Về ứng dụng Internet kết nối vạn vật và trí tuệ nhân tạo trong Hệ thống Năng lượng 4.0

Về ứng dụng Internet kết nối vạn vật trí tuệ nhân tạo Hệ thống Năng lượng 4.0 Viện Năng lượng – Bộ Công Thương Hà Nội, 11/2017 Cách mạng Công nghiệp 4.0 Năng lượng 4.0  Các khám phá khoa học sáng tạo công nghệ dẫn đến cách mạng công nghiệp - mức độ định - xuất phát có tác động đến ngành lượng  Cách mạng công nghiệp 4.0  tích hợp cao độ hệ thống siêu kết nối số-vật lý với đột phá Internet vạn vật (IoT) trí tuệ nhân tạo (AI), với phát triển vượt bậc hàng loạt công nghệ robot, xe tự hành, in 3D, công nghệ nano, cơng nghệ sinh học,vật liệu mới, máy tính lượng tử, thiết bị lưu trữ lượng, lượng tái tạo, v.v Cách mạng công nghiệp 4.0 Năng lượng 4.0   Năng lượng 4.0:  số hóa ngành lượng, hướng đến sản xuất tiêu thụ lượng thông minh  sử dụng thiết bị hệ thống kết nối thông minh để sản xuất tiêu thụ lượng hiệu  đặc trưng “năng lượng thông minh” “năng lượng số hóa” Các thành phần Cách mạng Năng lượng 4.0:  Năng lượng lượng tái tạo;  Sử dụng lượng thông minh hướng tới hiệu tiết kiệm;  Năng lượng thông minh (IoT, AI, vật liệu mới, robot,… ), đó: Hệ thống điện/năng lượng thơng minh (smart grid); Hệ thống điện/năng lượng phân tán Internet vạn vật (IoT) trí tuệ nhân tạo (AI) Năng lượng 4.0   IoT:  Internet vạn vật (IoT) “là mạng internet kết nối phần tử, phần tử trang bị/nhúng cảm biến” [Tổ chức Phát triển Tiêu chuẩn SDOs]  Vì hệ thống điện bao gồm số lượng khổng lồ thiết bị điện tử thông minh (Intelligent Electronic Devices - IEDs) nên đối tượng quan tâm tự nhiên Internet vạn vật AI:  Trí tuệ mơ trí tuệ người thực hệ phần cứng & phần mềm IoT Năng lượng 4.0 – Mạng truyền liệu  Vấn đề gán địa cho thiết bị:  Nguyên tắc vận hành IoT mạng cảm biến cung cấp liệu cho ứng dụng nhằm mang lại giá trị cho hệ thống cá nhân  Mỗi cảm biến gán cho địa riêng liệu truyền qua hạ tầng mạng Internet đến ứng dụng dựa công nghệ đám mây  Tuy nhiên, có 50 tỉ thiết bị kết nối trực tiếp đến Internet cần thay đổi lớn cách thức tiêu chuẩn gán địa cho thiết bị  Liên quan đến kết nối thiết bị, thông qua dự án lưới điện thơng minh tự động hóa trạm biến áp giới Việt Nam, ngành lượng tích lũy nhiều kinh nghiệm cơng nghệ giao thức kết nối IoT Năng lượng 4.0 – Mạng truyền liệu  Các tiêu chuẩn kết nối:  Giao thức Internet (IP):  Hiện Ipv4 dựa 32 bit, sử dụng cho IoT khơng gian địa sử dụng hết  Giao thức Internet Ipv6 dựa 128 bit, lý thuyết đáp ứng nhu cầu kết nối IoT tương lai gần Vấn đề nằm chỗ thiết bị điện tử thông minh IEDs sử dụng cho hệ điều khiển q trình, tự động hóa bảo vệ,… không hỗ trợ Ipv6 (không hỗ trợ kết nối internet, vấn đề an ninh mạng)  Kết nối thiết bị - thiết bị: Tiêu chuẩn IEC 61850 dựa mạng Ethernet áp dụng rộng rãi cho kết nối thiết bị - thiết bị hệ thống điện Tiêu chuẩn đáp ứng yêu cầu độ tin cậy tốc độ truyền tin Tuy nhiên, thực tế khơng tương thích với tất thiết bị IEC 61850 đặt nhiều thách thức tương lai  Kết nối thiết bị - server:  Cho ứng dụng SCADA/RTU giao thức DNP3, IEC 61870-5-101/104, IEC 61859 LAN WAN Những tiêu chuẩn khơng đòi hỏi tốc độ truyền tin cao kết nối thiết bị-thiết bị  Cho ứng dụng đo lường tự động (AMI) với yêu cầu tốc độ thấp nhiều cơng nghệ kết nối với băng thông thấp Power Line Carrier (PLC) phương pháp không dây khác IoT Năng lượng 4.0 – Mạng truyền liệu  Tiêu chuẩn liệu chuẩn cho ứng dụng quản lý:  Chưa quan tâm xây dựng  Các ứng dụng lưới điện thông minh dùng tảng CIM IEC 61850 chủ yếu dựa chuẩn tùy ý nhà sản xuất IoT Năng lượng 4.0 – Vấn đề ngữ nghĩa  Một thách thức lớn Internet vạn vật IoT giải khối lượng liệu lớn cung cấp từ cảm biến  Vấn đề ý nghĩa liệu đặt cho ứng dụng IoT vấn đề lớn Ví dụ, liệu đưa lên mạng cần xác định điện áp hay nhiệt độ? Nếu nhiệt độ đơn vị Fahrenheit hay Celsius?  Ngữ nghĩa liệu làm cho số chuẩn thông dụng IEC 61850 CIM không hiệu quả, chủ yếu hãng cấp hàng lý giải liệu theo cách quy định riêng IoT Năng lượng 4.0 – Tính tốn đám mây  Lợi ích từ IoT đạt chủ yếu thông qua phần mềm ứng dụng xử lý số liệu từ cung cấp thơng tin hữu ích cho người dùng  Các phần mềm ứng dụng thường đắt thách thức lớn cho quan doanh nghiệp mua sắm trì chúng Tính tốn đám mây - trụ cột Internet vạn vật IoT – công nghệ hứa hẹn giải thách thức nói  Tính tốn đám mây –là mơ hình sử dụng để truy cập theo u cầu tài ngun tính tốn (mạng, servers, kho liệu, phần mềm ứng dụng dịch vụ) chia sẻ thông qua mạng cách thuận tiện, sẵn có khắp nơi [NIST]  Tính tốn đám mây cung cấp hai lợi ích: dịch vụ hạ tầng tảng phần mềm, làm sở đơn giản hóa q trình phát triển hệ thống ứng dụng quy mơ lớn  Nói cách khác, tính tốn đám mây dựa lực hệ thống máy tính cung cấp cho tổ chức dịch vụ tinh toán kho liệu theo yêu cầu Thông qua hệ thống hỏng hóc trung tâm liệu phân tán địa lý, tính tốn đám mây đạt độ tin cậy cao Tính tốn đám mây cung cấp mơ hình dịch vụ cụ thể sau: Dịch vụ phần mềm (Software as a Service - SaaS), Dịch vụ tảng (Platform as a Service - PaaS), Dịch vụ IoT Năng lượng 4.0 – An ninh mạng  Vấn đề lớn việc áp dụng Internet vạn vật IoT ngành lượng an ninh mạng  Các hệ thống ứng dụng SCADA, DMS, EMS,… ngành điện chủ yếu vận hành từ xa thiết bị truyền tải phân phối điện nên cần độ tin cậy an ninh cao  Mặc dù nhà cung cấp dịch vụ tính toán đám mây họ đảm bảo mức an ninh mạng đáp ứng yêu cầu ứng dụng vận hành phần mềm đám mây, đội IT an ninh mạng ngành điện trở nên phụ thuộc vào bên thứ ba phần kiểm sốt hệ thống  Có thể nói, ngành lượng có lợi ích to lớn từ việc sử dụng tính tốn đám mây đồng thời tăng rủi ro đảm bảo an tồn hệ thống Đó vấn đề mà Cách mạng cơng nghiệp 4.0 nói chung Internet vạn vật IoT nói riêng cần nghiên cứu hồn thiện tương lai  An ninh mạng (cybersecurity) vấn đề Internet vạn vật IoT Theo chuyên gia an ninh mạng, Internet vạn vật IoT có khả trở thành thảm họa an ninh, tầm nhìn kết nối 50 tỉ thiết bị vào mạng Internet dẫn đến lo ngại lan truyền nhanh chóng, quy mô lớn công virus máy tính từ chối dịch vụ DDOS (Distributed Denial of Service)  Đối với ngành lượng, an ninh mạng từ đầu vấn đề lưới điện thông minh nhiều nỗ lực nghiên cứu để xác định yêu cầu an ninh, đặc biệt đưa Hướng dẫn NIST 7628 An ninh mạng cho lưới điện thông minh Cùng với tiêu chuẩn an ninh mạng NERC CIP, Hướng dẫn bước giải vấn đề an ninh cho Internet vạn vật ngành lượng  Tuy nhiên, để đạt trụ cột an ninh Hướng dẫn NIST 7628 – Bảo vệ, An ninh, Riêng tư An tồn – đòi hỏi sử dụng mã hóa chất lượng cao Hiện nay, với tài nguyên tính toán theo yêu cầu phân tán theo địa lý, rủi ro mã hóa bị bẻ gãy cao Đây thực vấn đề lớn việc ứng dụng IoT ngành lượng IoT Năng lượng 4.0 – An ninh mạng Trí tuệ nhân tạo (AI) Năng lượng 4.0 – Khái niệm   AI:  “Trí tuệ nhân tạo khoa học hành vi tương tự người dùng trí tuệ tự động hóa”  Trí tuệ mơ trí tuệ người thực hệ phần cứng & phần mềm Các thành phần AI:  Hệ chuyên gia (ES)  Mạng neuron nhân tạo (ANN)  Hệ logic mờ (FLS)  Robotics Trí tuệ nhân tạo (AI) Năng lượng 4.0 – Sự cần thiết  Hệ thống điện/năng lượng:  Hệ thống lớn, phức tạp  Khối lượng thơng tin lớn phục vụ tính tốn, dự báo, huấn luyện  Nhiều cơng tác vận hành nguy hiểm cho người  Nhà máy điện trạm biến áp có tuổi thọ 30-40 năm, cố gây thiệt hại lớn  Xu macrogrid thay microgrid Trí tuệ nhân tạo (AI) Năng lượng 4.0 – Hệ chuyên gia  Hệ chuyên gia: Tiếp nhận kiến thức chuyên gia lĩnh vực hẹp chuyển đổi thành sở liệu thơng tin máy tính xây dựng luật suy diễn phục vụ cho người sử dụng sau Trí tuệ nhân tạo (AI) Năng lượng 4.0 – Mạng neuron nhân tạo  ANN:  Mô chức hệ thần kinh người, chuyển đổi tập liệu đầu vào thành tập đầu nhờ mạng neuron  Mỗi neuron thực chức đơn vị chuyển đổi – Ưu điểm: • Tính nhanh ổn định • Không cần sở liệu lưu trữ • Khả xử lý tình thiếu liệu thơng tin – Nhược điểm: • Kích thước lớn • Ln có kết kể liệu khơng phù hợp • Khó mở rộng (chỉ tập trung vào toan cụ thể) Trí tuệ nhân tạo (AI) Năng lượng 4.0 – Hệ logic mờ (FLS)  FLS:  Lôgic mờ phát triển từ lý thuyết tập mờ để thực lập luận cách xấp xỉ thay lập luận xác theo lơgic vị từ cổ điển Lơgic mờ coi mặt ứng dụng lý thuyết tập mờ để xử lý giá trị giới thực cho toán phức tạp (Klir 1997)  Làm việc tương tự não người Trí tuệ nhân tạo (AI) Năng lượng 4.0 – Robot Trí tuệ nhân tạo (AI) Năng lượng 4.0 – Các ứng dụng  Thay nhân công công đoạn nguy hiểm vận hành bảo dưỡng cơng trịnh điện  Sửa chữa nóng (đường dây mang điện) Trí tuệ nhân tạo (AI) Năng lượng 4.0 – Các ứng dụng  Vận hành môi trường độc hại nhà máy điện nguyên tử, phân xưởng chế biến nhà máy nhiệt điện, thủy điện  Tiếp cận đến vị trí chật hẹp, khắc nghiệt (buồng cáp, hầm cáp,…)  Hệ chuyên gia, Mạng neuron nhân tạo Hệ logic mờ giải tốn khó cần chun gia kinh nghiệm,…như:  Dự báo nhu cầu điện năng, dự báo thủy văn  Tính toan điều độ vận hành hệ thống điện  Lên kế hoạch sử dụng lượng hiệu  Đánh giá ổn định tin cậy hệ thống điện,… Trí tuệ nhân tạo (AI) Năng lượng 4.0 – Thực tiễn Việt Nam   Một số thành phần đưa vào ứng dụng, như:  Dự báo nhu cầu điện (ANN, XPS)  Thiết kế vận hành hệ thống điện (ANN, FZS)  Sửa chữa nóng (Robot) Giải pháp:  Tiếp cận ứng dụng rộng rãi, tránh manh mún  Đào tạo nhân lực làm chủ vận hành hệ thống AI  Tham gia công đoạn toàn dây chuyền chế tạo hệ thống AI sử dụng lượng Thank you!