屋顶太阳能电池板可以在几分钟内通过预测一年的工具得到提升

由于桑迪亚开发的软件，房主和企业现在可以更轻松地在屋顶上安装太阳能电池板。

新软件可以运行详细的逐秒仿真，称为准静态时间序列分析，向公用事业公司展示特定房屋或企业的屋顶太阳能电池板如何在一年中与当地电网进行交互。

公用事业公司需要进行分析，因为它们必须以标准电压提供电力，用于运行从冰箱到手机充电器的所有设备。城市一个区域内的大量太阳能发电会导致极端的电压波动，从而损坏家用电子产品。

直到现在，这种类型的网格分析在研究设置之外还不实用，因为以前的模型需要数天来运行单个场景。新的模拟比公用事业公司使用的模拟更详细，桑迪亚的研究人员希望它们将导致更多的太阳能电池板安装。

“当在电网上安装新的太阳能电池板时，公用事业公司将分析新系统如何与电网进行交互，通常通过快照，功率流模拟来确定影响是否合适，”Sandia工程师Matthew Reno说。 。“然而，由于太阳能电池板在不同时间发生的影响(例如天气)的不确定性，及时拍摄一个实例的快照是保守的。这可能导致连接成本增加或居住在城市部分地区的房主不必要地添加太阳能电池板的低限，特别是在阳光充足的州。“

由能源部太阳能技术办公室资助的为期三年的项目，作为电网现代化实验室联盟，桑迪亚，国家可再生能源实验室，佐治亚理工大学，电力研究所和CYME国际的一部分，是公用事业公司最大的软件供应商，采用四部分方法加速时间序列分析，以更准确地了解太阳能的使用如何影响电网。

“该项目解决了四个主要领域，以便更快地进行时间序列分析 - 这四个领域中的每一个都是独立开发的 - 然后它们被合并，”Reno说。“例如，如果每种方法使分析速度提高10倍，那么当我们将两种方法结合起来时，它可能会快100倍。”

Reno表示，分析现在比两年前快1000倍。该软件可以进行过去36小时的模拟，并在标准台式计算机上在不到五分钟的时间内完成。

该团队首先考虑了如何减少电网功率流随时间变化的频率。软件不是单独模拟一年中的每一秒，而是以不同的速度在模拟年份中移动，考虑是在一年中的那个时间是白天还是白天或者可能是阴天或晴天。

“你可以在某些时刻更快地跳过时间，并将计算工作放在最需要的地方，使用基于事件的模拟或可变的时间步长，”Reno说。“在阴天不同的阳光下，模拟速度减慢并逐秒观察到的影响。当变化很小时，就像在一切都相当稳定的夜晚一样，模拟可以用更大的时间步长向前跳，使得计划更有效率。“

该项目的第二部分侧重于通过更新用于计算功率流的公式来更快地进行单个模拟。该团队与最常用的商业和开源配电系统软件的开发人员合作，以改善大型数据集的输入和输出，内存管理和算法。

第三个挑战集中在降低软件使用的电网模型的复杂性，同时保持其准确性。更小，更高效的模型通过将分析重点放在网格的关键部分，帮助软件更快地解决问题。

该项目的第四部分侧重于更改标准业务计算机运行分析的方式，以确保使用所有处理核心。

“在准静态时间序列分析中，每一秒都依赖于之前的一个，这意味着一切都必须按顺序完成，在一个处理器上，在一个核心上，”Reno说。“你的桌面计算机可能有七个其他核心在那里无所事事，而一个核心自己完成整年的模拟。”

新软件将一年中的部分或部分网格分开，将它们分配给每个可用的计算核心并并行运行。

评估智能电网控制和新技术

虽然该项目的重点是支持屋顶太阳能，但Reno表示新软件还可以评估新技术和智能电网控制。

“随着我们展望未来的新智能电网应用和控制，公用事业公司将继续需要使用时间序列分析来了解新的电动汽车充电将如何影响社区，调查最佳的储能控制和应用或确定如何智能家居控制，如恒温器和灯，可以使他们的网格受益，“里诺说。“为了理解智能电网的新优势和可控性，这些公司必须首先能够模拟它。”