Что такое искусственный интеллект, как он проявляется в энергетике?
Искусственный интеллект – это система компьютерных программ, которая способна:
- выполнять интеллектуальные задачи уровня человеческого интеллекта, требующие мышления, а именно распознавания (восприятие информации), анализа, выводов (оценки, генерации или прогнозирования) и управленческих решений;
- самообучаться с помощью машинного алгоритма или генеративных моделей для оптимизации решения задач.
Компьютерный интеллект призван освободить человека от рутинных, однотипных задач. ИИ делает это путем их автоматизации, упрощения и совершенствования (повышая точность процессов, а также оптимизируя ресурсы, которые используются для их выполнения).
В энергетических системах ИИ применяется для оптимизации процессов, связанных с генерацией, распределением, преобразованием и потреблением электроэнергии. Это отдельное направление, которое уже получило название Smart Grid или интеллектуальная сеть. Она базируется на трех компонентах:
- микроконтроллерах, на которые записываются программы искусственного интеллекта;
- датчиках (счетчиках, реле, измерительных трансформаторах и регистраторах), преобразующих контролируемую величину в сигналы, а затем транслирующих их на микроконтроллер;
- средствах связи, передающих обработанные данные пользователям проводным или беспроводным способом.
Примеры работы ИИ в энергетике
Нейросеть непрерывно анализирует состояние электросети с помощью умных счетчиков, заранее прогнозирует периодическое увеличение нагрузки. Чтобы не было аварийных ситуаций и веерные отключений, в пиковые периоды автоматически запускаются дополнительные генераторные мощности, а для некоторых потребителей подключаются альтернативные источники энергии. Такой подход создает гибкость электрической системы, устраняет дисбаланс нагрузки, повышает её отказоустойчивость.
Повсеместное распространение умных счетчиков для учета электроэнергии упростили жизнь как самих пользователей, так и работу энергокомпаний. Устройства самостоятельно передают информацию о потреблении, анализирует параметры сети, сообщают поставщику о нарушениях или аварийных ситуациях.
Если обобщить накопленный опыт применения ИИ в энергетике, то компьютерный интеллект уже позволяет решить многие проблемы за счет:
- оптимального чередования основных и альтернативных источников энергии;
- снижения энергопотребления путем перераспределения ресурсов;
- сокращения количества сетевых аварий, в том числе перебоев в поставке электроэнергии при помощи непрерывного мониторинга / прогнозирования;
- сохранения и повышения качества электроэнергии путем внедрения систем электропитания (современных стабилизаторов напряжения, источников бесперебойного питания).
На что способны современные стабилизаторы напряжения и ИБП без ИИ?
Развитие систем электропитания достигло высокого уровня. Сегодня у электронных устройств защиты появилась совершенная технология преобразования, скоростные микроконтроллеры, точные датчики, адаптивное ПО. В той или иной степени они уже применяют умные алгоритмы в работе.
Современные стабилизаторы / ИБП – это саморегулирующие системы, которые способны в автоматическом режиме, без участия человека гибко реагировать на аварийные ситуации по заложенным в них алгоритмам, сохраняя высокое качество питания защищаемого оборудования. Их возможности уже покрывают почти все потребности в этой сфере.
Рассмотрим основные компоненты стабилизаторов / ИБП, которые делают их умными устройствами.
Датчики
Это глаза и уши таких приборов. Каждый из них непрерывно сканирует контролируемую физическую величину (например, внутреннюю температуру устройства, значение и форму напряжения, потребляемую мощность нагрузки), а затем преобразует её в сигнал, подходящий для измерения и последующей обработки прибором.
Современные стабилизаторы способны измерять значение входного / выходного напряжения по каждой фазе, сетевую частоту, процент загрузки, активную / полную мощность защищаемой техники. Кроме этого, онлайн ИБП отслеживают уровень заряда АБ, их температуру, а также общее состояние накопителей.
Примеры:
⇒ В моделях онлайн ИБП «Штиль» присутствует технология, которая позволяет автоматически снижать напряжения заряда аккумуляторных батарей, когда температура воздуха для них критично повысилась. Это позволяет сохранить положенный срок службы накопителей.
⇒ В инверторных стабилизаторах «Штиль» настенного исполнения с выходной мощностью 2,5-20 кВА присутствует комбинированное охлаждение. В нормальном состоянии изделия охлаждаются конвекционным способом, а как только температура повышается до критического значения, автоматически активируются вентиляторы. Это позволяет сократить энергопотребление и снизить уровень шума.
Цифровой микроконтроллер
Это мозг стабилизатора / ИБП. Контроллер состоит из высокоскоростного процессора, модулей памяти и различных преобразователей. За счет этих них устройство:
- оперативно обрабатывает полученные сведения;
- самостоятельно (по заложенным алгоритмам) решает, что делать при критической ситуации (когда качество электропитания меняется или возникают аварии); транслирует сигналы внутренним защитным компонентам для активации.
Примеры:
⇒ К стабилизатору подключили нагрузку, потребление которой при её включении значительно возросло и вышло за предел выдаваемой устройством мощности. Это установили встроенные датчики и передали сигнал микроконтроллеру, который решил перевести питание техники на сеть по обходному пути (пол цепи байпаса). Одновременно с этим другие датчики установили, что сеть в норме, смена режима не навредит оборудованию. В итоге активировался электронный автоматический байпас. Таким образом сработала защита от перегрузки, сохранив в рабочем состоянии всю цепочку оборудования.
⇒ При снижении заряда АБ до минимального значения бесперебойник принял решение выполнить отключение менее важной нагрузки, чтобы сохранить оставшуюся энергию для питания критического оборудования.
Технология преобразования энергии
Это система энергообращения. В инверторных стабилизаторах и онлайн ИБП применяется технология двойной конвертации энергии, которая повысила их функциональные возможности, по сравнению с моделями других топологий. За счет неё преобразование энергии упростилось (это происходит без коммутирующих элементов с повышенной отказоустойчивостью – трансформатора, реле и др.) и стало непрерывным (без микрообрывов и задержек).
Технология двойной конверсии позволила приборам:
- мгновенно реагировать на колебания сети в широком диапазоне;
- мгновенно менять режимы, исходя из ситуации в сети;
- непрерывно подавать на нагрузку качественное электропитание по величине и форме;
- упростить систему измерений.
Средства связи
Это коммуникационные средства, которые дают возможность приборам в реальном времени передавать информацию пользователю для выполнения запрограммированных действий, если ситуация требует внешней реакции. Для этого применяются коммуникационные порты и модули, например, Ethernet, Wi-Fi, Bluetooth, LTE. С помощью средств связи современные стабилизаторы и ИБП способны интегрироваться в телекоммуникационную и инженерную инфраструктуру предприятия или электронику умного дома.
Примеры:
⇒ Когда заряд аккумуляторов ИБП снизился до критического уровня, устройство отправило сигнал серверу для его корректного отключения без потери файлов.
⇒ Пользователь удаленно на своем смартфоне просмотрел журнал событий и обнаружил аварию, которая произошла в его отсутствие дома.
ИИ в стабилизаторах напряжения и ИБП
Искусственный интеллект не замещает наработанные защитные механизмы этих устройств. ИИ в стабилизаторах и ИБП – это дополнительная надстройка, которая дополняет базовый функционал и повышает его эффективность. Рассмотрим направления, в которых появление алгоритмов компьютерного интеллекта будет ожидаемо.
Углубленная самодиагностика
С помощью ИИ стабилизаторы напряжения / ИБП будут способны не просто выполнять самодиагностику своего состояния традиционными алгоритмами, но и выявлять причину, которая привела или приведет к аварийной ситуации. Анализируя температуру окружающей среды, состояние внутренних компонентов устройства по току и напряжению, динамику энергопотребления нагрузки, определяются внешние источники аварийных ситуаций, их вероятность возникновения в будущем.
Пример работы ИИ
⇒ Стабилизатор с алгоритмами ИИ установили в котельной для защиты от перепадов напряжения котла и циркуляционного насоса. Спустя некоторое время устройство выявило периодическое повышение температуры внутри помещения. Также, одновременно с этим, зафиксировано снижение потребляемой мощности нагрузки. На основе анализа запрограммированных ситуаций стабилизатор обнаружил у подключенного насоса неисправность, а затем сообщил об этом пользователю.
Прогнозирование
Это возможность предсказания стабилизатором и ИБП аварийных событий и отказов, которые произойдут в перспективе с системой электропитания. Это поможет пользователю заранее спланировать свои расходы и выбрать оптимальный сценарий для решения возможных проблем. Польза такого функционала – раннее предупреждение об опасности.
Примеры работы ИИ
⇒ В зависимости от состояния АКБ, уровня потребления нагрузки, температуры окружающей среды, длительности происходивших блэкаутов ИБП спрогнозирует, когда ожидать исчерпание ресурса аккумуляторов. Прогноз позволит пользователю заранее предусмотреть их замену, внезапно не оказавшись в безвыходном положении.
⇒ На основе анализа характера аварий в электросети, происходивших в течение года, стабилизатор спрогнозирует вероятность аномалий, которые приведут к отказам в работе устройства, а также подключенной техники. Информация даст возможность пользователю заранее установить дополнительную защиту, чтобы нивелировать риск поломки оборудования.
⇒ После нескольких срабатываний защиты от импульсных перенапряжений (молниезащиты) стабилизатор анализирует состояние внутреннего варистора, а затем сообщает пользователю о том, что его остаточный ресурс практически снизился до нуля, компонент не выдержит следующей аварии и требует замены.
Энергосбережение
Направление связано с повсеместной экономией расхода электроэнергии. Такой функционал уже применяется в некоторых стабилизаторах и ИБП под названием ЭКО-режим. У него простой принцип действия – за счет того, что защищаемое оборудование временно переключается в обход основной схемы устройства, а затем запитывается напрямую от сети, общее потребление системы сокращается примерно на 2-10%. Однако у такого способа есть ограничения – применение часто требует присутствие пользователя для переключения, а его активация допускается только при стабильной сети. Защита от сетевых перепадов при такой работе полностью отсутствует.
Применение ИИ повысит эффективность экономичного режима. Нейросеть позволит полностью его автоматизировать, сделав динамичным. Кроме этого, подключение к схеме работы альтернативных источников энергии (например, солнечных панелей или ветрогенератора) еще больше снизит энергопотребление и одновременно повысит надежность функционала, исключив риск отказов во время переходных процессов.
Удаленный сервис
Перспективное направление для развития сервисного обслуживания стабилизаторов и ИБП. Безопасное подключение устройств к внешней сети с помощью интерфейсных карт и умного ПО через удаленный сервер создаст возможность напрямую связываться с техподдержкой для автоматического обмена технической информацией с представителями производителя.
Что это даст пользователю?
⇒ Ему не нужно будет самостоятельно искать причину аварийной ситуации, которая произошла с прибором. Устройство самостоятельно сообщит о ситуации, направив в сервисный центр требуемые параметры для анализа, включая возникшие «алерты». То есть именно ту информацию, которая действительно нужна инженерам. Это даст возможность обнаруживать возможные неисправности без физической доставки оборудования в сервис. Со своей стороны, представитель техслужбы, сможет удаленно провести диагностику и тестирование системы под своим контролем или выполнить её плановую перепрошивку в автоматическом режиме.
Цифровой консультант
Современные стабилизаторы и ИБП способны отображать на своих панелях управления аварийные состояния и даже показывать на дисплее текстовые сообщения с предупреждением пользователя о негативных событиях. Однако не всегда такая информация позволяет владельцу понять, что делать дальше.
С помощью ИИ на основе программной аналитики, а также способности самообучения устройства будут способны не только предупреждать пользователя, но и подсказывать ему, как решить проблему. То есть давать практическую рекомендацию. Для осуществления такой задачи оптимально применять не только текстовые, но и голосовые сообщения. Это упростит взаимодействие пользователей с прибором, повысит юзабилити, особенно тех, которые плохо разбираются в работе устройств защиты.
Основные направления ИИ в стабилизаторах и ИБП
Рассмотрим направления ИИ, которые превратят стабилизаторы напряжения / ИБП в полностью самодостаточную роботизированную структуру с высокой отказоустойчивостью.
|
Функция
|
Практическая значимость
|
|
Углубленная самодиагностика
|
Выявление источника проблемы.
|
|
Прогнозирование
|
Раннее выявление опасных тенденций.
Предсказание их влияния на работу оборудования в будущем.
|
|
Энергосбережение
|
Снижения энергопотребления.
|
|
Удаленный сервис
|
Снижение затрат на техобслуживание.
|
|
Цифровой консультант
|
Исключение ошибочных действий.
|
Заключение – комментарий эксперта
Современные стабилизаторы и ИБП и без ИИ уже научились многому, что делает систему электропитания надежной, отказоустойчивой и практически самостоятельной. Их датчики и микроконтроллеры, работая вместе, образуют единый механизм по контролю и управлению каждым внутренним компонентом, связанным с преобразованием и распределением энергии.
Внедрение алгоритмов искусственного интеллекта в работу приборов позволит улучшить качество диагностики. На основе подробного анализа изделия научатся формировать подробные точечные прогнозы состояния, повышать её безопасность, оптимизировать затраты на техобслуживание, а также сокращать энергопотребление. Однако для постройки такого функционала потребуются современные электронные компоненты, которые будут способны обрабатывать, а затем передавать большие объемы информации. Компонентная модернизация предсказуемо повлияет на конечную цену оборудования.
Игорь Кривенцов,
Технический эксперт ГК «Штиль»
Что умеют стабилизаторы напряжения и ИБП без ИИ?
Устройства способны измерять основные рабочие параметры (температуру внутренних компонентов, токовые показатели, величину напряжения и частоты, потребление нагрузки), анализировать их и принимать решения по запрограммированным алгоритмам. Действия в основном связаны с включением или отключением различных видов защиты, отключением нагрузки или перераспределением питания.
Что будут уметь стабилизаторы напряжения и ИБП с ИИ?
Алгоритмы искусственного интеллекта позволят устройствам проводить более глубокую самодиагностику, на её основе заранее выявлять проблемы и точно прогнозировать развитие ситуаций, более гибко применять экономичный режим для снижения энергозатрат, а также упрощать техническое обслуживание и эксплуатацию системы электропитания.
