屋頂太陽能電池板可以在幾分鐘內(nèi)通過預(yù)測一年的工具得到提升

由于桑迪亞開發(fā)的軟件，房主和企業(yè)現(xiàn)在可以更輕松地在屋頂上安裝太陽能電池板。

新軟件可以運行詳細(xì)的逐秒仿真，稱為準(zhǔn)靜態(tài)時間序列分析，向公用事業(yè)公司展示特定房屋或企業(yè)的屋頂太陽能電池板如何在一年中與當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)進(jìn)行交互。

公用事業(yè)公司需要進(jìn)行分析，因為它們必須以標(biāo)準(zhǔn)電壓提供電力，用于運行從冰箱到手機充電器的所有設(shè)備。城市一個區(qū)域內(nèi)的大量太陽能發(fā)電會導(dǎo)致極端的電壓波動，從而損壞家用電子產(chǎn)品。

直到現(xiàn)在，這種類型的網(wǎng)格分析在研究設(shè)置之外還不實用，因為以前的模型需要數(shù)天來運行單個場景。新的模擬比公用事業(yè)公司使用的模擬更詳細(xì)，桑迪亞的研究人員希望它們將導(dǎo)致更多的太陽能電池板安裝。

“當(dāng)在電網(wǎng)上安裝新的太陽能電池板時，公用事業(yè)公司將分析新系統(tǒng)如何與電網(wǎng)進(jìn)行交互，通常通過快照，功率流模擬來確定影響是否合適，”Sandia工程師Matthew Reno說。 。“然而，由于太陽能電池板在不同時間發(fā)生的影響(例如天氣)的不確定性，及時拍攝一個實例的快照是保守的。這可能導(dǎo)致連接成本增加或居住在城市部分地區(qū)的房主不必要地添加太陽能電池板的低限，特別是在陽光充足的州。“

由能源部太陽能技術(shù)辦公室資助的為期三年的項目，作為電網(wǎng)現(xiàn)代化實驗室聯(lián)盟，桑迪亞，國家可再生能源實驗室，佐治亞理工大學(xué)，電力研究所和CYME國際的一部分，是公用事業(yè)公司最大的軟件供應(yīng)商，采用四部分方法加速時間序列分析，以更準(zhǔn)確地了解太陽能的使用如何影響電網(wǎng)。

“該項目解決了四個主要領(lǐng)域，以便更快地進(jìn)行時間序列分析 - 這四個領(lǐng)域中的每一個都是獨立開發(fā)的 - 然后它們被合并，”Reno說。“例如，如果每種方法使分析速度提高10倍，那么當(dāng)我們將兩種方法結(jié)合起來時，它可能會快100倍。”

Reno表示，分析現(xiàn)在比兩年前快1000倍。該軟件可以進(jìn)行過去36小時的模擬，并在標(biāo)準(zhǔn)臺式計算機上在不到五分鐘的時間內(nèi)完成。

該團隊首先考慮了如何減少電網(wǎng)功率流隨時間變化的頻率。軟件不是單獨模擬一年中的每一秒，而是以不同的速度在模擬年份中移動，考慮是在一年中的那個時間是白天還是白天或者可能是陰天或晴天。

“你可以在某些時刻更快地跳過時間，并將計算工作放在最需要的地方，使用基于事件的模擬或可變的時間步長，”Reno說。“在陰天不同的陽光下，模擬速度減慢并逐秒觀察到的影響。當(dāng)變化很小時，就像在一切都相當(dāng)穩(wěn)定的夜晚一樣，模擬可以用更大的時間步長向前跳，使得計劃更有效率。“

該項目的第二部分側(cè)重于通過更新用于計算功率流的公式來更快地進(jìn)行單個模擬。該團隊與最常用的商業(yè)和開源配電系統(tǒng)軟件的開發(fā)人員合作，以改善大型數(shù)據(jù)集的輸入和輸出，內(nèi)存管理和算法。

第三個挑戰(zhàn)集中在降低軟件使用的電網(wǎng)模型的復(fù)雜性，同時保持其準(zhǔn)確性。更小，更高效的模型通過將分析重點放在網(wǎng)格的關(guān)鍵部分，幫助軟件更快地解決問題。

該項目的第四部分側(cè)重于更改標(biāo)準(zhǔn)業(yè)務(wù)計算機運行分析的方式，以確保使用所有處理核心。

“在準(zhǔn)靜態(tài)時間序列分析中，每一秒都依賴于之前的一個，這意味著一切都必須按順序完成，在一個處理器上，在一個核心上，”Reno說。“你的桌面計算機可能有七個其他核心在那里無所事事，而一個核心自己完成整年的模擬。”

新軟件將一年中的部分或部分網(wǎng)格分開，將它們分配給每個可用的計算核心并并行運行。

評估智能電網(wǎng)控制和新技術(shù)

雖然該項目的重點是支持屋頂太陽能，但Reno表示新軟件還可以評估新技術(shù)和智能電網(wǎng)控制。

“隨著我們展望未來的新智能電網(wǎng)應(yīng)用和控制，公用事業(yè)公司將繼續(xù)需要使用時間序列分析來了解新的電動汽車充電將如何影響社區(qū)，調(diào)查最佳的儲能控制和應(yīng)用或確定如何智能家居控制，如恒溫器和燈，可以使他們的網(wǎng)格受益，“里諾說。“為了理解智能電網(wǎng)的新優(yōu)勢和可控性，這些公司必須首先能夠模擬它。”