Simulering for nettransmission, fordeling

Vedvarende energi er i fremmarch, især i Californien, hvor forsyningsselskaber har mandat til at få mindst halvdelen af ​​deres strøm fra vedvarende ressourcer, som sol og vind, inden 2030. Det kan være en positiv udvikling for miljøet, men spørgsmålet om, hvordan elektricitet genereret af solpaneler i boliger og batteriopbevaring i hjemmet kan påvirke stabiliteten af ​​det elektriske net.

Traditionelt, ifølge forskere, netindustrien har modelleret transmissions- og distributionsnet separat til planlægning og analyse - elektricitet har historisk set strømmet i én retning, fra transmissionsledninger til forbrugerne. Men efterhånden som distribuerede energiressourcer (DER'er) såsom solpaneler i stigende grad spreder sig og integreres i det større net, at koble transmissions- og distributionsnettene sammen til computermodeller er blevet afgørende for at forudsige nettets pålidelighed og sikkerhed.

At udvikle en sådan co-simulering kræver enorme beregningsressourcer, så Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) videnskabsmænd har startet et to-årigt projekt med det private strømstyringsselskab Eaton Corporation for at udvikle og kommercialisere et værktøj, der er i stand til at udføre koblede simuleringer af transmissions- og distributionsnet. Energiministeriets teknologikommercialiseringsfond (TCF) bakker op om projektet, med et mål om at bringe softwaren til markedet, som elindustrien kan bruge.

"Dette er den første indsats for at kommercialisere et co-simuleringsværktøj og gøre det tilgængeligt for industrien, " sagde hovedefterforsker Vaibhav Donde. "Vi har ekspertisen og den højtydende computer til at gøre det, og fordelen er at hjælpe forsyningsselskaber med at gøre nettet mere pålideligt og sikkert og muliggøre integration af mere og mere ren energi, som alle ønsker. Der er meget mere at gøre, men visionen er, at når den er fuldført, vil den være virkelig nyttig for interessenter og forsyningsselskaber, der har ønsket denne kapacitet i lang tid."

LLNL-forskere vil udnytte et nyligt Laboratory Directed Research and Development (LDRD) projekt, der med succes kombinerede den laboratorieudviklede el-transmissionsnetsimulator GridDyn med et simulerings- og analyseværktøj til strømfordelingssystem kaldet GridLAB-D, udviklet af Pacific Northwest National Laboratory (PNNL). Projektet resulterede i en open source co-simuleringsplatform, ParGrid, udviklet til højtydende supercomputere til udførelse af koblede transmissions- og distributionssystemsimuleringer til elnet.

Det nye co-simuleringsværktøj vil samle GridDyn og CYME – en simuleringssoftware til strømdistributionssystem, som Eaton ejer – ved at bruge rammerne af ParGrid og HELICS (Hierarchical Engine for Large-scale Infrastructure Co-Simulation). Med licenser leveret af Eaton, forskere vil installere CYME på højtydende computermaskiner. Brug af CYME med HPC vil gøre det beregningsmæssigt overlegent, forskere sagde, sætter dem i stand til at fange transmissions- og distributionssystemerne, hvilket ikke har været kommercielt muligt før.

"Utilities er typisk konservative med hensyn til ny teknologi, og det er af en god grund; de vil sikre sig, at det er fuldt testet og absolut pålideligt, " sagde Donde. "Utilities vil være komfortable med at arbejde med det co-simuleringsværktøj, som vi er ved at udvikle, fordi flere af dem allerede bruger CYME til at studere adfærden af ​​deres net. Værktøjet vil forbedre distributionsressourceplanlægningen og gøre integrationen af ​​vedvarende energi mere pålidelig og sikker. Det vil give forsyningsselskaberne mere tillid til, at simuleringer er pålidelige og nøjagtige."

Forskere startede teknisk arbejde i april og er i de tidlige stadier af at eksperimentere med CYME på Lab-supercomputere. Det oprindelige mål er at få CYME til at køre 100 gange hurtigere for at tage produktet og integrere det i co-simuleringsrammerne. Længere nede i linjen, forskerne vil demonstrere samsimuleringsevnen for staten Californien, forsyningsselskaber og arbejdsgrupper til planlægning af distributionsressourcer.

I slutningen af ​​projektet, forskerne planlægger at gøre værktøjet kommercielt tilgængeligt ved at udnytte Eatons partnerskab og ekspertise inden for produktkommercialisering. Denne nye teknologi vil gøre det muligt for forsyningsindustrien at køre forskellige scenarier for integration af vedvarende energi, mens man ser på længere tidsskalaer med stigende nøjagtighed og hastighed, sagde forskere. Teamets ønske er til sidst at simulere hele kvarterer og adskillige energifødere på samme tid og se, hvordan de interagerer med hinanden, samt med det større transmissionsnet.