電廠輔機系統(tǒng)高壓大功率電動機數(shù)字孿生建模及應用

戴 鑫，鄭鵬飛，張海艷，劉曉敏，楊廣亮

（1.包頭東華熱電有限公司，內(nèi)蒙古 包頭 014040；2.華北電力大學電氣與電子工程學院，北京 102206）

0 引言

感應電動機（Induction Motor，IM）是電力系統(tǒng)中的重要動態(tài)負荷，在工業(yè)負荷中占比約90%[1]。精確掌握電動機的運行狀態(tài)對保障電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行具有重要意義。利用數(shù)字孿生（Digital Twin，DT）技術(shù)[2]在虛擬空間建模，可實現(xiàn)對物理實體的狀態(tài)監(jiān)控與故障預警，已經(jīng)廣泛應用于電動機制造、電力物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建[3-5]等領(lǐng)域，為電廠輔機系統(tǒng)高壓大功率電動機的狀態(tài)檢測及故障預警提供新思路。

已有學者在電動機狀態(tài)檢測方面開展了大量研究，目前感應電動機檢測方法主要包括傳統(tǒng)有線監(jiān)測、無線監(jiān)測[6-8]及基于智能算法的監(jiān)測方法[9-11]。針對傳統(tǒng)監(jiān)測方法需要布置眾多傳感器、接線繁瑣等問題[10]，文獻[6]利用微型智能低功耗的傳感器構(gòu)建無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實現(xiàn)對電動機數(shù)據(jù)的無線監(jiān)測，避免了大量布線，具有不受復雜環(huán)境影響且經(jīng)濟、方便等優(yōu)點。在智能算法方面，文獻[9]提出了一種四元數(shù)算法，結(jié)合電動機工況判據(jù)，僅需較小的樣本即可精確判斷電動機是否存在軸承故障或機械不平衡。文獻[12]利用邊緣計算技術(shù)，在靠近邊緣設(shè)備處分析數(shù)據(jù)，僅傳輸少量數(shù)據(jù)至云端，有效降低了電動機故障無線監(jiān)測的網(wǎng)絡(luò)帶寬成本。文獻[13]提出了一種時域平均算法來準確監(jiān)測故障特征。另外還有根據(jù)檢測的物理量（如電流[14]、振動[15]、溫度[16]等信號）的監(jiān)測方法。例如，文獻[17-18]通過監(jiān)測電流矢量判斷電動機是否發(fā)生了故障；……