Розробка моделі цифрового двійника для системи моніторингу технічного стану енергоблоку атомної електростанції

Автор(и)

  • Вікторія Володимирівна Прохорова Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна, Україна https://orcid.org/0000-0003-2552-2131
  • Микола Павлович Буданов Орган забезпечення, Україна https://orcid.org/0000-0001-8032-0562
  • Костянтин Юрійович Бровко Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна, Україна https://orcid.org/0000-0002-9669-9316
  • Павло Феофанович Буданов Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна, Україна https://orcid.org/0000-0002-1542-9390
  • В’ячеслав Євгенович Мельников ТОВ Екватор Сан Енерджі, Україна https://orcid.org/0000-0001-6427-6805
  • Ігор Геннадійович Кирисов Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна, Україна https://orcid.org/0000-0002-0214-8880
  • Олег Володимирович Великогорський ТОВ ФІРМА «САМШИТ-2», Україна https://orcid.org/0009-0005-6102-0659
  • Андрій Михайлович Носик Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Україна https://orcid.org/0000-0002-4171-1875
  • Олег Володимирович Карпенко Харківський національний університет Повітряних Сил імені Івана Кожедуба, Україна https://orcid.org/0000-0003-4009-1990

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2026.356915

Ключові слова:

система безперервного моніторингу, системно-кластерний підхід, фрактальний аналіз, модель цифрового двійника

Анотація

Об’єктом дослідження є процес безперервного моніторингу та контролю параметрів технологічного процесу енергоблоку атомної електростанції з використанням моделі цифрового двійника, реалізованої на основі системно-кластерного підходу.

Проблема полягає у відсутності комплексної, інтегрованої системи безперервного моніторингу технічного стану енергоблоку, здатної у режимі реального часу здійснювати збір, обробку та аналіз інформації від датчиків і діагностичних підсистем.

Запропоновано моделювання стану технологічного обладнання енергоблоку проводити засобами цифрового двійника та системно-кластерного підходу. У межах дослідження сформовано системно-кластерну архітектуру цифрового двійника, яка відображає взаємодію фізичних, аналітичних і керуючих рівнів енергоблоку атомної електростанції.

У роботі проводилась обробка параметрів технологічного процесу, що надходять із мережі датчиків із частотою 1–2 Гц, із затримкою обробки не більше 1–3 с. Запропонований інформаційно-фрактальний критерій забезпечив підвищення чутливості виявлення передаварійних станів на 15–25 % порівняно з традиційними методами, а також дозволив ідентифікувати складні режими функціонування у діапазоні Dfmon = 0.45–0.8.

Отримані результати дозволили вирішити поставлені завдання шляхом інтеграції багатомасштабного фрактального аналізу, кластерної організації технічних систем та моделювання самоподібності. Практична реалізація цифрового двійника довела його здатність виявляти зміни у структурі технологічного процесу з точністю діагностики на рівні 85–92 %.

Впровадження моделі цифрового двійника в інформаційно-керуючі системи енергоблоку дозволяє підвищити надійність, безпеку та оперативність управління

Біографії авторів

Вікторія Володимирівна Прохорова, Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна

Доктор економічних наук, професор

Кафедра економіки та бізнес-адміністрування

Микола Павлович Буданов, Орган забезпечення

Кандидат економічних наук, помічник керівника

Костянтин Юрійович Бровко, Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра електротехніки і електроенергетики

Павло Феофанович Буданов, Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра електротехніки і електроенергетики

В’ячеслав Євгенович Мельников, ТОВ Екватор Сан Енерджі

Кандидат технічних наук, інженер-енергетик

Ігор Геннадійович Кирисов, Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна

Старший викладач

Кафедра електротехніки і електроенергетики

Олег Володимирович Великогорський, ТОВ ФІРМА «САМШИТ-2»

Аспірант

Андрій Михайлович Носик, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут»

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра мультимедійних та інтернет технологій і систем

Олег Володимирович Карпенко, Харківський національний університет Повітряних Сил імені Івана Кожедуба

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра фізики та радіоелектроніки

Посилання

  1. van Dinter, R., Tekinerdogan, B., Catal, C. (2022). Predictive maintenance using digital twins: A systematic literature review. Information and Software Technology, 151, 107008. https://doi.org/10.1016/j.infsof.2022.107008
  2. Song, H., Song, M., Liu, X. (2022). Online autonomous calibration of digital twins using machine learning with application to nuclear power plants. Applied Energy, 326, 119995. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2022.119995
  3. Kochunas, B., Huan, X. (2021). Digital Twin Concepts with Uncertainty for Nuclear Power Applications. Energies, 14 (14), 4235. https://doi.org/10.3390/en14144235
  4. Xu, Q., Zhou, G., Zhang, C., Chang, F., Huang, Q., Zhang, M., Zhi, Y. (2025). A Digital Twin Framework for Nuclear Power Equipment Maintenance: Design, Prototyping, and Preliminary Validation. Digital Twin, 2 (1). https://doi.org/10.12688/digitaltwin.17695.2
  5. Lin, L., Bao, H., Dinh, N. (2021). Uncertainty quantification and software risk analysis for digital twins in the nearly autonomous management and control systems: A review. Annals of Nuclear Energy, 160, 108362. https://doi.org/10.1016/j.anucene.2021.108362
  6. Budanov, P., Brovko, K., Cherniuk, A., Vasyuchenko, P., Khomenko, V. (2018). Improving the reliability of information­control systems at power generation facilities based on the fractal­cluster theory. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (9 (92)), 4–12. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.126427
  7. Karnik, N., Abdo, M. G., Estrada-Perez, C. E., Yoo, J. S., Cogliati, J. J., Skifton, R. S. et al. (2024). Constrained Optimization of Sensor Placement for Nuclear Digital Twins. IEEE Sensors Journal, 24 (9), 15501–15516. https://doi.org/10.1109/jsen.2024.3368875
  8. Daniell, J., Kobayashi, K., Alajo, A., Alam, S. B. (2025). Digital twin-centered hybrid data-driven multi-stage deep learning framework for enhanced nuclear reactor power prediction. Energy and AI, 19, 100450. https://doi.org/10.1016/j.egyai.2024.100450
  9. Budanov, P., Brovko, K., Melnikov, V., Yakymchuk, M., Kononov, V., Kyrysov, I. et al. (2025). Construction of an information model of the digital twin of the technological process in a power unit at a nuclear power plant. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (8 (136)), 39–49. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.335712
  10. Nguyen, T. N., Ponciroli, R., Bruck, P., Esselman, T. C., Rigatti, J. A., Vilim, R. B. (2022). A digital twin approach to system-level fault detection and diagnosis for improved equipment health monitoring. Annals of Nuclear Energy, 170, 109002. https://doi.org/10.1016/j.anucene.2022.109002
  11. Chen, F., Huang, Q., Song, M., Liu, X., Zeng, W., Song, H., Cheng, K. (2025). A study on the development of digital model of digital twin in nuclear power plant based on a hybrid physics and data-driven approach. Applied Thermal Engineering, 271, 126289. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2025.126289
  12. Qi, F., Li, W., Liu, Z., Li, Q., Li, Y., Huang, Y. et al. (2022). Gradient percolation of fission gases in nuclear fuel pellet. Journal of Nuclear Materials, 571, 153993. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2022.153993
  13. Chen, M., Liu, H., Zhao, W., Zhang, Y., Yu, W., Peng, Q. et al. (2025). Development of the environmental assisted fatigue assessment method for nuclear plants in digital twin. Nuclear Engineering and Technology, 57 (6), 103402. https://doi.org/10.1016/j.net.2024.103402
  14. 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
  15. Songbo, R., Chao, K., Ying, G., Song, G., Shenghui, Z., Gang, L. et al. (2022). Measurement pitting morphology characteristic of corroded steel surface and fractal reconstruction model. Measurement, 190, 110678. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2021.110678
  16. 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
  17. 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, 141–155. https://doi.org/10.1007/978-3-031-71801-4_11
  18. Ferriol-Galmés, M., Suárez-Varela, J., Paillissé, J., Shi, X., Xiao, S., Cheng, X. et al. (2022). Building a Digital Twin for network optimization using Graph Neural Networks. Computer Networks, 217, 109329. https://doi.org/10.1016/j.comnet.2022.109329
  19. Husain, A., Nanda, M. N., Chowdary, M. S., Sajid, M. (2022). Fractals: An Eclectic Survey, Part-I. Fractal and Fractional, 6 (2), 89. https://doi.org/10.3390/fractalfract6020089
  20. Tian, K., Gao, T., Hu, X., Xiao, J., Liu, Y. (2024). Novel optimal sensor placement method towards the high-precision digital twin for complex curved structures. International Journal of Solids and Structures, 302, 113003. https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2024.113003
  21. 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
  22. Budanov, P., Oliinyk, Y., Cherniuk, A., Brovko, K. (2024). Fractal approach for the researching of information emergency features of technological parameters. TRANSPORT, ECOLOGY, SUSTAINABLE DEVELOPMENT: EKO VARNA 2023, 3104, 040015. https://doi.org/10.1063/5.0191648
  23. Stewart, R., Treviño, E., Shields, A., Heaps, K., Darrington, J., Williams, Q. et al. (2025). The AGN-201 Digital Twin: A test bed for remotely monitoring nuclear reactors. Annals of Nuclear Energy, 213, 111041. https://doi.org/10.1016/j.anucene.2024.111041
  24. Prokhorova, V., Budanov, O., Budanov, P., Slastianykova, K. (2025). Devising a methodology for estimating the information potential of energy enterprises under the conditions of digital coherency. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (13 (135)), 6–16. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.332324
  25. Prokhorova, V., Budanov, O., Budanov, M., Slastianykova, K. (2025). Building a consolidated model of digital coherence for managing the information potential at power enterprises. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (13 (136)), 58–69. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.336641
Розробка моделі цифрового двійника для системи моніторингу технічного стану енергоблоку атомної електростанції

##submission.downloads##

Опубліковано

2026-04-30

Як цитувати

Прохорова, В. В., Буданов, М. П., Бровко, К. Ю., Буданов, П. Ф., Мельников, В. Є., Кирисов, І. Г., Великогорський, О. В., Носик, А. М., & Карпенко, О. В. (2026). Розробка моделі цифрового двійника для системи моніторингу технічного стану енергоблоку атомної електростанції. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2(9 (140), 64–71. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2026.356915

Номер

Том 2 № 9 (140) (2026): Інформаційно-керуючі системи

Розділ

Інформаційно-керуючі системи

Ліцензія

Авторське право (c) 2026 Viktoriia Prokhorova, Mykola Budanov, Kostiantyn Brovko, Pavlo Budanov, Vyacheslav Melnikov, Ihor Kyrysov, Oleh Velykohorskyi, Andrii Nosyk, Oleh Karpenko

Creative Commons License

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.