Couvrant la moitié de l'Amérique du Nord, la grille électrique américaine fonctionne un peu comme un vaste organisme complexe. Des chercheurs du Laboratoire national Oak Ridge du ministère de l'Énergie ont développé une nouvelle plate-forme de simulation pour comprendre et prédire le comportement de cette grille moderne. En utilisant une combinaison d'outils mathématiques, d'automatisation et d'analyse, l'approche fournit des résultats très précis avec moins de temps informatique à un coût inférieur, augmentant la fiabilité de l'électricité.
La simulation utilise des approches mathématiques pour reproduire la dynamique d'un système réel. Cela permet aux services publics et aux planificateurs d'analyser les méthodes de gestion des grilles sans risque pour la sécurité, l'équipement ou les services électriques. Les chercheurs de l'ORNL ont affiné une approche de modélisation de la grille de pointe appelée simulation transitoire électromagnétique (EMT), qui est particulièrement efficace pour analyser les réactions fractionnées de l'électronique de puissance moderne. Cette capacité aide les opérateurs à prévenir les pannes de cascade et les conditions de fonctionnement dangereuses dans des réseaux électriques modernes débordant d'électronique électrique.
« Nous essayons de comprendre l'électronique et les systèmes d'une manière qui imite leur comportement réel avec une fidélité plus élevée », a déclaré Phani Marthi, chercheur de l'ORN. « Le défi aujourd'hui est que la simulation EMT à haute fidélité est extrêmement longue pour simuler les systèmes de réseau électrique moderne à grande échelle. »
L'approche de simulation ORNL relève ces défis, comme Marthi et ses co-auteurs l'ont expliqué dans un article qui a été présenté lors de la meilleure séance de papier lors de la réunion générale de juillet de l'IEEE Power and Energy Society.
Représentant la prochaine phase du leadership national de l'ORNL dans la simulation EMT, l'outil ORNL est appelé réintégré pour sa vitesse et sa précision améliorées pour simuler des systèmes d'alimentation à grande échelle qui intègrent de nombreuses électroniques électriques.
Dans le passé, la grille reposait sur l'élan naturel des énormes machines mécaniques rotatives et la puissance s'écoulant dans une seule direction le long des chemins établis, comme une locomotive sur une piste. Mais aujourd'hui, l'électronique électrique fait réagir le réseau plus comme une voiture de sport, avec des ajustements électroniques rapides au lieu de l'élan intégré. Malheureusement, la grille d'aujourd'hui n'est pas entièrement prête pour cette vitesse. Réintégrer aide les services publics à cartographier le meilleur itinéraire pour la grille du futur.
L'électronique de puissance s'adapte à la génération et au déplacement de l'électricité de différentes manières. Ils peuvent également activer le courant alternatif et direct dans la transmission de puissance longue distance. Cela pourrait étendre la capacité du réseau américain à soutenir une population et une économie croissantes, y compris de nouvelles industries telles que les centres de données pour l'IA et la crypto-monnaie.
Contrairement aux modèles EMT existants, REINEGRATE est conçu comme une plate-forme open source qui intègre des fonctionnalités telles que les techniques de simulation numérique, l'automatisation et l'intelligence basées sur des réseaux de neurones qui fonctionnent plus comme le cerveau pour un calcul plus rapide. Ces fonctionnalités offrent des avantages uniques par rapport aux outils existants pour analyser les grilles modernes.
Finalement, l'outil sera en mesure de reproduire les défauts – les disruptions dans le réseau électrique causées par la défaillance de l'équipement, les courts-circuits ou d'autres problèmes techniques – comme celui qui a anéanti la puissance à une grande partie de l'Espagne et du Portugal en avril. « L'analyse avec l'outil de réintégration peut nous donner de nouvelles informations sur la façon d'empêcher ou d'arrêter régulièrement les pannes de cascade et les baisses de baisses », a déclaré Marthi.
L'un des éléments constitutifs fondamentaux de la réintégration est les résolveurs d'équations algébriques différentielles. Ces algorithmes réduisent le degré de traitement manuel requis pour un immense volume de données. En tant que preuve de concept, les chercheurs ORNL ont validé l'efficacité de ces solveurs sur des circuits électroniques de puissance simples.
L'objectif à long terme est de perfectionner le logiciel pour simuler toutes les circonstances possibles qui pourraient résulter de systèmes électroniques d'alimentation à action rapide interagissant avec les composants du réseau dans un réseau électrique à grande échelle, équivalent au réseau de l'est des États-Unis.
Cela élargira les avantages de la précision de l'EMT tout en permettant une meilleure compréhension de la façon dont les parties de la grille plus large se affectent à travers les zones de service et les régions.
« Au-delà de l'accélération de la simulation EMT, le prochain défi majeur consiste à gérer et à passer au crible les énormes volumes de données générées par les simulations EMT », a déclaré Marthi. Les chercheurs de l'ORNL développent déjà des techniques d'analyse avancées, y compris l'utilisation de réseaux de neurones spécialisés, afin que l'outil de réintégration puisse améliorer les opérations du système d'électricité et soutenir la prise de décision éclairée. « Nous voulons créer un écosystème EMT entier avec réintégration comme l'épine dorsale, y compris toutes ces capacités afin que les utilitaires l'utilisent plus souvent et avec plus de confiance. »
Les chercheurs qui ont contribué au développement de l'automatisation et des solveurs pour la réintégration sont les chercheurs de l'ORNL Jongchan Choi et Suman Debnath avec le soutien de l'étudiant Soumyajit Gangopadhyay et de la stagiaire Kuan-Chieh Hsu.
Les avancées de réintégration seront présentées lors d'un atelier de simulation EMT à ORNL, co-organisée par la North American Electric Reliability Corporation du 7 au 9 octobre à Knoxville, Tennessee.
