По мере увеличения доли возобновляемых источников энергии, таких как ветер и солнце, а также крупномасштабных аккумуляторных накопителей в энергосистеме, энергетические компании сталкиваются со сложной задачей: как эффективно проводить нагрузочное тестирование будущей энергосистемы до вложения огромных средств в её строительство. Работа сетей, основанных на ветровой, солнечной энергии и аккумуляторах, отличается от традиционных энергосистем — они реагируют быстрее, имеют более сложную структуру и их труднее прогнозировать, особенно в случае сбоев, экстремальных погодных условий или внезапных скачков спроса. Однако моделирование таких сценариев с использованием существующих инструментов симуляции часто занимает несколько дней, что ограничивает количество гипотез, которые инженеры могут глубоко изучить.
Новое исследование, проведенное аспирантом Уолидом Хатахетом, Джаредом Поллом и доцентом доктором Ливэем Ваном из Школы инженерии Университета Британской Колумбии в Оканагане, указывает путь к улучшениям. Исследование, опубликованное в журнале IEEE Open Access Journal of Power and Energy, демонстрирует, как инженеры могут значительно ускорить моделирование, используемое для тестирования высоковольтных энергосистем. Высоковольтные энергосистемы являются ключевой инфраструктурой для передачи электроэнергии от возобновляемых источников от места производства к месту потребления.
Исследование направлено на то, чтобы помочь энергетическим компаниям и проектировщикам систем делать более точные прогнозы. Хатахет говорит: «Прежде чем вкладывать миллиарды в новую инфраструктуру, энергетическим компаниям необходимо быть уверенными, что система будет работать безопасно под нагрузкой. Наша цель — сделать эти тесты быстрее и практичнее без ущерба для точности. Эта работа может сократить путь от концепции дизайна до проверки тестами».
Проблема возникает из-за современных силовых преобразователей и их цифровых систем управления, которые используются для регулирования тока и часто напрямую сопрягаются с аккумуляторами. Они имеют решающее значение для интеграции возобновляемых источников энергии, но детали их работы сложны, и традиционные инструменты моделирования с трудом справляются с ними эффективно.
Это исследование также отражает тесное сотрудничество между академическими кругами и промышленностью. Соавтор Вэй Ли работает в компании OPAL-RT Technologies в Монреале, чья платформа моделирования в реальном времени используется многими энергетическими компаниями и операторами сетей по всему миру.
Для промышленных партнеров ценность этого исследования довольно очевидна. Жан-Николя Пакен, вице-президент по инженерии и электротехнике OPAL-RT Technologies, говорит: «Это исследование напрямую отвечает на вычислительные узкие места, с которыми сталкиваются наши пользователи. Оно помогает энергетическим компаниям более реалистично тестировать сложные системы с использованием существующего оборудования».
Исследовательская группа подошла к этой проблеме, переосмыслив способ моделирования системы и использования вычислительных ресурсов. Разделив быстрые и медленные процессы и запустив моделирование параллельно на центральных и графических процессорах, исследователи добились ускорения до 79 раз по сравнению с традиционными методами, при этом результаты по-прежнему соответствовали эталонным моделям высокой точности. Это различие может повлиять на то, как проектируются энергосистемы.
Доктор Ливэй Ван говорит: «Более быстрое моделирование означает, что инженеры могут тестировать больше сценариев, исследовать экстремальные условия и выявлять потенциальные риски раньше. Это помогает повысить надежность системы и снизить неопределенность при интеграции возобновляемых источников энергии и систем хранения энергии в сеть».
Детали публикации: Авторы: Джаред Полл и др., Название: «Алгоритм экспоненциального интегратора с параллелизацией на GPU для эффективного моделирования силовых электронных систем», Опубликовано в: IEEE Open Access Journal of Power and Energy (2026). Информация о журнале: IEEE Open Access Journal of Power and Energy
