Моделювання електромережі

Потенційний клієнт порадив мені статтю Empowering the Energy Transition Through Fast and Flexible Network Simulation. У ній ідеться про проєкт із відкритим кодом Power Grid Model DS (pgm-ds), де DS означає Data Science — науку про дані.

Логотип PGM DS

Проєкт pgm-ds розширює Power Grid Model. У документації сказано, що power-grid-model — це бібліотека для аналізу розподільних електромереж у стаціонарному режимі. Її модель охоплює такі компоненти:

  • Вузол
  • Гілка
  • Пристрій
  • Датчик
  • Аварія
  • Регулятор

— і багато іншого. Її застосовують для моделювання потоків потужності, оцінювання стану мережі та коротких замикань.

Power Grid Model DS розвиває цю основу й надає зрозумілий і зручний API для моделювання та симуляції поведінки мережі. Як пояснює документація, він призначений для створення застосунків із науки про дані, пов’язаних із power-grid-model, зокрема для аналізу мереж і симуляцій. Він визначає дата-клас Grid, який підтримує узгодженість усієї мережі й дозволяє розширювати структури даних Power Grid Model.

Запуск демонстрації

Технічні кроки були простими. Зрозуміти їхній зміст виявилося складніше.

pgm-ds справді зручний у використанні. Перетворити документацію у форматі Jupyter Notebook на сценарій для запуску демонстрації було зовсім нескладно. Значно важче було зрозуміти, що саме я бачу.

Пакет включає візуалізацію мережі через фронтенд WSGI на Flask, який легко переглянути в браузері. Графіку створено на Dash Cytoscape — елегантному й потужному рушії візуалізації графів, ідеальному для таких завдань.

Зображення було красивим, але основні дані подавалися в консолі у вигляді таблиць. Ось кілька прикладів.

Вузли

id u_rated node_type feeder_branch_id feeder_node_id u x_coor y_coor
1 10500.0 0 64 61 0.0 125.848.. 245.522..
2 10500.0 0 65 61 0.0 385.322.. 175.70..
61 10500.0 1 -2147483648 -2147483648 0.0 134.732.. 145.515..

Лінії

id from_node to_node from_status to_status feeder_branch_id feeder_node_id is_feeder r1 x1 c1 tan1 i_n i_from
63 61 12 1 1 63 61 True 0.411.. 0.023.. 0.0 0.0 110.013.. 0.0
74 20 8 1 1 63 61 False 0.585.. 0.000.. 0.0 0.0 227.694.. 0.0
125 96 94 1 1 63 61 False 0.036.. 0.04.. 0.0 0.0 362.904.. 0.0

Трансформатори

id from_node to_node from_status to_status feeder_branch_id feeder_node_id is_feeder u1 u2 sn tap_size uk pk i0 p0 winding_from winding_to clock tap_side tap_pos tap_min tap_max tap_nom
123 5 95 1 1 64 61 False 10500.0 3000.0 30000000.0 0.0 0.203 100000.0 0.0 0.0 0 0 12 0 0 0 0 0
124 12 96 1 1 63 61 False 10500.0 3000.0 30000000.0 0.0 0.203 100000.0 0.0 0.0 0 0 12 0 0 0 0 0

Як зрозуміти дані

Налаштувати й запустити код було просто. А от розібратися у виводі та наслідках того, що робить програма, — ні. Мій досвід — системне адміністрування Linux і програмування на Python. Електротехніка не входить до моїх спеціалізацій.

Я почав досліджувати структури даних і функції, читати чітку й лаконічну документацію API та шукати додаткові матеріали.

Раніше я уявляв електромережу як складну, але переважно статичну електричну схему. Проте стало зрозуміло, що правильніше бачити в ній динамічну фізичну систему, де такі електричні характеристики, як реактивний опір і реактивна потужність, суттєво впливають на поведінку не завжди інтуїтивним способом. Мережа певною мірою нагадує живий організм, який дихає.

У демонстраційних даних одразу трапилося значення реактивного опору на кілометр, яке також є атрибутом ліній x1. Мабуть, саме реактивний опір було найважче осмислити. Я переглянув кілька відео на YouTube та обговорив тему з ChatGPT. Реактивна потужність — ключ до розуміння того, чому керування електромережею таке складне. Повне пояснення виходить за межі цього допису, але це важливе поняття для розуміння поведінки системи.

Я не заглиблювався в кожний атрибут, а лише хотів зрозуміти можливості пакета та отримати загальне уявлення про його зв’язок із реальним світом.

Моделювання електромережі

Коли я усвідомив справжню складність електромережі, масштаб завдання в моїй уяві зріс на кілька порядків. Як я вже згадував, я працював із Linux та в операційних командах таких компаній, як CIBC, Merrill Lynch, Moneris Solutions і SiGe Semiconductor. Я бачив величезні панелі з технічними показниками, за якими оператори стежать за системами. Тоді я пошукав у Google панель керування Hydro One, енергетичної компанії Онтаріо.

Панель операторів Hydro One

Хоч це лише невелика частина системи, вона добре ілюструє щільність даних і складність, із якою оператори стикаються на практиці.

Програма pgm-ds дозволяє динамічно змінювати модель мережі, додавати й видаляти компоненти, а потім повідомляє про несправності та аварії. Можна перенаправляти потоки електроенергії через резервні лінії й робити багато іншого. Можна моделювати зміни та намагатися прогнозувати майбутній попит і їхній вплив.

Для такої складної системи симуляція стає природною основою для машинного навчання. Інструменти на кшталт pgm-ds дозволяють генерувати структуровані сценарії для прогнозування, виявлення аномалій та підтримки ухвалення рішень.

Розширювати й підтримувати електромережу не лише складно, а й довго. Будівництво електростанції, дамби, дата-центру, заводу чи нового житлового району потребує часу.

Висновок

Ця сфера не лише технічно захоплива, а й надзвичайно важлива для реального світу. Такі інструменти не просто моделюють інфраструктуру: вони допомагають визначати, як вона розвиватиметься. Тому ця робота і цікава для розуму, і справді значуща.

Посилання

Компанії та організації

Power Grid Model DS

Документація API

Репозиторії GitHub

Основні поняття

2026

Git Automation

Some of you may have read my Git Battles post, where I talked about how I developed and a documented a Git workflow.

My blog in Simplified Chinese

I recently built MyCount to track website visitors to my projects. I found that that over 40% of my visitors were from China, and that 35% of those used a Ch...

MyCount: Website Analytics & Marketing

I have a future project in mind which will require a Dynamic DNS service. I created BMDynIP for that purpose. After building the service, I wanted a simple a...

Animating Ax3l Playing Snake

I’ve been tinkering with various incarnations of Patrick Loeber’s Train an AI to Play Snake tutorial for a while now. It’s my relaxing goto project that’s fu...

Dynamic DNS Service

This project started as a cron job and a flatfile and -honestly- that would work perfectly well for a small home setup. Say, two or three machines. I’m curre...

Local GeoIP Database

The Bear & Moose GeoIP Project provides an easy-to-use GeoIP service for your applications and for interactive lookups.

An LLM to organize my Movies

Our first TV was a small black-and-white thing where, on rare occasions, we’d watch Animal Kingdom. Then Beta and VHS came along, and you could watch them at...

From Prototype to Product (4/4)

Fr3d worked: It could talk to the Snake Lab, propose changes to the RNN configuration, run experiments, look at the results, and try again. It proved the ide...

Prompt Engineering 101 (3/4)

The Snake Lab had become a proper server, with a ZeroMQ API, configuration validation, a database, and a way to run experiments independently of the client. ...

The Evolution of Snake Lab (2/4)

In my last post, I setup a locally hosted LLM running on an old HP Z440 and wrote a crude little conversation loop. I generated random numbers, fed them to t...

Local LLM Writes Haikus (1/4)

This is part one of a four part blog series. In this post, I download, install and setup some software to prompt a local LLM to write haikus…

From Seed to Signal: AI FX

In the first post, AI FX was still mostly a seed: a repo, a PyPI package, and an idea about using automated FOREX tooling as a learning lab. Since then, the ...

Simulating the Power Grid

A potential client pointed me to Empowering the Energy Transition Through Fast and Flexible Network Simulation. The article describes an Open Source project,...

Delphi in a Day

I have a prospective client who runs a small group of technology businesses, at least one of which integrates with clients using the Delphi programming lan...

A Small Experiment: AI FX

I’ve spent some time around trading systemsL At Merrill Lynch, I supported the Order Audit Trail System (OATS), a compliance system required by NASDAQ. Its p...

Back to top ↑

2025

My Art on Etsy

I setup an Etsy Storefront to sell high quality, museum grade prints of some of my artwork.

Python systemctl Wrapper

I’ve been working on Db4E, my Monero deployment, operations and analytics platform. It uses Linux systemd to spin up manage Monero, P2Pool and XMRig instance...

AI Snake Lab

AI Snake Lab is an interactive reinforcement learning sandbox for experimenting with AI agents in a classic Snake Game environment — featuring a live Textual...

The Power of Pictures

You know that saying, “A picture is worth a thousand words.”? In programming, I’d argue it can be worth a thousand lines of code…

Caring About Constants

This post is about using constants in your code. Why it matters, what the benefits are and how you can do it well. I’m sad to say, I learned this the hard wa...

Why I Built Db4E

When I first started experimenting with Monero mining and self-hosted infrastructure, I did what everyone else does: I downloaded the Monero software, the P2...

Releasing with Git

Let me be honest: Git has punched me in the face more times than I can count. Every time I think I’ve got a smooth release flow down, Git yells, “Not so fast...

Documentation Matters

I was burned by opaque documentation: I’ve been building a modern terminal UI in Python using the excellent Textual framework. It’s sharp, fast, and honestly...

Textual Replaces ApexCharts

The original reporting system was a set of static dashboards built using GitHub Pages, JavaScript, and ApexCharts. It pulled data from my mining setup — via ...

Pivot to Textual

I’ve been deep in the trenches with my Db4E project — pulling together Monero mining infrastructure, MongoDB integration, and a bunch of orchestration magic....

Released Db4E SystemD

I recently published a small Python module to PyPI and GitHub: db4e-systemd, a lightweight wrapper around systemctl that lets you control services (start, st...

NIKU Farms

I received my order from NIKU Farms, YAY! It’s a meat delivery that my sister, Corinna Ghaznavi, gifted me this Christmas. Every two months I receive this am...

The Main Website

As part of my goal to be more visible in the world, I setup this domain i.e. https://osoyalce.com. I use it to publish information about the projects I’m wor...

Reviving the Blog

It’s been a while since I started and then abandoned this blog. My last post was in June of 2024!!

Changing the Blog Site’s Layout

I decided that I didn’t like the way that the main blog page looks. I am using GitHub to host the website and am using a fork of the jekyll/minima theme. My ...

Back to top ↑

2024

Aquaponics Update #1

It’s in the construction phase. I need to complete the water circulation process. I bought a fiber glass kit for this (and also to fix my kitchen sink!).

What I’m working on

The XMR Mining Farm complete with this eye-popping chart The Bear and Moose Knowledge Base My resume MyZODB - A Place to Store Everything

Back to top ↑