Đăng ký thành viên

Các thuật toán của ORNL quản lý các xung điện từ trên lưới điện

Phòng thí nghiệm Quốc gia Oak Ridge (Mỹ) đang xây dựng các thuật toán nhằm giúp phần mềm mô phỏng phân tích xung điện từ trở nên khả thi trong việc quản lý các nguồn lực lưới điện. 

Khi các nguồn năng lượng tái tạo tăng trưởng, các nhà điều hành lưới điện chuyển sang các phương pháp mô phỏng tinh vi để quản lý độ lớn và độ phức tạp ngày càng tăng của lưới điện. Tuy nhiên, nhiều hệ thống có chi phí quá cao hoặc quá mất thời gian để sử dụng trong môi trường thực tế, năng động. 

Phân tích quá độ điện từ (EMT) luôn có tiềm năng mô phỏng lớn nhưng thiếu tiện ích thực tế. Điều này có thể thay đổi. Các nhà nghiên cứu của Phòng thí nghiệm Quốc gia Oak Ridge (ORNL) đã xây dựng các thuật toán biến tiềm năng EMT thành hiện thực trong quản lý lưới điện. 

Lưới điện (Ảnh st)

Các vấn đề gây khó khăn của xung điện từ và các công cụ phần mềm mô phỏng

Các nguồn lực mô phỏng hiện nay không được tối đa hóa để đạt hiệu quả và tính năng cao. Những cải tiến về trí tuệ nhân tạo đã giúp các công ty điện lực phân bổ lại nguồn lực và cân bằng công suất giữa các máy biến áp non tải và các máy biến áp phải làm việc quá công suất. Tiềm năng sử dụng phần mềm để tạo điều kiện dễ dàng cho việc phân bổ lại này luôn đáng kể. Tuy nhiên, phần mềm như vậy vẫn chỉ có tiềm năng hữu ích do sự chậm trễ của việc thực hiện và các chi phí tính toán. 

Cụ thể như phần mềm EMT đã phải đối mặt với những thách thức đáng kể làm hạn chế tiện ích của nó trong quản lý lưới điện theo thời gian thực. Trước đây, phân tích EMT tốn kém và cực kỳ tốn thời gian. Yêu cầu tính toán cao của của việc mô phỏng chính xác các xung điện từ có nghĩa là tốc độ xử lý chậm, dẫn đến sự chậm trễ trong việc thu thập dữ liệu quan trọng. Những chậm trễ này rất khó giải quyết vì các quyết định quản lý lưới điện phải được đưa ra nhanh chóng để duy trì sự ổn định và ngăn ngừa các vụ mất điện.

Thuật toán EMT và bộ xử lý đồ họa

Nhóm nghiên cứu tại ORNL đã đưa vào áp dụng các thuật toán để giải quyết các vấn đề kìm hãm tiềm năng của việc mô hình hóa lưới điện EMT.

Năm 2023, nhóm ORNL đã sử dụng thành công phân tích EMT để mô phỏng một chạm chập năm 2018 ở bang California (Mỹ). Các nhà nghiên cứu đã sử dụng phần cứng tại Công ty Điện lực Southern California Edison và chạy mô phỏng tại Phòng thí nghiệm ORNL để tái tạo chính xác sự cố của một nhà máy điện mặt trời lớn và tác động của nó. 

 Một chiến lược mà nhóm đang sử dụng bao gồm các bộ xử lý nhiều lõi và đồ họa (GPU) để mô phỏng EMT nhanh hơn. Họ đã có thể giảm thời gian mô phỏng từ nhiều ngày xuống còn vài phút. Vì phân tích EMT liên quan đến việc giải các phương trình vi phân phức tạp mô tả hành vi của các hệ thống điện trong các sự kiện thoáng qua, nên các phép tính này đòi hỏi nhiều tính toán và liên quan đến các bộ dữ liệu lớn, khiến chúng tốn thời gian khi thực hiện trên các CPU tiêu chuẩn.

Ban đầu các GPU có thiết kế để dựng hình đồ họa, rất tuyệt vời trong việc thực hiện các phép tính song song. Không giống như các CPU ​​có một vài lõi được tối ưu hóa cho xử lý tuần tự, các GPU có hàng nghìn lõi nhỏ hơn có khả năng xử lý rất nhiều phép toán cùng lúc. Năng lực xử lý song song này đặc biệt phù hợp với các phép toán ma trận và các tính toán số học lặp đi lặp lại cần thiết trong phân tích EMT.

Hiện tại, nhóm ORNL này đang mở rộng quy mô mô hình hóa của mình để chạy các mô phỏng bao gồm tới hàng trăm nghìn thiết bị IBR (nguồn lực dựa trên bộ nghịch lưu) trên toàn bộ lưới điện Mỹ. Tốc độ, độ chính xác và phạm vi tiềm năng của bước tiến mới này sẽ đưa quản lý lưới điện lên một tầm cao mới khi các hệ thống lưới điện tăng trưởng nhanh chóng để đáp ứng các nguồn năng lượng tái tạo. 

Biên dịch: Chu Hải Yến

Theo " Eepower ", tháng 08/2024