Розробка інформаційної моделі цифрового двійника технологічного процесу енергоблоку атомної електростанції
DOI:
https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.335712Ключові слова:
електростанція, фрактальна розмірність, кластерне моделювання, цифровий двійник, технологічні параметри, аварійністьАнотація
Об’єктом дослідження є технологічний процес, який відбувається на енергоблоці атомної електростанції, що розглядається як складна технічна система з багаторівневою ієрархічною структурою функціональних підсистем. В рамках дослідження вирішувалась проблема підвищення ефективності моделювання, моніторингу та управління технологічним процесом енергоблоку АЕС як складної технічної системи з багаторівневою ієрархічною структурою.
Запропоновано новий підхід до моделювання режимів енергоблоку АЕС на основі системно-кластерної теорії. Створено кластерну структуру з ключовими підкластерами: керування потужністю, захист, регулювання теплоносія та аварійна зупинка. Розроблено математичні моделі, що враховують фізичні процеси та логіко-динамічну поведінку системи моніторингу і контролю.
Особливістю розробленого підходу є використання величини фрактальної розмірності як кількісного показника самоподібної масштабованої структури функціональних підкластерів. Запропоновано алгоритм обчислення фрактальної розмірності, який дозволяє у режимі реального часу здійснювати аналіз динамічних змін у зовнішній та внутрішній структурі керування технологічним процесом енергоблоку.
Визначено порогові значення фрактальної розмірності підкластерів для порівняння з поточними параметрами в штатних і аварійних режимах.
Досліджено, що втрата одного рівня керування в підкластері призводить до зменшення фрактальної розмірності з 1,83 до 1,60, сигналізуючи про можливу деградацію SCADA-рівня.
Побудовано модель цифрового двійника технологічного процесу енергоблоку на основі системно-кластерного підходу, що дозволяє реалізувати функції візуалізації, симуляції, моніторингу та діагностики.
Посилання
- Foshch, T., Portela, F., Machado, J., Maksimov, M. (2016). Regression Models of the Nuclear Power Unit VVER-1000 Using Data Mining Techniques. Procedia Computer Science, 100, 253–262. https://doi.org/10.1016/j.procs.2016.09.151
- Puviani, P. C., Del Moro, T., Gonfiotti, B., Martelli, D., Giannetti, F., Zanino, R. et al. (2025). A novel Ansys CFX – RELAP5 coupling tool for the transient thermal-hydraulic analysis of liquid metal systems. Progress in Nuclear Energy, 180, 105590. https://doi.org/10.1016/j.pnucene.2024.105590
- Li, J., Wang, M., Fang, D., Wang, J., Liu, D., Tian, W. et al. (2021). CFD simulation on the transient process of coolant mixing phenomenon in reactor pressure vessel. Annals of Nuclear Energy, 153, 108045. https://doi.org/10.1016/j.anucene.2020.108045
- Zhang, K., Plianos, A., Raimondi, L., Abe, F., Sugawara, Y., Caliskanelli, I. et al. (2024). Towards safe, efficient long-reach manipulation in nuclear decommissioning: A case study on fuel debris retrieval at Fukushima Daiichi. Journal of Nuclear Science and Technology, 62 (1), 1–16. https://doi.org/10.1080/00223131.2024.2386478
- Betzler, B. R., Powers, J. J., Worrall, A. (2017). Molten salt reactor neutronics and fuel cycle modeling and simulation with SCALE. Annals of Nuclear Energy, 101, 489–503. https://doi.org/10.1016/j.anucene.2016.11.040
- Dechenaux, B., Delcambre, T., Dumonteil, E. (2022). Percolation properties of the neutron population in nuclear reactors. Physical Review E, 106 (6). https://doi.org/10.1103/physreve.106.064126
- Budanov, P., Kyrysov, I., Oliinyk, Y., Brovko, K., Zhukov, S. (2025). Fractal Approach for Researching Information Emergency Features of Technological Parameters. International Journal of Computing, 24 (1), 171–177. https://doi.org/10.47839/ijc.24.1.3889
- Budanov, P., Oliinyk, Y., Cherniuk, A., Brovko, K. (2024). Dynamic Fractal Cluster Model of Informational Space Technological Process of Power Station. Information Technology for Education, Science, and Technics. Cham: Springer, 141–155. https://doi.org/10.1007/978-3-031-71801-4_11
- Bugrii, N. A., Bykovskii, P. N., Vasil’ev, S. V., Epifanov, S. V., Kolibas, G. V., Korablev, K. V. et al. (2021). Integrated Modernization of Safety Control Systems and Normal Operation Systems of Unit 3 of Smolensk NPP. Atomic Energy, 129 (4), 222–226. https://doi.org/10.1007/s10512-021-00737-4
- Ramezani, A., Nazari, T., Noori-Kalkhoran, O. (2021). A proposed improvement for the design of safety injection system in VVER-1000/V446 reactor. Progress in Nuclear Energy, 137, 103767. https://doi.org/10.1016/j.pnucene.2021.103767
- Budanov, P., Khomiak, E., Kyrysov, I., Brovko, K., Kalnoy, S., Karpenko, O. (2022). Building a model of damage to the fractal structure of the shell of the fuel element of a nuclear reactor. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (8 (118)), 60–70. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.263374
- Budanov, P., Kyrysov, I., Brovko, K., Rudenko, D., Vasiuchenko, P., Nosyk, A. (2021). Development of a solar element model using the method of fractal geometry theory. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (8 (111)), 75–89. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.235882
- Espinosa-Paredes, G., Cruz-López, C.-A. (2024). A new compartmental fractional neutron point kinetic equations with different fractional orders. Nuclear Engineering and Design, 423, 113184. https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2024.113184
- Budanov, P., Oliinyk, Y., Cherniuk, A., Brovko, K. (2024). Fractal approach for the researching of information emergency features of technological parameters. AIP Conference Proceedings. Al-Samawa, 3051 (1). https://doi.org/10.1063/5.0191648
- Louis, H. K. (2021). Assessment of neutronic safety parameters of VVER-1000 core under accident conditions. Progress in Nuclear Energy, 132, 103609. https://doi.org/10.1016/j.pnucene.2020.103609
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2025 Pavlo Budanov, Kostiantyn Brovko, Vyacheslav Melnikov, Mykola Yakymchuk, Volodymyr Kononov, Ihor Kyrysov, Andrii Nosyk, Oleh Karpenko, Sergiy Kalnoy, Eduard Khomiak
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.
Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.
