La red eléctrica de Estados Unidos, que abarca una vasta área de América del Norte, opera como un organismo complejo que se adapta y evoluciona constantemente. Los hechos son estos: investigadores del Laboratorio Nacional Oak Ridge del Departamento de Energía (ORNL) han desarrollado una plataforma de simulación innovadora. Esta herramienta busca mejorar nuestra comprensión de este intrincado sistema. Mediante metodologías matemáticas avanzadas y análisis automatizados, la plataforma promete resultados más precisos y eficientes, reduciendo costos y aumentando la fiabilidad del suministro eléctrico.
Las simulaciones son fundamentales para replicar las dinámicas de los sistemas del mundo real. Permiten a las empresas de servicios públicos y a los planificadores evaluar las operaciones de la red sin arriesgar la seguridad, el equipo o interrumpir el servicio. El equipo de ORNL ha perfeccionado una técnica de modelado sofisticada conocida como simulación de transitorios electromagnéticos (EMT), que es crucial para analizar las respuestas instantáneas de la electrónica de potencia moderna. Esta capacidad es vital para los operadores, ya que ayuda a prevenir fallos en cascada y condiciones peligrosas dentro de las redes eléctricas cada vez más complejas que dependen en gran medida de estas tecnologías.
Los hechos
Según Phani Marthi, investigador de ORNL, “nuestro objetivo es entender los sistemas electrónicos de una manera que refleje con precisión su comportamiento real”. Sin embargo, lograr resultados de alta fidelidad con la simulación EMT puede ser notoriamente intensivo en tiempo, especialmente cuando se aplica a extensos sistemas de red eléctrica moderna. Para abordar estos desafíos, se está desarrollando una nueva plataforma de simulación llamada RE-INTEGRATE, reconocida por su velocidad y precisión en el modelado de sistemas de potencia a gran escala integrados con múltiples dispositivos electrónicos de potencia.
Transformando la dinámica operativa de la red
Tradicionalmente, las redes eléctricas dependían de grandes sistemas mecánicos rotativos, donde la electricidad fluía de manera predecible a lo largo de caminos establecidos, similar a un tren sobre rieles. Las redes actuales se están transformando en sistemas más dinámicos gracias a la electrónica de potencia, que permite ajustes electrónicos rápidos y un modelo operativo más ágil, similar a un automóvil deportivo en lugar de una locomotora. Este cambio requiere que la red se adapte a ritmos operativos más rápidos, un desafío que RE-INTEGRATE aborda al proporcionar herramientas para trazar el curso óptimo para el desarrollo futuro de la red.
La electrónica de potencia revoluciona el proceso de generación y transmisión de electricidad, facilitando tanto corrientes alternas como directas para la entrega a larga distancia. Este avance es crucial para acomodar una población en crecimiento y una economía en expansión, especialmente con la aparición de nuevos sectores como los centros de datos para inteligencia artificial y criptomonedas.
Características innovadoras de la plataforma RE-INTEGRATE
A diferencia de los modelos EMT actuales, RE-INTEGRATE está diseñado como una plataforma de código abierto que integra características avanzadas, incluidas técnicas de simulación numérica y automatización impulsada por redes neuronales, lo que facilita cálculos más rápidos. Estas mejoras proporcionan una ventaja única sobre las herramientas existentes para analizar redes contemporáneas, permitiendo una mayor profundidad en la comprensión de sus operaciones.
Evaluando y mitigando las interrupciones de la red
En el futuro, RE-INTEGRATE podrá simular fallos, interrupciones de energía causadas por mal funcionamiento del equipo o problemas técnicos, similar a la importante caída de energía que afectó a España y Portugal en abril. Marthi subraya que “usar la herramienta RE-INTEGRATE puede proporcionar información valiosa sobre cómo evitar o mitigar consistentemente apagones y reducciones de energía”.
En el núcleo de RE-INTEGRATE se encuentran los métodos de resolución de ecuaciones algebraicas diferenciales, algoritmos que optimizan el procesamiento de grandes conjuntos de datos. Los investigadores de ORNL han demostrado la efectividad de estos métodos a través de pruebas iniciales en circuitos de electrónica de potencia simples, sentando las bases para futuras aplicaciones.
El objetivo final es perfeccionar este software para simular una amplia gama de escenarios que puedan surgir de las rápidas interacciones de los sistemas de electrónica de potencia dentro de grandes infraestructuras de red, como las de la parte oriental de Estados Unidos. Esta capacidad mejorará la precisión de las simulaciones EMT y proporcionará una comprensión más amplia de cómo interactúan los diversos componentes de la red en diferentes regiones de servicio.
Direcciones futuras y colaboración
Como señala Marthi, “más allá de mejorar la velocidad de simulación EMT, el siguiente paso crítico implica gestionar y analizar los grandes volúmenes de datos producidos por estas simulaciones”. Los investigadores de ORNL ya están desarrollando técnicas analíticas avanzadas, incluidas redes neuronales especializadas, para garantizar que RE-INTEGRATE pueda mejorar las operaciones del sistema eléctrico y apoyar la toma de decisiones basada en datos. La visión es crear un ecosistema EMT integral, con RE-INTEGRATE como su columna vertebral, fomentando una mayor confianza y utilización frecuente por parte de las empresas de servicios públicos.
Las simulaciones son fundamentales para replicar las dinámicas de los sistemas del mundo real. Permiten a las empresas de servicios públicos y a los planificadores evaluar las operaciones de la red sin arriesgar la seguridad, el equipo o interrumpir el servicio. El equipo de ORNL ha perfeccionado una técnica de modelado sofisticada conocida como simulación de transitorios electromagnéticos (EMT), que es crucial para analizar las respuestas instantáneas de la electrónica de potencia moderna. Esta capacidad es vital para los operadores, ya que ayuda a prevenir fallos en cascada y condiciones peligrosas dentro de las redes eléctricas cada vez más complejas que dependen en gran medida de estas tecnologías.0
