Symulacje systemów elektroenergetycznych są dziś nieodzowną częścią szeroko pojętej gałęzi związanej z analizami sieciowymi. Ciężko w prostych słowach opisać, jak długą drogę przeszliśmy (jako inżynierowie) – od klasycznych, pionierskich obliczeń prowadzonych na kartce papieru, poprzez perforowane karty FORTRAN-owe, aż do potężnych narzędzi zapewniających wielowymiarowe, zautomatyzowane wsparcie, nierzadko zahaczające o AI. Zachwyt może się mieszać z obawą – czy będziemy jeszcze potrzebni?

No dobra, bez takich – zejdźmy na ziemię. Zastanówmy się raczej, do czego nam są dziś potrzebne symulacje, jakie niosą benefity, a jakie zagrożenia? Mamy szerokie zastosowania wszelkiego rodzaju analiz, poczynając od planowania pracy całego KSE w horyzoncie dobowym, rocznym, a nawet trzyletnim, po symulacje przepięć wysokoczęstotliwościowych, których czas trwania liczymy w pojedynczych μs (tak, mikrosekundach, to te milionowe części sekundy).

Z oczywistych przyczyn jako człowiek interesowny skupię się tutaj na tych analizach, które można monetyzować (czytelnika uprasza się o docenienie szczerości autora). Analizy i prognozy pracy całego KSE wykonują wyspecjalizowane komórki planistyczne PSE, które dbają o bezpieczeństwo systemu czuwając nad stabilnością częstotliwościową oraz napięciową. Nas zaś raczej będzie interesować działanie poszczególnych MWE, w kontekście ich zdolności określanych kodeksami NC RfG oraz NC ER. Na początek – jak wygląda stan prawny na terenie naszego kraju?

Najczęściej mamy do czynienia z obowiązkowymi symulacjami w ramach procesu ION/FON (odpowiednio załączniki 5 oraz 4). Celem tych symulacji jest wykazanie, iż przedmiotowy MWE posiada zdolności, których nie sposób testować. Czy wyobrażamy sobie przeprowadzenie serii zwarć na obiekcie, tak aby udowodnić, że PGU jest w stanie wygenerować 90% dodatkowego prądu biernego pojemnościowego w czasie krótszym niż 60 ms? Jako inżynier byłbym przeszczęśliwy biorąc udział w takich testach – nie jestem tylko pewien czy Właściwy OS oraz WZWE podzielaliby te nastroje. Kolejny przykład w ramach tego samego uniwersum – potwierdzanie zdolności do generacji mocy biernej przy mocy maksymalnej. Wyobraźmy sobie taki dialog pomiędzy testującym, a dyspozytorem Właściwego OS:

– Proszę o obniżenie napięcia sieciowego do 0,875 pu, muszę sprawdzić zdolność do generacji maksymalnej mocy biernej pojemnościowej, zgodnie z wymogami NC RfG.

– Nie ma problemu, już obniżam.

Absurd tego dialogu jest oczywisty, nie ma większego sensu tego komentować.

Czy symulacje są zatem jedynie koniecznym załącznikiem w ramach procesu ION/FON? Odpowiedź jest oczywista – ale skoro chcemy wystawić Klientowi fakturę za dodatkowe analizy, to poszukajmy również benefitów.

Spójrzmy na schemat poniżej, który obrazuje fazy procesu przyłączeniowego. Zaprezentowano wybrane przykłady analiz, jakie muszą (lub mogą) być dostarczone do Właściwego OS przez WZWE.

Zatem, co nam się tutaj wkradło oprócz wcześniej wspomnianych ION/FON?

• Weryfikacja projektu – już na wczesnym etapie prac koncepcyjnych jest możliwe wykonanie analiz P-Q oraz U-Q celem wstępnej weryfikacji, czy proponowany design spełni wymogi kodeksowe. Profit? Możliwa optymalizacja projektu pod kątem liczby PGU, przewymiarowania PGM, czy też instalacji dodatkowych urządzeń kompensacyjnych.
• THDi, THDu – na zaawansowanym etapie projektu, znając dobrane komponenty (zwłaszcza przekształtniki) możliwe jest wyznaczenie spodziewanych wartości wyższych harmonicznych w POC.
• EON – „ale zaraz zaraz? o co chodzi? co mnie Pan tu naciągasz?” Spokojnie – nie ma wymogu dodatkowych analiz poprzedzających energetyzację obiektu. Istnieje jednak pewien magiczny zapis w „Procedurze testowania modułów wytwarzania energii wraz z podziałem obowiązków między właścicielem zakładu wytwarzania energii a operatorem systemu na potrzeby testów”, który brzmi następująco:

“Właściwy OS ma prawo zdefiniować i określić dodatkowe testy potwierdzające spełnienie wymagań”.

Ta furtka dopuszcza żądanie wykazania przed Właściwym OS, iż przedmiotowy PGM nie jest lotniskowcem, ewentualnie wielbłądem. A tak na poważnie – co ma do tego EON? Energetyzacja to nic innego jak podanie napięcia na komponenty pasywne PGM, tj. transformatory i kable. Takie operacje łączeniowe mogą się wiązać ze znacznymi wartościami maksymalnymi przepięć oraz przetężeń prądowych – istotnymi dla pewnych układów i warunków sieciowych.

Można się tutaj pokusić o wskazanie bardziej szczegółowej listy analiz, gdzie zahaczamy o aspekty związanie z ferrorezonansem, przepięciami piorunowymi, przepięciami łączeniowymi z udziałem wyłączników próżniowych lub tych w stacjach izolowanych gazem SF₆ – ale schodzilibyśmy na coraz węższą ścieżkę. Ścieżkę niezwykle ciekawą (zapaleńcy używają słowa fascynującą), jednakże raczej uznawaną za niszową – wybieraną jedynie w bardzo szczególnych przypadkach.

Warto wspomnieć o nowoczesnych narzędziach, jakimi dziś dysponujemy w zakresie analiz systemów elektroenergetycznych. Jak wspomniałem we wstępie, minęły już romantyczne (serio?), pionierskie czasy, kiedy obliczenia kodowano w FORTRAN-ie na specjalnych kartach perforowanych. Dziś, programy takie jak PSS/E, Power Factory czy PSCAD dają nam gigantyczne możliwości w zakresie analiz stanów ustalonych oraz dynamicznych. Należy jednak zadać sobie pytanie: Czy powinniśmy bezgranicznie ufać wynikom, przed chwilą wspomnianych, analiz? Pokuszę się o stwierdzenie, że nie tylko nie powinniśmy, ale wręcz nie wolno nam. Zbytnia wiara w działanie algorytmów obliczeniowych jest niebezpieczną pułapką, zwłaszcza dla młodych inżynierów. Paradoks polega na tym, że program przyjmie wszystko, niemal każdą głupotę (proszę wybaczyć kolokwializm) i jeśli solver nie będzie musiał dzielić przez zero, to poda wynik. Do oceny inżyniera pozostaje istotność (prawidłowość) tego wyniku, dlatego tak ważne jest, aby nieustannie weryfikować, kwestionować, oraz testować rzeczywiste zdolności, zarówno swoje, jak i badanego PGM.

Na sam koniec pozwolę sobie dodać kilka słów na temat AI. Czy nas – analityków – zastąpi „maszyna”? A może powinienem zacząć pytanie od słowa „kiedy”? Patrząc na wspomnianą po krótce historię rozwoju metod oraz programów obliczeniowych, nie widzę powodu, aby szeroko postępująca automatyzacja obliczeń nie przeobraziła się w prawdziwe AI, sugerującą, lub wręcz podejmującą za nas decyzje projektowe. Dziś AI jest wykorzystywana w badaniach fizyki ciała stałego lub w analizie struktur białek, mało tego – jest szeroko wykorzystywana w elektroenergetyce, głównie w zakresie algorytmów predykcyjnych służących do prognozowania trendów na rynkach cen energii.

Dlaczego zatem ten rozwój nie miałby ewoluować dalej? Wszystko sprowadza się do problemu matematycznego, fizycznego, biologicznego – a w systemach elektroenergetycznych – jeszcze statystycznego. Gdybyśmy 15 lat temu powiedzieli na głos, że każdy z nas będzie miał dostęp w telefonie komórkowym do aplikacji (dzisiejszego ChatGPT lub innego LLM), który z łatwością w kilka sekund narysuje nam obrazek Świętego Mikołaja ubranego w strój BHP wykonującego pomiary na farmie PV, to pewnie niewiele osób traktowałoby nas poważnie. Dziś wynik takiego promptu otrzymujemy w kilka sekund. Dlaczego więc tak trudno wyobrazić sobie sytuację, w której zadajemy sztucznej inteligencji odpowiednio sformułowane pytanie — i pozwólcie, że popuszczę nieco wodze fantazji: „Poproszę o projekt farmy fotowoltaicznej w gminie X, miejscowości Y, na działce Z. Przyjmij moc taką a taką, uwzględnij nasłonecznienie według szerokości geograficznej, sparametryzuj instalację pod kątem wymagań NC RfG, wykonaj analizy zgodne z NC ER, zaczytaj dane z TGE, przeprowadź predykcję kosztów i zysków.” Następnie pozwalamy algorytmom działać, sami delektujemy się świeżo zaparzoną kawą, a po kilku minutach otrzymujemy kompletną dokumentację techniczną, w elegancko sformatowanych plikach PDF, a nie w formie jakichś tam chaotycznych bazgrołów. Niemożliwe? Czas pokaże – kiedyś kreacja Mikołaja w kilka sekund też nie była możliwa. Dziś natomiast, owa postać, przyłapana w trakcie wykonywania skomplikowanych pomiarów uśmiecha się do nas – co prawda nasz Mikołaj wygląda, jakby nie do końca miał pojęcie co robi, ale z pewnością się nauczy. Postarajmy się pomimo wszystko te dywagacje zakończyć pozytywnie – osobiście uważam, że jeszcze przez długie lata kierowca (inżynier analityk/projektant) pozostanie niezbędny. Nie wieszczmy zbyt wcześnie apokalipsy.

Słowniczek małego symulanta-kodeksiarza: