AI-Enhanced Grid Frequency Regulation System Design for Commercial & Industrial Energy Storage Systems AI-қолданылған тармактық жиіліктік регуляциялық жүйесінің құрылымы коммерциялық және индустриалды энергия сақтау жүйелері үшін

Жаңартылған энергия пайдалануының дамуы мен жүктердің өзгерімдерінің татаңдауына қатысты ауырсыну мәселелері – айрыса да жиіліктік өзгерістері – күнделікті орын алды. Ақылты коммерциялық және салынғыш энергия сақтау жүйелері AI-ді пайдаланып, электр желісінің жиіліктік басқаруының ұзамасы мен тактығын жақсартады. Олар реал уақытта жиіліктік басқару, миллисекундталық тез төмендеу/жою жауаптары, негізгі оптимизациялаушы интеллектуалды графиктер мен тез өзгеріп отырған жұмыс шарттарына ықпал ету арқылы, желінің стабилдігін күшейтеді және электр желісінің қауіптен азайту және ыңғайлауын қамтамасыз етеді.

1 Талаптарды талдау
1.1 Функционалдық талаптар

Ақылты коммерциялық/салынғыш энергия сақтау үшін желінің жиіліктік басқару жүйесін құру кезінде, алғашқы қадам - өзекті функцияларды анықтау, желінің жиілігіндегі өзгерістерге уақытша, так жауап беру және стабилдікті сақтау үшін. Негізгі талаптар:

• Реал уақытта жиіліктік басқару: Жоғары деңгейдегі дәлдікті сенсорларды қолдану арқылы өте кішкентай жиіліктік өзгерістерді өзекті түрде табу және деректерді централды процессорға моменталды өткізу.

• Тез төмендеу/жою жауапы: Жиіліктік өзгерістерге миллисекундталық жауап арқылы төмендеу/жою энергиясын өзгерту арқылы өзгерістерді компенсациялау.

• Ақылты графиктік алгоритмдер: Жоғары деңгейдегі модельдер (бұлшық логика, генетикалық алгоритмдер, тыныс оқыту) арқылы ақылты төмендеу/жою стратегияларын қолдану – регуляция үздігі мен энергия үздігін теңсіздікке алу.

• Желі операторымен байланыс интерфейсі: Желінің басқару орталығымен беспроблемді интеграция үшін стандартты интерфейстерді қолдану, регуляция командасын алу және системаның абалын хабарлау.

1.2 Пəрформанс талаптары

Ақылты коммерциялық және салынғыш энергия сақтау жүйелері үшін желінің жиіліктік басқару жүйесінің үздігі мен ыңғайлауын қамтамасыз ету үшін, төмендегі пəрформанс индикаторлары орындалуы керек:

• Жауап уақыты: Система жиіліктік өзгерісті алады деп ұяттан, төмендеу/жою жағдайын өзгертуге бастау дейінгі уақыт 100 миллисекундтан аспайтын болуы керек, желінің жиілігіндегі өзгерістерге тез жауап беру үшін.

• Жиіліктік басқару дәлдігі: Жиіліктік өзгерістерді компенсациялаудан кейін, желінің жиілігі мүмкін болатын ±0.01Гц аралығында болуы керек, желінің стабилдігін және энергия қамтамасыз ету сапасын сақтау үшін.

• Системаның ыңғайлауы: Системаның жоғары ыңғайлауы және қателіктерге ыңғайлауы керек. Экстрималды абау жағдайларда немесе тез өзгерістерде да нормалды жұмыс істеуі керек, жыл сайын орташа ұзақтығы 2 сағаттан аспайтын болуы керек.

• Лайықтыру: Система әртүрлі жүк жағдайларында (мысалы, пикилер, не пикилер) автоматты түрде жиіліктік басқару стратегиясын өзгертуі керек. Бұл әр түрлі жағдайда желінің жиілігін басқаруда әрекет ету үшін, желінің ыңғайлауын және қиналдылығын жақсартады. Ескерту: Системаның кейінгі электр биржасы және технологиялық даму талаптарына ыңғайлауы мен жаңартуы мүмкін болуы керек.

2 AI-ді пайдаланып желінің жиіліктік басқару жүйесін құру
2.1 Реал уақытта басқару және болжау модулі

Бұл модуль, ақылты коммерциялық/салынғыш энергия сақтау жүйелерінің негізгі элементі, жоғары деңгейдегі ML алгоритмдерін пайдаланып, желінің жиілігін реал уақытта басқаратын және болжауы мүмкін. Бұл модуль:

• Желінің түймелеріндегі жоғары деңгейдегі дәлдікті сенсорлар реал уақытта жиіліктік деректерді жинау, ал CPU-ға өткізу.

• Уақыт сериясындағы модельдер (ARIMA/LSTM) тарихий деректерге негізделген, өзара байланыстарды және периодтылықты анықтау.

• Болжаулық анализ жиіліктік трендтерді (секундталық-минутталық) болжау, өзіндік/тарихый абалдарға негізделген, сақтау жүйесінің стратегияларын басқару.

2.2 Тез жауап беретін төмендеу-жою басқару модулі

Бұл модуль энергия сақтау жүйесінің төмендеу-жою абалдарын, желінің жиілігіндегі өзгерістерге және болжауларға негізделген, реал уақытта өзгертуге қолданылады. Интеллектуалды алгоритмдер (PID/бұлшық логика) арқылы күшті динамикалық басқару және желінің жиілігін стабилизациялау үшін қолданылады.

• Төмен жиілік жауапы: Сақтау бөлігінің жою арқылы энергия енгізу.

• Жоғары жиілік жауапы: Жою арқылы артық энергияны қабылдау.

• Миллисекундталық тездік: RTOS-ты пайдаланып, моменталды командаларды жіберу, жабық циклдік фидбэк арқылы стратегияларды бақылау және өзгерту, дейін жиілік нормалдастыру.

2.3 Ақылты графиктік және оптимизациялау модулі

Бұл модуль, ақылты коммерциялық энергия сақтау жүйелерінің маңызды бөлігі, AI-ді пайдаланып, графиктік стратегияларды оптимизациялау үшін қолданылады - жиіліктік басқару үздігі мен экономикалық құнын теңсіздікке алу. Машиналық оқыту (генетикалық алгоритмдер, пайдаланулық жұлдыздар оптимизациясы, тыныс оқыту) арқылы, желінің жүк талаптарын және жаңартылған энергия шығынын болжау арқылы оптималды төмендеу-жою планын жасайды. Төмендегі мысал коды генетикалық алгоритмдерді пайдаланып оптимизациялау үшін қолданылады:

2.4 Системаның өз-өзін өзгерту және оқыту модулі

Системаның өз-өзін өзгерту және оқыту модулі, ақылты коммерциялық және салынғыш энергия сақтау жүйесінің маңызды бөлігі болып табылады. Бақылау үшін оқыту және тыныс оқыту әдістерін қолдану арқылы, бұл модуль тарихий және реал уақыттық деректерге негізделген өз-өзін өзгерту үшін қолданылады. Бұл желінің жүктерінің өзгерістеріне және жаңартылған энергияның ықтималдығына ықпал ету үшін қолданылады. Мысалы, бақылау үшін оқыту арқылы ортаның әсерінен оптималды стратегияларды оқыту мүмкін. Төмендегі концептуалды код бөлігі бақылау үшін оқыту арқылы жиіліктік басқару стратегияларын оптимизациялау үшін қолданылады:

3 Аппараттық құрылғыларды құру
3.1 Серверді құру

Ақылты коммерциялық және салынғыш энергия сақтау үшін желінің жиіліктік басқару жүйесінің негізгі эсептеулері жоғары үздік серверлерге негізделген. Бұл серверлер реал уақыттағы деректерді өңдеу, AI алгоритмдерін қолдану және өте көп деректерді тез өңдеуге қолдау көрсетеді. Көпірек реал уақыттағы және тарихий деректерді өңдеу, қиындықты есептеу және модельді оқыту үшін, сервердің құрылымы төмендегідай болады:

• Процессор: Intel Xeon Platinum 8380 немесе оған тең процессор (көп ядролы, жоғары деңгейдегі параллельді өңдеу).

• Оперативка: 128GB-256GB DDR4 ECC (жоғары тездіктегі өту, деректердің туелдігін тексеру).

• Сақтау: NVMe SSD (система дискі, OS және түрі үшін тез оқу/жазу) + өзінің өлшемі SAS HDD (тарихий деректерді сақтау үшін).

• GPU акселерация: NVIDIA Tesla T4 GPU (тыныс оқыту сияқты көп ресурсты өңдеулер үшін, модельді тез оқыту/болжау үшін).

• Тармак интерфейсі: 10GbE тармак картасы (реал уақыттағы байланыс үшін).

3.2 Сақтау құрылғыларын құру

Реал уақыттағы шешімдер қабылдау және тарихий деректерді талдау үшін, сақтау құрылғылары өте тез оқу/жазу және үлкен өлшемге ыңғайлау керек:

• Система дискі: 1TB NVMe SSD (төмен latency, жоғары IOPS OS және түрі үшін тез басқару).

• Деректерді сақтау дискі: 10TB SAS HDD (тарихий жиіліктік деректер, электр бағасы, система журналдарын сақтау үшін).

• Көшірме және кедергілерден сақтау: RAID 5/6 массивтері (деректердің қайталанатын көшірмесін қолдану, бір нүктедегі қателіктерден сақтау); регулярлық жердің сыртқы бөлігінде көшірмелерді сақтау (деректердің қауіптен азайтуын қамтамасыз ету).

3.3 Тармак құрылғыларын құру

Тармак құрылғыларының таңдауы реал уақыттағы деректерді өтуге және қауіптен азайтуға тәуелді. Ақылты коммерциялық энергия сақтау үшін желінің жиіліктік басқару жүйесінің тармак құрылғыларын құру үшін, төмендегі рекомендациялар қолданылады:

• Негізгі свитч: Cisco Catalyst 9500 сериясы (немесе оған тең), 100GbE порттары арқылы өте тез, өте көп трафик өту.

• Фаервол: Жаңа қолданыс (мысалы, Fortinet FortiGate) үшін зәрдап кіру, вирус қорғау және қолданыс басқару үшін қолданылады, тармакты қауіптен азайтады.

• VPN: Шифрленген VPN тоннельдері арқылы алыс O&M және желі операторларымен байланыс үшін, маңызды деректерді көшірмелерден сақтау үшін қолданылады.

3.4 I/O құрылғыларын құру

Деректерді жинау және адам-машина әрекеттерін қолдану үшін, жоғары үздік I/O құрылғылары дәл деректерді жинау және қолайлы көрсету үшін қолданылады:

• Сенсорлар: Желінің негізгі түймелеріндегі жоғары дәлдікті ағым/жылдамдық трансформаторлары, ≥1kHz семплермен жиілік/жылдамдық/ағымды бақылау.

• Көрсету терминалы: Жоғары өлшемді индустриалды тачскриндер, системаның абалын бақылау және қолмен басқару үшін.

• Байланыс интерфейстері: Стандартты интерфейстер (RS-485, Ethernet, fiber) внешкі құрылғылар/жүйелермен стабильді байланыс үшін.

• Ескерту жүйесі: Интегралды аудио-визуалды ескертпелер, аномалиялар (мысалы, жиіліктерді бузу, құрылғылардың қателіктері) үшін операторлардың әрекетін ұнату үшін.

5 Қорытынды

Бұл статья ақылты коммерциялық және салынғыш энергия сақтау жүйелері үшін желінің жиіліктік басқару жүйесін құру туралы, талаптарды талдау, функционалдық құрылым, аппараттық құрылғылар және қызмет көрсету тесттерін қамтиды. Искусственный интеллект технологияларын пайдалану арқылы, система реал уақытта желінің жиілігін басқарады және тез жауап береді, желінің стабилдігін және ыңғайлауын жақсартады.