Цей напрям досліджень зосереджений на розробці теоретичних, обчислювальних та заснованих на даних цифрових двійників енергетичних систем із високою часткою відновлюваних джерел енергії та розподілених об’єктів накопичення енергії. З цією метою будуть розроблені принципи побудови, адаптації та експлуатації цифрового двійника, який об’єднує фізичні моделі, потоки даних, прогнозування, оцінку стану, кількісну оцінку невизначеності та алгоритми керування в єдину обчислювальну систему. Такий цифровий двійник повинен відтворювати поточний стан енергосистеми, оновлювати параметри на основі даних, прогнозувати майбутні стани, оцінювати межі довірчої ймовірності моделі та підтримувати аналіз стабільності, керованості та надійності.
Методологічне ядро цієї галузі досліджень складається з фізично обґрунтованого моделювання, ідентифікації параметрів, оцінки стану, адаптації моделі на основі даних, прогнозування, кількісної оцінки невизначеності, моделей зведеного порядку, оптимізації та теорії керування. Особлива увага приділяється ідентифікованості параметрів, спостережуваності стану, чутливості моделі до невизначених параметрів та узгодженості моделі з даними.
Основні напрямки:
- Дослідження охоплює чотири рівні моделювання енергосистеми:
- Рівень компонентів включає моделі генерації з відновлюваних джерел, перетворювачі потужності, пристрої накопичення енергії та динамічні навантаження.
- Рівень системи охоплює гібридні мікромережі, архітектури розподіленого накопичення енергії та системи з високою часткою силової електроніки.
- Рівень інформації включає потоки даних, ідентифікацію параметрів, оцінку стану, оновлення моделей та виявлення розбіжностей між прогнозованою та фактичною поведінкою системи.
- Рівень керування охоплює адаптивне керування, оптимізацію потоків енергії та управління режимами заряджання й розряджання накопичувачів.
- Розробка моделей поєднує фізичні принципи з методами аналізу даних: моделі генерації з відновлюваних джерел із змінною ресурсною доступністю, моделі акумуляторних батарей, що враховують стан заряду, технічний стан, теплові характеристики та деградацію, а також моделі навантаження зі стохастичною або часовою структурою.
- Алгоритмічна складова включає методи ідентифікації параметрів, адаптації моделей у реальному або майже в реальному часі, визначення стану, прогнозування генерації та навантаження, виявлення аномалій, аналіз невизначеності та оптимізація керування. Для розподілених систем накопичення енергії буде використовуватися цифровий двійник для синтезу режимів заряджання, розряджання та резерву потужності з урахуванням прогнозованої генерації, попиту, технічного стану систем накопичення, температурних обмежень та процесів зносу.
- Розроблюються критерії якості та надійності цифрових двійників енергосистем. Ці критерії дозволяють оцінити точність відтворення стану, похибку прогнозування, чутливість до невизначених параметрів, стабільність рішень щодо керування, обчислювальну ефективність, узгодженість моделі з даними, а також здатність відтворювати перехідні, аварійні та екстремальні режими роботи.
- Випробування методів та алгоритмів у середовищі MATLAB/Simulink та відповідних інструментах обчислювального моделювання з використанням еталонних моделей відновлюваних джерел енергії, систем накопичення енергії, перетворювачів енергії, гібридних мікромереж, динамічних навантажень та алгоритмів керування.
- Сценарії випробувань включають коливання відновлюваних джерел енергії, різкі зміни навантаження, режими роботи, пов’язані з мережею та поза мережею, температурні обмеження систем накопичення енергії, процеси деградації, похибки прогнозування та умови несправностей.