Система диагностики и управления состоянием энергетического котельного агрегата на основе цифрового двойника
Аннотация
Цель работы – разработка методического подхода, математического, алгоритмического и программного обеспечения для создания цифрового двойника энергетического парового котла и формирование на его основе системы контроля, диагностики и управления состоянием энергетического объекта в режиме on-line. Технология цифровых двойников предполагает междисциплинарное моделирование и интеграцию результатов численного моделирования структурных элементов и физических процессов в системе на основе обмена данными между компонентами системы.
В основу подхода положена разработка всережимной динамической математической модели котельного агрегата, включая поверхности нагрева пароводяного тракта, вспомогательное оборудование системы подготовки топлива и газовоздушного тракта котла. Особенность математической модели котельного агрегата заключается в использовании метода линеаризации, когда технологические процессы рассматриваются квазистационарно в малых отклонениях от исходного стационарного режима, а их инерционность описывается апериодическими динамическими звеньями первого порядка.
Технико-экономическая эффективность изложенного подхода продемонстрирована на примере оперативной оценки и диагностики процессов шлакования и загрязнения поверхностей нагрева энергетического парового котла ТПЕ-216 в зависимости от его различных режимных параметров, а также при сжигании непроектных углей.
Предложенный подход является универсальным инструментом для создания на его основе цифровых двойников и прототипов различного основного и вспомогательного теплоэнергетического оборудования тепловых электростанций под решение задач эксплуатационного, проектного и ремонтно-наладочного характера.
Литература
2. Ковалев С.П. Проектирование информационного обеспечения цифровых двойников энергетических систем // Системы и средства информатики. 2020. Т. 30(1). С. 66—81.
3. Бойко Е.А., Шишмарев П.В. Котельные установки: комплексный расчет и проектирование энергетических паровых котлов. Красноярск: Изд-во Сибирского федерального ун-та, 2023.
4. Лузин П.А., Дунаев М.П. Динамическая модель котельного агрегата с пылеугольной топкой // Вестник ИрГТУ. 2017. № 1. С. 113—119.
5. РТМ 108.031.101—84. Котлы барабанные. Расчет динамических характеристик.
6. Аэродинамический расчет котельных установок. Нормативный метод. М.: Энергия, 1981.
7. Майданик М.Н., Тугов А.Н., Супранов В.М. Тепловой расчет систем пылеприготовления котельных установок: новый подход // Теплоэнергетика. 2021. № 6. С. 25—32.
8. Серов Е.П., Корольков Б.П. Динамика парогенераторов. М.: Энергия, 1972.
9. Тепловой расчет котлов. Нормативный метод. СПб.: НПО ЦКТИ, 1998.
10. Нормативный метод гидравлического расчета паровых котлов. М.: Энергия, 1978.
11. Грабчак Е.П. Цифровая трансформация электроэнергетики. М.: Кнорус, 2018.
12. Бойко Е.А., Жадовец Е.М., Янов С.Р. Анализ тепловой эффективности полурадиационных и конвективных поверхностей нагрева пылеугольных паровых котлов // Электрические станции. 2010. № 10. С. 41—46.
---
Для цитирования: Бойко Е.А., Лебедев К.В. Система диагностики и управления состоянием энергетического котельного агрегата на основе цифрового двойника // Вестник МЭИ. 2024. № 6. С. 38—47. DOI: 10.24160/1993-6982-2024-6-38-47
---
Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов
#
1. Voropay N.I. i dr. Problemy Razvitiya Tsifrovoy Energetiki v Rossii. Problemy Upravleniya. 2019;1:2—14. (in Russian).
2. Kovalеv S.P. Proektirovanie Informatsionnogo Obespecheniya Tsifrovykh Dvoynikov Energeticheskikh Sistem. Sistemy i Sredstva Informatiki. 2020;30(1):66—81. (in Russian).
3. Boyko E.A., Shishmarev P.V. Kotel'nye Ustanovki: Kompleksnyy Raschet i Proektirovanie Energeticheskikh Parovykh Kotlov. Krasnoyarsk: Izd-vo Sibirskogo Federal'nogo Un-ta, 2023. (in Russian).
4. Luzin P.A., Dunaev M.P. Dinamicheskaya Model' Kotel'nogo Agregata s Pyleugol'noy Topkoy. Vestnik IrGTU. 2017;1:113—119. (in Russian).
5. RTM 108.031.101—84. Kotly Barabannye. Raschet Dinamicheskikh Kharakteristik. (in Russian).
6. Aerodinamicheskiy Raschet Kotel'nykh Ustanovok. Normativnyy Metod. M.: Energiya, 1981. (in Russian).
7. Maydanik M.N., Tugov A.N., Supranov V.M. Teplovoy Raschet Sistem Pyleprigotovleniya Kotel'nykh Ustanovok: Novyy Podkhod. Teploenergetika. 2021;6:25—32. (in Russian).
8. Serov E.P., Korol'kov B.P. Dinamika Parogeneratorov. M.: Energiya, 1972. (in Russian).
9. Teplovoy Raschet Kotlov. Normativnyy Metod. SPb.: NPO TSKTI, 1998. (in Russian).
10. Normativnyy Metod Gidravlicheskogo Rascheta Parovykh Kotlov. M.: Energiya, 1978. (in Russian).
11. Grabchak E.P. Tsifrovaya Transformatsiya Elektroenergetiki. M.: Knorus, 2018. (in Russian).
12. Boyko E.A., Zhadovets E.M., Yanov S. R. Analiz Teplovoy Effektivnosti Poluradiatsionnykh i Konvektivnykh Poverkhnostey Nagreva Pyleugol'nykh Parovykh Kotlov. Elektricheskie Stantsii. 2010;10:41—46. (in Russian)
---
For citation: Boyko E.A., Lebedev K.V. A Digital Twin Based System for Diagnosing and Controlling the Power-generating Boiler Unit State. Bulletin of MPEI. 2024;6:38—47. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2024-6-38-47
---
Conflict of interests: the authors declare no conflict of interest
