Los propietarios de viviendas y las empresas ahora pueden tener más facilidad para instalar paneles solares en los tejados gracias al software desarrollado en Sandia.

El nuevo software puede ejecutar un simulación segundo a segundo, conocido como análisis de series de tiempo cuasi-estáticas, que muestra a las empresas de servicios públicos cómo los paneles solares en la azotea de una casa o negocio específico interactuarían con una red eléctrica local durante todo el año.

Las empresas de servicios públicos necesitan el análisis porque deben suministrar electricidad al voltaje estándar que se utiliza para hacer funcionar todo, desde refrigeradores hasta cargadores de teléfonos. Grandes cantidades de generación solar en una sección de una ciudad pueden provocar fluctuaciones extremas de voltaje, que pueden dañar los aparatos electrónicos domésticos.

Este tipo de análisis de cuadrícula no ha sido práctico fuera de los entornos de investigación, hasta ahora, porque los modelos anteriores tardaban días en ejecutar un solo escenario. Las nuevas simulaciones son más detalladas que las utilizadas por las empresas de servicios públicos, y los investigadores de Sandia esperan que resulten en más instalaciones de paneles solares.

"Al instalar nuevos paneles solares en la red, las empresas de servicios públicos analizarán cómo un nuevo sistema interactúa con la red, normalmente haciendo una instantánea, simulación de flujo de potencia para determinar si los impactos serán correctos o no, ", dijo el ingeniero de Sandia, Matthew Reno." Sin embargo, Hacer una instantánea de una instancia en el tiempo es conservador debido a la incertidumbre sobre los impactos que ocurren en varios momentos en los paneles solares. como el clima. Esto puede provocar un aumento de los costos de conexión o que los propietarios de viviendas que viven en partes de la ciudad tengan límites innecesariamente bajos para agregar paneles solares. especialmente en los estados soleados ".

En un proyecto de tres años financiado por la Oficina de Tecnologías de Energía Solar del DOE como parte del Consorcio del Laboratorio de Modernización de la Red, Sandia, el Laboratorio Nacional de Energías Renovables, Universidad Tecnológica de Georgia, el Instituto de Investigación de Energía Eléctrica y CYME International, el mayor proveedor de software para empresas de servicios públicos, adoptó un enfoque de cuatro partes para acelerar los análisis de series de tiempo para aprender con mayor precisión cómo el uso de la energía solar afecta a la red.

"El proyecto abordó cuatro áreas principales para acelerar el análisis de series de tiempo, con la idea de que cada una de las cuatro áreas se desarrolló de forma independiente, y luego se combinaron, "Reno dijo". Por ejemplo, si cada método hace que el análisis sea 10 veces más rápido, cuando combinamos dos métodos, podría ser 100 veces más rápido ".

Un análisis ahora ejecuta 1, 000 veces más rápido que hace dos años, Reno dijo. El software puede tomar una simulación que solía tomar 36 horas y completarla en menos de cinco minutos en una computadora de escritorio estándar.

Simulando un año en la red

En primer lugar, el equipo consideró cómo reducir la frecuencia con la que se tenía que simular el flujo de energía de la red eléctrica a lo largo del tiempo. En lugar de simular cada segundo del año de forma individual, el software se mueve a través del año simulado a un ritmo variado, teniendo en cuenta si es de noche o de día o si es probable que esté nublado o soleado en esa época del año.

"Puede saltar en el tiempo más rápido en algunos puntos y poner el esfuerzo computacional donde más se necesita, utilizando simulación basada en eventos o paso de tiempo variable, "Dijo Reno." Durante los períodos nublados con cantidades variables de luz solar, la simulación se ralentiza y observa el impacto segundo a segundo. Cuando hay poca variabilidad, como por la noche cuando todo es bastante estable, la simulación puede avanzar con pasos de tiempo más grandes, haciendo que el programa sea más eficiente ".

La segunda parte del proyecto se centró en acelerar las simulaciones individuales actualizando las fórmulas utilizadas para calcular el flujo de potencia. El equipo trabajó con los desarrolladores del software de sistemas de distribución eléctrica comercial y de código abierto más utilizado para mejorar la entrada y la salida. gestión de memoria y algoritmos para grandes conjuntos de datos.

El tercer desafío se centró en reducir la complejidad del modelo de red eléctrica que utiliza el software, manteniendo su precisión. El pequeño, Un modelo más eficiente ayuda al software a resolver problemas más rápidamente al enfocar su análisis en partes críticas de la red.

La cuarta parte del proyecto se centró en cambiar la forma en que una computadora comercial estándar ejecuta el análisis para garantizar que se utilicen todos los núcleos de procesamiento.

"En el análisis de series de tiempo cuasi-estáticas, cada segundo depende del anterior, lo que significa que todo tenía que hacerse de forma secuencial, en un solo procesador, en un solo núcleo, ", Dijo Reno." Su computadora de escritorio podría tener otros siete núcleos sentados allí sin hacer nada mientras un solo núcleo realiza la simulación durante todo el año por sí mismo ".

El nuevo software separa partes del año o partes de la cuadrícula, los asigna a cada uno de los núcleos informáticos disponibles y los ejecuta en paralelo.

Evaluación de controles de redes inteligentes y nueva tecnología

Si bien el enfoque del proyecto ha sido el soporte de la energía solar en la azotea, Reno dijo que el nuevo software también puede evaluar nuevas tecnologías y controles de redes inteligentes.

"Al mirar hacia el futuro con nuevas aplicaciones y controles de redes inteligentes, Las empresas de servicios públicos seguirán teniendo la necesidad de utilizar el análisis de series de tiempo para ver cómo afectará la carga de los nuevos automóviles eléctricos a los vecindarios. investigar los mejores controles y aplicaciones de almacenamiento de energía o determinar cómo se controla el hogar inteligente, como termostatos y luces, puede beneficiar a sus redes, "Reno dijo." Para comprender los nuevos beneficios y la capacidad de control de la red inteligente, estas empresas tendrán que poder simularlo primero ".