По мере увеличения в энергосистемах доли возобновляемых источников энергии, таких как ветер и солнце, а также крупномасштабных объектов аккумулирования энергии на батареях, энергетические компании сталкиваются с проблемой: как эффективно проводить стресс-тестирование будущих энергосистем до вложения огромных средств в их строительство. Характеристики работы сетей, поддерживаемых ветром, солнцем и батареями, отличаются 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 использование существующих инструментов моделирования для симуляции таких сценариев часто занимает несколько дней, что в некоторой степени ограничивает количество гипотез, которые инженеры могут глубоко изучить.
Новое исследование, проведенное под руководством аспирантов Уалида Хататета и Джареда Пола, а также доцента доктора Ливэя Вана из Инженерной школы 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 помощь энергетическим компаниям и проектировщикам систем в принятии более точных прогнозов. Хататет заявил: «Перед тем как вложить миллиарды в новую инфраструктуру, энергетические компании должны быть уверены, что система будет работать безопасно в условиях стресса. Наша цель — сделать эти тесты быстрее и практичнее, не жертвуя точностью. Эта работа может сократить путь от концепции дизайна до проверки тестированием».
Проблема возникает из-за современных силовых преобразователей и их цифровых систем управления, которые используются для регулирования тока и часто напрямую сопряжены с батареями. 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 статьи Вэй Ли работает в компании OPAL-RT Technologies в Монреале, чья платформа для моделирования в реальном времени используется многими энергетическими компаниями и операторами сетей по всему миру.
Для промышленных партнеров ценность этого исследования довольно очевидна. Жан-Николя Пакин, вице-президент по инжинирингу и электротехнологиям OPAL-RT Technologies, заявил: «Это исследование напрямую отвечает на вычислительные узкие места, с которыми сталкиваются наши пользователи. Оно помогает энергетическим компаниям более реалистично тестировать сложные системы, используя существующее аппаратное обеспечение».
Исследовательская группа подошла к этой проблеме, переосмыслив способ моделирования систем 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 способ проектирования энергосистем.
Доктор Ливэй Ван сказал: «Более быстрое моделирование означает, что инженеры могут тестировать больше сценариев, исследовать экстремальные условия и раньше выявлять потенциальные риски. 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: «GPU-Parallel Rate-Exponential Integrator Algorithm for Efficient Simulation of Power Electronic Systems», Опубликовано в: IEEE Open Access Journal of Power and Energy (2026). Информация о журнале: IEEE Open Access Journal of Power and Energy
