Цифровой двойник энергосистемы с альтернативными и водородными элементами представит Томский политех на «Вузпромэкспо»

Ученые Томского политехнического университета создали цифровой двойник электроэнергетической системы.

Двойник позволяет смоделировать штатные и нештатные ситуации, в том числе аварийные, и оценить устойчивость объекта любого масштаба — от системы электроснабжения отдельного предприятия до энергосистемы всей страны. С помощью цифрового двойника ученые разрабатывают и исследуют стратегию управления системами, включающими элементы альтернативной энергетики — ветряные генераторы, солнечные панели, а также водородные накопители энергии. 

Томские ученые представят этот комплекс, а точнее, его уменьшенный вариант, на национальной научно-образовательной выставке «Вузпромэкспо». Главная выставка Года науки и технологий открывается сегодня в образовательном центре „Сириус“ в Сочи в рамках Конгресса молодых ученых.

Традиционные энергетические системы достаточно хорошо изучены. Используемые в них методы и средства управления и защиты проверены многолетним опытом. Вся сложность заключается в том, чтобы обеспечить с их помощью устойчивость работы крупных энергообъединений. Но с внедрением возобновляемых источником энергии ситуация меняется.

Во-первых, потому что ветер и солнечная энергия нестабильны, а соответственно, нестабильна и выработка энергии. Для решения этой проблемы, в частности, применяются накопители энергии: они запасают энергию в случае переизбытка и выдают, когда ее не хватает в энергосистеме.

Во-вторых, интеграция солнечных и ветряных электростанций снижает инерцию в энергосистеме — процессы, главным образом аварийные, протекают быстрее. Поэтому известные методы и средства управления и защиты теряют свою эффективность.

Тем не менее переход на «зеленую» энергетику представляется неизбежным. А значит, нужны инструменты для изучения процессов в современных и перспективных энергосистемах и обкатки новых технических решений. Наш комплекс позволяет решать эти задачи»,

— говорит руководитель лаборатории «Моделирование электроэнергетических систем» ТПУ Михаил Андреев.

Цифровой двойник реализован на базе всережимного моделирующего комплекса реального времени электроэнергетических систем (ВМК РВ ЭЭС), ранее созданного в Томском политехе. Этот комплекс является единственным в своем роде и не имеет прямых аналогов ни в России, ни за рубежом. На нем ученые уже проводили испытания надежности традиционных энергосистем целых регионов — например, Томской и Сахалинской областей. 

Теперь мы пошли дальше и создали цифровой двойник для системы с возобновляемыми источниками энергии. Мы уже провели ряд исследований на комплексе.

Предварительно разработаны детальные модели новых элементов. Сейчас мы активно работаем над разработкой методов эффективного управления такими энергосистемами. Уже есть определенные результаты.

Следующим этапом станет моделирование водородных накопителей и их исследование в составе энергосистем»,

— говорит ученый. 

Комплекс состоит из блоков — вычислительных аналого-цифровых модулей и плат для их физической связи между собой. Сейчас в комплексе больше 90 вычислительных модулей, размещенных в трех шкафах. Они воспроизводят схему энергосистемы, включающую более 340 трехфазные элементов. И это не предельный объем. 

Размер уменьшенного варианта, собранного для «Вузпромэкспо», сопоставим с габаритами микроволновой печи. Он вмещает до семи вычислительных модулей и вполне способен воспроизвести систему электроснабжения небольшого предприятия.

08.12.2021