Виртуальная электростанция Tesla:переосмысление электрической сети

Учитывайте электрическую сеть. Он покрывает большую часть мира. Его существование и надежность определяют современный мир гораздо дольше, чем большинство из нас живет. Большую часть, если не все, новых технологий за столетие мы обязаны сети.

Сеть может работать только сегодня благодаря миллионам сложных взаимосвязанных устройств, работающих вместе по сложным схемам. Тем не менее, он создан для централизованного производства с минимальным количеством точек контроля и использует ископаемое топливо — концепции, все уходящие корнями в 20-й век. .

Как бы выглядела электрическая сеть, если бы сегодня ее перепроектировали с нуля? Это вопрос, над которым недавно работали инженеры Tesla Колин Брек и Перси Линк. Их ответ включает в себя создание огромной устойчивости с помощью технологий с открытым исходным кодом и цифровых двойников. Они поделились своими мыслями на недавней конференции в Великобритании.

По мере того, как все больше возобновляемой энергии поступает в существующую сеть, сложные расчеты спроса и предложения становятся все труднее выполнять с требуемой точностью. Некоторая степень контроля потеряна , и генерацию становится сложнее прогнозировать.

В местах, где ветровая и солнечная энергия уже распространены, батареи помогли смягчить эти проблемы. Они могут очень быстро реагировать на неожиданные пики и спады использования, заряжая и разряжая по мере необходимости.

«Эта быстрая реакция на самом деле является даже инновацией, возможностью стать лучше, чем старая сеть», — говорит Линк. «Это не просто компромисс».

Аккумуляторы играют ключевую роль в переосмыслении этих инженеров сети. Помимо создания гигантских батарей размером с существующие угольные или газовые электростанции, они также предложили использовать мощность меньших батарей. установлены в домах и на предприятиях — батареи, которые чаще всего используются для частных солнечных электростанций или резервного питания.

«Мы можем объединить дома и предприятия с помощью этих небольших батарей и солнечной энергии в виртуальные электростанции. , — говорит Линк.

Архитектура виртуальной электростанции (VPP) опирается на распределенные энергетические ресурсы — одним из примеров могут быть батареи, но также часто используются ветряная и солнечная энергия. Сеть этих ресурсов объединяется вместе, чтобы генерировать мощность с повышенной гибкостью и более высокой доступностью.

В виртуальной электростанции Tesla модели цифровых двойников представляют различные активы Интернета вещей (IoT) в системе, а также их текущее состояние и отношения. Программное обеспечение для моделирования цифровых двойников основано на двух ключевых проектах с открытым исходным кодом:Kubernetes и Akka.

«Сочетание Akka и Kubernetes просто фантастическое, — говорит Брек. «Kubernetes может обрабатывать крупнозернистые сбои и масштабирование, такие как масштабирование модулей вверх или вниз, запуск тестов живучести или перезапуск отказавшего модуля с экспоненциальным отставанием. Затем мы используем Akka для обработки мелких сбоев, таких как схема прерывание или повторная попытка выполнения отдельного запроса и моделирование состояния отдельных объектов, например того факта, что батарея заряжается или разряжается."

При моделировании цифрового двойника в Akka каждый сайт моделирования представлен актером. Как поясняет TechRepublic:«Программист беспокоится о моделировании отдельного сайта в акторе, а затем среда выполнения Akka масштабирует это до тысяч или миллионов сайтов. блокировки или ошибки параллелизма."

С помощью моделей цифровых двойников инженер может взаимодействовать с представлениями чрезвычайно сложных взаимосвязей и состояний в системах практически в реальном времени, даже если полная картина недоступна.

«Неопределенность присуща распределенным системам IoT , поэтому нам нужно просто учесть это в модели данных, в бизнес-логике и даже в клиентском опыте, а не пытаться избежать этого», — говорит Брек. «Представление физических и виртуальных отношений между устройствами IoT, особенно по мере их изменения. со временем, это самая сложная проблема в IoT, поверьте мне, но необходимая для создания отличного продукта."

Еще одной проблемой была совместная оптимизация локальных и глобальных целей. Аккумуляторы меньшего размера, принадлежащие отдельным лицам, не должны разряжаться на случай, если владельцу потребуется их использовать неожиданно, но всегда необходимо удовлетворять потребности энергосистемы в реальном времени.

«Распределенная оптимизация возможна только потому, что Tesla создает собственное оборудование и имеет полный контроль над прошивкой и программным обеспечением. , — говорит Линк. — Это обеспечивает быструю итерацию по локальным и центральным аналитическим данным и тому, как они соотносятся друг с другом, и это сотрудничество осуществляется между командами, а не между компаниями». Вертикальная интеграция аппаратного, микропрограммного и программного обеспечения заложила основу. для более отказоустойчивого решения с распределенным алгоритмом, чтобы помочь устройствам действовать разумно во время неизбежных сбоев связи.

Виртуальная электростанция Tesla является ярким примером конвергенции информационных технологий и операционных технологий (IT/OT), одной из самых актуальных тем в индустрии автоматизации сегодня. Распределенные вычисления и промышленный Интернет вещей (IIoT) помогли Tesla обеспечить устойчивость сети и решить некоторые инженерные проблемы, возникающие при переходе на возобновляемые источники энергии.

Чтобы глубже изучить разработку энергетической платформы Tesla, алгоритмическое участие в энергетических рынках с использованием самой большой батареи в мире и реальные проблемы создания первой виртуальной электростанции Tesla, вы можете прочитать полную стенограмму презентации Брека и Линка. .