Томский политех представил цифровой двойник энергосистемы с альтернативными и водородными элементами

Ученые Томского политехнического университета создали цифровой двойник электроэнергетической системы и представили этот комплекс, а точнее, его уменьшенный вариант, на национальной выставке «Вузпромэкспо-2021». 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.
«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.
Комплекс состоит из блоков — вычислительных аналого-цифровые 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-2021», сопоставим с габаритами микроволновой печи. Он вмещает до семи вычислительных модулей и вполне способен воспроизвести систему электроснабжения небольшого предприятия.