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        基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的儲(chǔ)能系統(tǒng)優(yōu)化

        2023-08-01 08:29:48張文灝
        關(guān)鍵詞:電能系統(tǒng)

        張 燕,張文灝

        (1西安培華學(xué)院,陜西 西安 710125;2西安鵬岳電子科技有限公司,陜西 西安 710000)

        基于對能源儲(chǔ)存利用的優(yōu)化研究,我國的儲(chǔ)能行業(yè)迅速發(fā)展壯大。在研究如何減少電能儲(chǔ)存中的損耗、提高利用效率、控制穩(wěn)定性等系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)時(shí),通常需要利用計(jì)算機(jī)技術(shù)高效的計(jì)算和控制能力加以輔助。包括在新能源汽車能源利用優(yōu)化、儲(chǔ)能裝置溫度控制優(yōu)化、電池容量優(yōu)化、儲(chǔ)能材料研究等諸多研究方向都出現(xiàn)了計(jì)算機(jī)技術(shù)的身影。依據(jù)目前行業(yè)內(nèi)的研究成果,在人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)的加持下,儲(chǔ)能行業(yè)的發(fā)展也能得到進(jìn)一步提升。

        1 基于提高能源儲(chǔ)存利用率的計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用

        1.1 儲(chǔ)能系統(tǒng)的實(shí)用價(jià)值分析

        在我國的能源研究領(lǐng)域,新型清潔能源的生產(chǎn)技術(shù)較為成熟,各項(xiàng)技術(shù)的發(fā)電效率都在逐步提升,但是在能源儲(chǔ)存和對外輸送過程中,電能的整體損耗都比較大,技術(shù)手段也通常是粗放的,較為浪費(fèi)的。造成這一現(xiàn)狀的主要原因包括儲(chǔ)能系統(tǒng)與終端用戶的實(shí)際需求無法完全匹配,在用電波谷期存儲(chǔ)的大量電能在沒有協(xié)調(diào)好的情況下因?yàn)殚L時(shí)間擱置而浪費(fèi)。此外,在能源輸送的過程中依然存在大量的能源損耗,因?yàn)闊o法精確計(jì)算具體損失而難以進(jìn)行控制。所以,目前行業(yè)內(nèi)針對儲(chǔ)能系統(tǒng)中能源儲(chǔ)存、傳輸和利用效率的提升正在進(jìn)行積極研究。同時(shí),也需要注意到儲(chǔ)能行業(yè)在各個(gè)階段的前期投資都過于巨大,而且具有正外部性,政府需要對進(jìn)行研究的企業(yè)給予政策補(bǔ)貼和稅收優(yōu)惠,幫助提高企業(yè)的研發(fā)積極性。各個(gè)企業(yè)也要意識(shí)到依托計(jì)算機(jī)技術(shù)對儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化研究的必要性。

        1.2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在提高能源利用率中的應(yīng)用

        計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展至今,已經(jīng)與各行各業(yè)深度融合,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)就是一種典型代表。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在儲(chǔ)能中的應(yīng)用體現(xiàn)在通過各種終端收集不同類型用戶的用電習(xí)慣,并根據(jù)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算,推斷用戶后期在不同時(shí)間段的用電需求。根據(jù)用電需求模型對各系統(tǒng)中的電量進(jìn)行存量控制,在保證用電需求能得到充足供應(yīng)的同時(shí)避免儲(chǔ)存過多能源造成浪費(fèi)。在推算過程中,計(jì)算人員會(huì)根據(jù)收集到的數(shù)據(jù)對不同的用戶類型進(jìn)行分類,并選取不同的模型進(jìn)行分析。數(shù)據(jù)的獲取也充分體現(xiàn)了計(jì)算機(jī)技術(shù)在其中的應(yīng)用,包括用電設(shè)備的傳感器或手機(jī)終端中顯示的過往用戶用電信息。例如,在新能源汽車的電池儲(chǔ)能控制中,利用各種傳感器對電池電能使用情況的實(shí)時(shí)獲取,控制系統(tǒng)會(huì)對汽車的使用狀態(tài)進(jìn)行評估診斷,并依據(jù)情況通過管理模式評判是否對車輛開啟電氣防護(hù)和繼電器控制。電池的計(jì)算控制系統(tǒng)也可以對電能存量進(jìn)行科學(xué)計(jì)算和精準(zhǔn)保護(hù),防止充電過量對車輛電池產(chǎn)生損害。這種對電池充電量的監(jiān)控對應(yīng)的是能源收集端的監(jiān)控,也能避免能源的浪費(fèi)。在計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展中,家用電器的手機(jī)終端也可以檢測電量使用情況,避免能源的過度浪費(fèi)。

        2 基于提高儲(chǔ)能系統(tǒng)穩(wěn)定性和安全性的計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用

        2.1 儲(chǔ)能系統(tǒng)穩(wěn)定安全的必要性

        如今的生產(chǎn)與生活都離不開電能的支持與保障,在關(guān)系如此緊密的情況下,供電系統(tǒng)穩(wěn)定性就是首先要保證的關(guān)鍵點(diǎn)。生產(chǎn)型企業(yè)的穩(wěn)定電能供應(yīng)能保證企業(yè)良好的運(yùn)行和穩(wěn)定發(fā)展。伴隨著我國對新能源技術(shù)的大力支持,新技術(shù)發(fā)電產(chǎn)生的電能并入電網(wǎng),在傳統(tǒng)發(fā)電技術(shù)設(shè)計(jì)的電網(wǎng)中,容易產(chǎn)生較大的電容量波動(dòng),這種波動(dòng)很可能會(huì)帶來輸電系統(tǒng)的不穩(wěn)定,導(dǎo)致其抗干擾能力下降。在相關(guān)研究中,學(xué)者發(fā)現(xiàn)在計(jì)算機(jī)技術(shù)的控制下,閉環(huán)系統(tǒng)能夠在一定程度上穩(wěn)定儲(chǔ)能系統(tǒng)的輸電效率。供電系統(tǒng)的穩(wěn)定和抗干擾能力關(guān)乎國家能源安全,在大規(guī)模儲(chǔ)能電站中管理層對供電的穩(wěn)定性尤其重視。穩(wěn)定的供電能力能夠減小能量波動(dòng)性、輸出斷閘和減少社會(huì)整體損失。

        2.2 閉環(huán)監(jiān)控技術(shù)在提高儲(chǔ)能穩(wěn)定性中的應(yīng)用

        與傳統(tǒng)控制電路串并聯(lián)電路對功率進(jìn)行補(bǔ)償?shù)挠?jì)算機(jī)控制技術(shù)相比,閉環(huán)儲(chǔ)能系統(tǒng)可以根據(jù)計(jì)算機(jī)技術(shù)控制的整體系統(tǒng)對其自身的電力換流裝置進(jìn)行監(jiān)控,更加直接且獨(dú)立地完成能源輸送電路的整體控制,幫助穩(wěn)定電路中全時(shí)段的電能輸送功率。閉環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)也可以及時(shí)監(jiān)控下游突然產(chǎn)生的集中性大功率電器使用情況,在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的控制下,依靠緊急狀態(tài)的支撐幫助穩(wěn)定功率,最終達(dá)到減小輸出功率波動(dòng)性,穩(wěn)定整體供電效能的作用。儲(chǔ)能監(jiān)控系統(tǒng)在讀取數(shù)據(jù)的情況下,依據(jù)既定的計(jì)算公式,判斷輸電過程中電站的整體安全情況,通過一定的控制,保證這些指標(biāo)一直保持在安全閾值之內(nèi)。單片機(jī)這一微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在儲(chǔ)能控制系統(tǒng)中的應(yīng)用也逐漸廣泛。在電池儲(chǔ)能裝置中,通過單片機(jī)控制的轉(zhuǎn)換電路不僅能夠?qū)崿F(xiàn)防止電池過量充電的效果,還能穩(wěn)定系統(tǒng)的輸出電壓,提高電能轉(zhuǎn)換效率。通過實(shí)時(shí)控制,儲(chǔ)能控制系統(tǒng)能在檢測到危險(xiǎn)時(shí)及時(shí)發(fā)出提醒信號(hào),提醒工作人員及時(shí)采取適當(dāng)?shù)拇胧?。在人工智能技術(shù)逐漸發(fā)展的情況下,監(jiān)控系統(tǒng)的人工管理也可以使用人工智能進(jìn)行替換。引入人工智能技術(shù)后,電能輸送時(shí)可能產(chǎn)生的電壓、輸出電流、交直流切換等小問題都可以經(jīng)由人工智能進(jìn)行處理,只有在遇到異常過大的情況時(shí),才需要進(jìn)行人工處理。

        3 基于儲(chǔ)能系統(tǒng)大數(shù)據(jù)管理的計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用

        3.1 儲(chǔ)能管理技術(shù)現(xiàn)狀

        儲(chǔ)能系統(tǒng)在依托計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展下,逐步開始智能化發(fā)展。儲(chǔ)能系統(tǒng)在運(yùn)行中的各個(gè)階段都會(huì)留下大量的運(yùn)行數(shù)據(jù),在計(jì)算機(jī)技術(shù)的支持下,運(yùn)行的數(shù)據(jù)可以進(jìn)一步分析以便增強(qiáng)儲(chǔ)能系統(tǒng)的日常管理和調(diào)試。用戶的用電習(xí)慣分析可以幫助儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行整體電量預(yù)處理,匹配適當(dāng)?shù)妮斔凸β省Πl(fā)電數(shù)據(jù)的分析,可以幫助企業(yè)調(diào)整發(fā)電模式,提高發(fā)電效率,并以適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償模式提高發(fā)電設(shè)備的使用壽命。通過對用電波峰波谷的數(shù)據(jù)分析,可以通過技術(shù)減少波峰和波谷的差距,適當(dāng)儲(chǔ)存能量,節(jié)省社會(huì)面整體用電成本。大功率電器與手機(jī)APP終端的連接就是通過儲(chǔ)能系統(tǒng)中的用戶用電數(shù)據(jù)對家居用電進(jìn)行精準(zhǔn)管理,在用電、供電控制方面取得了一定的成效。建筑材料的儲(chǔ)能效果也可以根據(jù)相關(guān)建筑材料的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,并通過計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行儲(chǔ)能效果最好的方案模擬,幫助提高建筑行業(yè)的節(jié)能環(huán)保效率。分析發(fā)電裝置整體過程中溫度的變化,也可以通過溫度控制提高供電穩(wěn)定性。儲(chǔ)能電池中電能轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)也可以在計(jì)算機(jī)模型的分析下為研究人員提供研究變頻電池的轉(zhuǎn)變思路。電化學(xué)儲(chǔ)能材料的研究也需要計(jì)算機(jī)分析過往的材料數(shù)據(jù)。

        3.2 大數(shù)據(jù)技術(shù)在儲(chǔ)能系統(tǒng)全面優(yōu)化中的應(yīng)用

        依托于計(jì)算機(jī)技術(shù)而產(chǎn)生的大數(shù)據(jù)技術(shù)與儲(chǔ)能行業(yè)正在進(jìn)行深入融合發(fā)展,在下游用戶端,各種用電傳感器將用戶的用電信息集中收集,分析用電行為模式,匹配傳輸合適的電量。在上游發(fā)電端,人工智能技術(shù)的支持可以幫助實(shí)現(xiàn)發(fā)電供電更加智能、傳輸更加節(jié)能、供電量調(diào)配更加靈活。在一地區(qū)內(nèi)收集臨近的儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù),結(jié)合該地區(qū)的生活和工作用電習(xí)慣,在大數(shù)據(jù)技術(shù)的分析下,能夠?qū)崿F(xiàn)電能的靈活分配,也能在不同儲(chǔ)能電站之間實(shí)現(xiàn)電能共享。在電能共享技術(shù)的支持下,當(dāng)某一特定區(qū)域出現(xiàn)用電需求短缺時(shí),其他儲(chǔ)能電站能在接收信息后自動(dòng)進(jìn)行電能補(bǔ)充。如果特定地區(qū)長期出現(xiàn)用電短缺,大數(shù)據(jù)技術(shù)也可以分析其原因,儲(chǔ)能系統(tǒng)之間也可以進(jìn)行能源儲(chǔ)存調(diào)配,讓能源分配更加合理化。在研究儲(chǔ)能效果更好的儲(chǔ)能材料時(shí),大數(shù)據(jù)可以驅(qū)動(dòng)機(jī)器學(xué)習(xí),迅速捕捉材料在成分、結(jié)構(gòu)、制作工藝和性能之間的微小優(yōu)勢,并檢測使用新材料后電池質(zhì)量可能存在的問題,幫助提升電池儲(chǔ)能的效率。在實(shí)際操作中,存在如高壓儲(chǔ)能電站維修這類人工無法順利操作的場景,經(jīng)由計(jì)算機(jī)驅(qū)動(dòng)的無人機(jī)器人操作,能夠有效解決此類問題。儲(chǔ)能系統(tǒng)的資源共享可以借助大數(shù)據(jù)技術(shù)的幫助,也可以通過區(qū)塊鏈技術(shù)解決,實(shí)現(xiàn)探查電能分布、共享電能資源的共贏局面。在一些大型寫字樓中,可以在屋頂進(jìn)行光伏發(fā)電,各系統(tǒng)將產(chǎn)生的電能進(jìn)行保存,在地下車庫需要照明或?yàn)樾履茉窜嚦潆姇r(shí)再輸送電能供給,實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能系統(tǒng)的智能化操作。

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