3. – С. 1-14.

10. . Рибейро Ф. С. Л. и др. Оптимальная эксплуатация водохранилища гидроэлектростанции Жирау с использованием нелинейной оптимизации / Ф. Д. С. Л. Рибейро, Р. К. Брандао Фильо, А. Р. Гальван Фильо, Р. В. де Карвальо, К. Ж. Коэльо // Международная конференция по электротехнике, связи и вычислительной технике (ICECCE) 2020 года. – IEEE, 2020. – С. 1-4.

11. . Моханпуркар М. и др. Совместное моделирование гидроаккумулирующих установок с регулируемой скоростью в реальном времени для анализа устойчивости в переходных процессах / М. Моханпуркар, А. Оруа, Р. Овсапян, Ю. Луо, М. Сингх, Э. Мулджади, П. Доналек // Электроэнергетические системы Исследовать. – 2018. – Т. 154. – С. 276-286.

12. . Эбрахими А. Проблемы разработки модели цифрового двойника генераторов возобновляемой энергии // 28-й международный симпозиум IEEE по промышленной электронике (ISIE), 2019. – IEEE, 2019. – С. 1059-1066.

13. . Хуан Л. и др. Моделирование цифровых двойников и оценка рабочего состояния оборудования подстанций / Л. Хуан, Ю. Лян, Х. Хуан, Дж. Чжоу // 2021 4-я Международная конференция по энергетике, электротехнике и энергетике (CEEPE). – IEEE, 2021. – С. 159-163.

14. . Курики А. и др. Связь воды, энергии и экосистемы: баланс конкурирующих интересов на русловой гидроэлектростанции с использованием гидролого-экогидравлического подхода / Курики, А. Н. Пиньейро, А. Сордо-Уорд, Л. Гарроте // Преобразование энергии и управление. – 2020. – Т. 223. – С. 1-14.

15. . Чао З. и др. Электрораспределительная сеть на основе цифрового 3D-двойного панорамного моделирования / З. Чао, Л. Ичжао, Л. Жунгуй, Г. Цзюнь, З. Ми // E3S Web of Conferences. – EDP Sciences, 2020. – Т. 204. – С. 1-7.

16. . Шкафы типов ШЭ1110, ШЭ 1111, ШЭ 1112, ШЭ 1113 комплекса унифицированных защит генераторов, трансформаторов и блоков генератор-трансформатор электростанций. Руководство по эксплуатации. ЭКРА.650323.001 РЭ.

17. . Расчет уставок релейной защиты блока генератор–трансформатор: учебное пособие / В. Е. Глазырин, А. А. Осинцев, Е. И. Фролова. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2018. – 80 с.

18. . Бедняк С. Г., Бауман А. А. Цифровые двойники и области их применения // Инновации. Наука. Образование. 2021. № 26. С. 1539-1544.

19. . Внедрение цифровых двойников как одно из ключевых направлений цифровизации производства / Н. В. Курганова, М. А. Филин, Д. С. Черняев, А. Г. Шаклеин, Д. Е. Намиот // International Journal of Open Information Technologies. 2019, vol. 7. № 5. P. 105-115.

20. . Digital twin-driven product design framework / F. Tao, F. Sui, A. Liu et al. // International Journal of Production Research. 2018. P. 1-19.

21. . Digital Twin: Generalization, characterization and implementation / E. Van Der Horn, S. Mahadevan // Decision Support Systems. 2021. vol. 145. 113524.

22. . Digital twin modeling for temperature field during friction stir welding / G. Chen, J. Zhu, Y. Zhao, et al. // Journal of Manufacturing Processes. 2021. № 64. P. 898-906.

23. . Digital twins-based smart manufacturing system design in Industry 4.0 / J. Leng, D. Wang, W. Shen, et al.// 2021. Journal of Manufacturing Systems. № 60. P.119-137.

24. . Методы создания цифровых двойников на основе нейросетевого моделирования / А. Н. Васильев, Д. А. Тархов, Г. Ф. Малыхина // Современные информационные технологии и ИТ-образование. 2018. № 3. C. 521-532.

25. . Sleiti A., Kapat J., Vesely L. Digital twin in energy industry: Proposed robust digital twin for power plant and other complex capital-intensive large engineering systems // Energy Reports. – 2022. – № 8. – P. 3704- 726;

26. . Моравель В. И., Борисов В. А. Возможности использования цифровых двойников в задачах электроэнергетики // Электронный научно-практический журнал «Современные научные исследования и инновации». – 2022. – № 6. [Электронный ресурс]. URL: https://web.snauka.ru/issues/2022/06/98404.

27. . Клаус Шваб, Николас Дэвис. Технологии четвёртой промышленной революции = Shaping The Fourth Industrial Revolution. – Эксмо, 2018. – 320 с. – ISBN 978-5-04-095565-7.

28. . Гривз, Майкл; Викерс, Джон (17 августа 2016). «Цифровой двойник: смягчение непредсказуемого, нежелательного возникающего поведения в сложных системах». Трансдисциплинарные перспек тивы сложных систем. – Стр. 85-113. doi:10.1007/978-3-319-38756-7_4, ISBN 978-3-319-38754-3.

29. . Лопатников Л. И. Чёрный ящик // Экономико-математический словарь: Словарь современной экономической науки. – 5-е изд., перераб. и доп. – М.: Дело, 2003. – 520 с.

30. . Корниенко Е. В., Шиндина Л. Д. Введение // Теория управления: Учебное пособие. – Таганрог: Издатель С. А. Ступин, 2015. – С. 5-7, 170.

31. . Шарыгин М. В., Куликов А. Л., Вуколов В. Ю., Петров А. А. Адаптивная релейная защита электрических сетей с источниками распределенной генерации // Известия РАН. Энергетика. – 2020. – № 3. – С. 60-68.

32. . Marcel Geor, Alex Lippitt, Hayden Alves. «Full digital substation with Process Bus-time synchronization best practice». – Digital Substation. – 2020. – C 39-43.

33. . H. Sakoe and S. Chiba, Dynamic programming algorithm optimization for spoken word recognition, in IEEE Transactions on Acoustics, Speech, and Signal Processing, vol. 26, no. 1, pp. 43-49, February 1978, doi: 10.1109/TASSP.1978.1163055.

34. . A. Fedorov, V. Petrov, O. Afanasieva and I. Zlobina. Limitations of Traveling Wave Fault Location // Ural Smart E nergy Conference (USEC) / Ekaterinburg. Russia. 2020. pp. 21-25. doi:10.1109/USEC50097.2020.9281153.

35. . Чавчанидзе Г. Д. Переходные процессы в электрических цепях. Учебное пособие. – М.: МИИГ, 2007. – 158 с.