基于計算機(jī)技術(shù)的儲能系統(tǒng)優(yōu)化

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）

基于對能源儲存利用的優(yōu)化研究，我國的儲能行業(yè)迅速發(fā)展壯大。在研究如何減少電能儲存中的損耗、提高利用效率、控制穩(wěn)定性等系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)時，通常需要利用計算機(jī)技術(shù)高效的計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、儲能裝置溫度控制優(yōu)化、電池容量優(yōu)化、儲能材料研究等諸多研究方向都出現(xiàn)了計算機(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 基于提高能源儲存利用率的計算機(jī)技術(shù)應(yīng)用

1.1 儲能系統(tǒng)的實用價值分析

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，各項技術(shù)的發(fā)電效率都在逐步提升，但是在能源儲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，較為浪費的。造成這一現(xiàn)狀的主要原因包括儲能系統(tǒng)與終端用戶的實際需求無法完全匹配，在用電波谷期存儲的大量電能在沒有協(xié)調(diào)好的情況下因為長時間擱置而浪費。此外，在能源輸送的過程中依然存在大量的能源損耗，因為無法精確計算具體損失而難以進(jìn)行控制。所以，目前行業(yè)內(nèi)針對儲能系統(tǒng)中能源儲存、傳輸和利用效率的提升正在進(jìn)行積極研究。同時，也需要注意到儲能行業(yè)在各個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。各個企業(yè)也要意識到依托計算機(jī)技術(shù)對儲能系統(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)行分析計算，推斷用戶后期在不同時間段的用電需求。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)的同時避免儲存過多能源造成浪費。在推算過程中，計算人員會根據(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能控制中，利用各種傳感器對電池電能使用情況的實時獲取，控制系統(tǒng)會對汽車的使用狀態(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。電池的計算控制系統(tǒng)也可以對電能存量進(jìn)行科學(xué)計算和精準(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。在計算機(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。

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

2.1 儲能系統(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。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)計的電網(wǎng)中，容易產(chǎn)生較大的電容量波動，這種波動很可能會帶來輸電系統(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性、輸出斷閘和減少社會整體損失。

2.2 閉環(huán)監(jiān)控技術(shù)在提高儲能穩(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)挠嬎銠C(jī)控制技術(shù)相比，閉環(huán)儲能系統(tǒng)可以根據(jù)計算機(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)定電路中全時段的電能輸送功率。閉環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)也可以及時監(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性，穩(wěn)定整體供電效能的作用。儲能監(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)這一微型計算機(jī)系統(tǒng)在儲能控制系統(tǒng)中的應(yīng)用也逐漸廣泛。在電池儲能裝置中，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。通過實時控制，儲能控制系統(tǒng)能在檢測到危險時及時發(fā)出提醒信號，提醒工作人員及時采取適當(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，才需要進(jìn)行人工處理。

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

3.1 儲能管理技術(shù)現(xiàn)狀

儲能系統(tǒng)在依托計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展下，逐步開始智能化發(fā)展。儲能系統(tǒng)在運行中的各個階段都會留下大量的運行數(shù)據(jù)，在計算機(jī)技術(shù)的支持下，運行的數(shù)據(jù)可以進(jìn)一步分析以便增強(qiáng)儲能系統(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?。對發(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)儲存能量，節(jié)省社會面整體用電成本。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，并通過計算機(jī)技術(shù)進(jìn)行儲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。儲能電池中電能轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)也可以在計算機(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)儲能材料的研究也需要計算機(jī)分析過往的材料數(shù)據(jù)。

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

依托于計算機(jī)技術(shù)而產(chǎn)生的大數(shù)據(jù)技術(shù)與儲能行業(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)收集臨近的儲能系統(tǒng)運行數(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，也能在不同儲能電站之間實現(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，其他儲能電站能在接收信息后自動進(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，儲能系統(tǒng)之間也可以進(jìn)行能源儲存調(diào)配，讓能源分配更加合理化。在研究儲能效果更好的儲能材料時，大數(shù)據(jù)可以驅(qū)動機(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，幫助提升電池儲能的效率。在實際操作中，存在如高壓儲能電站維修這類人工無法順利操作的場景，經(jīng)由計算機(jī)驅(qū)動的無人機(jī)器人操作，能夠有效解決此類問題。儲能系統(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為新能源車充電時再輸送電能供給，實現(xiàn)儲能系統(tǒng)的智能化操作。