Tutkimus tuo tekoälyä sähköverkkoihin

Tekoälyä sähköverkkoihin

Tekoälymenetelmät luokittelevat mittausdataa älykkään sähköverkon vikatilanteista.

Teksti ja kuva RIIKKA KALMI

Vaasan yliopistossa on tutkittu tekoälyn soveltamista älykkäisiin sähköverkkoihin yhdessä saksalaisten ja suomalaisten kumppanien kanssa. Sähkötekniikan professori Kimmo Kauhaniemen mukaan päätavoitteena on ollut kehittää tekoälyyn perustuvia menetelmiä, jolla voidaan jalostaa sähköverkosta kerättävää tietoa.

– Aihe on ajankohtainen, koska älykkäästä sähköverkosta saadaan yhä enemmän mittausdataa, josta on mahdollista saada hyödyllistä tietoa sähköverkon käytön tueksi, sanoo Kauhaniemi.

Tutkimusta on tehty yhteistyössä muun muassa saksalaisen tekoälyn tutkimuskeskuksen DFKIn ja Berliinin teknillisen yliopiston kanssa FUSE-hankkeessa. Suomesta ovat Vaasan yliopiston lisäksi olleet mukana ABB, Jubic ja VTT. Suomalaisosapuolet ovat tutkineet ennakoivaa kunnonvalvontaa ja varhaista vikojen ennakointia keskijänniteverkoissa. Saksalaiset kumppanit ovat puolestaan tarkastelleet sähköenergian kysynnän hallintaa ja kehittäneet sovellettavia tekoälytekniikoita.

– Olemme tehneet mittauksia Technobothnian suurjännitelaboratoriossa kampuksella. Mittausdataa luokittelemalla saadaan selville, millainen vika on kyseessä. Tutkimme erityisesti erilaisia osittaispurkauksia. Tyypillinen tapaus on, että kaapelin eristeet pettävät. Apuna vikojen tunnistamisessa ovat herkät mittauslaitteet. Tekoäly puolestaan auttaa vikatyypin luokittelussa.

Kauhaniemen mukaan yksi vikatyypeistä on korona. Maailmalla jylläävän viruksen kanssa tällä ei kuitenkaan ole mitään tekemistä, vaan kyse on koronapurkauksista.

– Kun kuulet suurjännitelinjan lähellä sirinää, niin siinä sähkö purkautuu ilmaan koronapurkauksena.

Tutkimuksessa on hyödynnetty aiemmissa hankkeissa kehitettyä Sundom Smart Grid -living labiä eli älykkään sähköverkon pilottialuetta Vaasan Sundomissa.

– Sundomin sähköasemalta ja kolmelta jakelumuuntamolla on noin 20 paikkaa, joista tulee jatkuvasti dataa. Olemme käyttäneet normaalin tilan mittausdataa sekä simuloineet vikoja, sanoo Kauhaniemi.

Tunnistamisessa on käytetty kehittyneitä neuroverkkotyyppisiä tekoälymenetelmiä. Tekoälyä on opetettu suurella määrällä dataa.

– Haasteena on ollut datan prosessointi järkevään muotoon, eli miten saadaan sieltä ominaispiirteet ja epäsäännöllisyydet esiin. Normaalisti sähköverkossa on kaunis sinimuotoinen jännite, mutta haasteena on, miten poikkeamat kuvataan ja muunnetaan lukuarvoiksi, sillä neuroverkko käsittelee vain lukuja.

Kauhaniemen mukaan yritykset ovat tehneet omaa kehitystyötään hankkeen rinnalla, esimerkiksi ABB kehitti rinnakkaishankkeessaan suojareleidensä toiminnallisuuksia ja Jubic avoimen alustan datan käsittelyyn.

Data tarvitsee tekoälyä ja turvallisuutta

Energian digitalisaatio on meneillään oleva iso trendi. Sähköverkoissa tämä tarkoittaa älykkäitä verkkoja. Kun energiajärjestelmät digitalisoituvat, hajautuvat ja verkottuvat, haasteeksi kasvaa turvallisuus.

– Dataa on paljon, ja nyt mennään siihen, miten dataa hyödynnetään tekoäly- ja muiden menetelmien avulla. Kyberturvallisuus on tärkeää, sillä sähkö on yhteiskunnan kannalta kriittinen tuote, jonka saanti on turvattava kaikissa tilanteissa. Puhutaan älykkäiden sähköverkkojen resilienssistä.

Resilienssi tarkoittaa tässä yhteydessä toimintakykyä ja valmiutta häiriötilanteissa sekä kykyä palautua niistä.

Vaasan yliopisto onkin parhaillaan kehittämässä energiajärjestelmiin liittyvää kyberturvallisuusosaamista kahdessa eri EU-rahoitteisessa hankkeessa. Tietojärjestelmätieteen professori Tero Vartiaisen mukaan osaamisen kasvattamisessa kyse on varautumisesta merkittäviin riskeihin. Esimerkiksi muutama vuosi sitten Ukrainassa hakkerit katkaisivat sähköt murtautumalla sähkönjakelua ohjaaviin tietojärjestelmiin.

CR-DES-hankkeessa yliopisto aikoo uuden reaalisimulaattorialustan avulla testata älykkään sähköjärjestelmän ja siihen liittyvien laitteiden ja sovellusten resilienssiä. Simulaattoriin on saatu investointirahoitusta EU:lta. Myös yritykset voivat testata tuotteitaan simulaattorin avulla. Toisessa, eli CC-RSG-hankkeessa tavoitteena on puolestaan kehittää kansainväliset ohjeistukset älykkäiden sähköverkkojen kyberturvallisuuden koulutukselle.

Dataa sähkön kulutuksesta

Suomessa on tällä hetkellä käytössä tuntimittaus, joka perustuu sähkömittareista tunnin välein mitattavaan kulutuslukemaan. Suomi ja muut Pohjoismaat ovat kuitenkin siirtymässä kahden vuoden kuluttua toukokuussa 2023 15 minuutin mittauksiin eli niin sanottuun varttitaseeseen.

– Tämä tarkoittaa sitä, että verkosta saatavan datan määrä nelinkertaistuu, sanoo Kauhaniemi.

Lisääntynyt data parantaa energian kulutuksen ja tuotannon tasapainottamista ja ennustamista. Apuna on myös ensi vuonna käyttöönotettava yhteinen tiedonvaihtojärjestelmä, Datahub.

Verkon älykkyys ja tarkempi mittaus ovat apuna myös kulutusjouston toteuttamisessa. Kulutusjoustossa on kyse sähkönkulutuksen hetkellisestä vähentämisessä. Vaasan yliopisto onkin kehittänyt VTT:n kanssa joustoresurssien markkinapaikkaa Business Finlandin rahoittamassa hankkeessa. Ideana on, että pientoimijat voisivat osallistua sähköjärjestelmän tai jakeluverkon hallintaan ohjaamalla kulutustaan automaatiojärjestelmien avulla ja siten pienentää sähkölaskuaan.

Sähkötekniikan professori Kimmo Kauhaniemi, Vaasan yliopisto