Застосування технології цифрових двійників для моніторингу та оптимізації роботи когенераційних установок

Abstract

У статті виконано аналіз сучасних підходів до застосування технології цифрових двійників у енергетичних системах та досліджено перспективи їх використання для підвищення ефективності експлуатації когенераційних установок. Розглянуто результати останніх наукових досліджень із застосуванням цифрових двійників для систем генерації електричної та теплової енергії, розподіленої енергетики і систем теплопостачання. Вказано, що більшість наявних рішень орієнтована на моніторинг окремих енергетичних об’єктів, прогнозування технічного стану обладнання або оптимізацію окремих технологічних процесів. Водночас питання створення інтегрованих цифрових двійників когенераційних систем, які поєднують моделі енергетичного обладнання, теплових мереж, алгоритми прогнозування та засоби підтримки прийняття рішень у межах єдиного цифрового середовища, залишається недостатньо дослідженим. У роботі розроблено архітектуру інтегрованого цифрового двійника когенераційної установки Jenbacher JMS 624 GS-N.L. Запропонована архітектура базується на використанні сучасних засобів промислової автоматизації, хмарних технологій та методів машинного навчання. Накопичення та обробка даних реалізовані із застосуванням сервісів AWS IoTSiteWiseта AWS IoTSiteWiseEdge, що забезпечують централізоване зберігання часових рядів іформування інформаційної моделі технологічного обладнання. Для створення цифрового представлення фізичного об’єкта використано AWS IoTTwinMaker з використанням прогнозних та аналітичних функцій Amazon Sage Maker. Виконано аналіз можливостей використання алгоритмів машинного навчання для прогнозування технологічних параметрів. Розглянуто моделі прогнозування часових рядів Deep AR, регресійні моделі на основі XGBoostта алгоритми виявлення аномалій Random Cut Forest. Обґрунтовано доцільність застосування моделей часових рядів для прогнозування споживання природного газу, електричного навантаження та коефіцієнта надлишку повітря, оскільки зазначені параметри характеризуються часовою залежністю та циклічністю зміни значень. Запропонований цифровий двійник забезпечує можливість моніторингу технічного стану обладнання в режимі реального часу, прогнозування технологічних параметрів, виявлення аномальних режимів роботи, підтримки прийняття рішень та оптимізації режимів експлуатації когенераційної установки. Отримані результати можуть бути використані як основа для подальшого впровадження систем прогнозного технічного обслуговування, інтелектуального керування та підвищення енергоефективності об’єктів розподіленої генерації.