Các giải pháp điện toán biên mới

29/01/2023 15:48 Số lượt xem: 39

Andrew Foster, Giám đốc sản phẩm và Đồng sáng lập Công ty IOTech (England), cho biết việc áp dụng các giải pháp điện toán biên mới được dự báo sẽ dẫn đến các cơ hội phát triển đột biến và tăng trưởng rất cần thiết trong ngành năng lượng.

Áp dụng các giải pháp điện toán biên mới được dự báo sẽ dẫn đến các cơ hội phát triển đột biến và tăng trưởng rất cần thiết trong ngành năng lượng (Ảnh st)

Đổi mới là rất quan trọng nếu các tổ chức thương mại muốn phá vỡ các thị trường hiện có và tạo ra các cơ hội tăng trưởng mới. Về mặt này, ngành năng lượng cũng không khác gì.

Việc áp dụng các giải pháp điện toán biên mới sắp tạo ra sự đột biến này. Thế hệ giải pháp mới nhất này được xác định bằng phần mềm, có khả năng hoạt động đa chế độ và là giao thức OT (công nghệ vận hành) bất khả tri.

Các giải pháp này đang thay thế các hệ thống điều khiển và theo dõi truyền thống vốn thường tập trung vào phần cứng và biệt lập. Thay vào đó, các hệ thống biên linh hoạt chạy trên phần cứng hàng hóa hiện đang được triển khai trên các trường hợp sử dụng của ngành điện. Chúng bao gồm sản xuất năng lượng tái tạo, hệ thống tích trữ năng lượng acquy và điều khiển lưới điện thông minh phân tán.

Lưới kỹ thuật số của tương lai

Lưới điện đang trải qua một quá trình thay đổi, do nhu cầu số hóa để hỗ trợ hiệu quả và khả năng phản ứng cao hơn nhiều. Điều này là bắt buộc do sự phức tạp ngày càng tăng của lưới điện mà các nhà điều hành lưới điện phải ứng phó. Nó xuất phát từ nhu cầu tích hợp các nguồn năng lượng mới, tạo ra và tích trữ năng lượng theo cách phân tán.

Các yếu tố khác thúc đẩy sự thay đổi này bao gồm nhu cầu đối với các công ty phát điện, phân phối điện và các công ty công nghệ năng lượng cung cấp các sản phẩm và dịch vụ mới trong một thị trường ngày càng cạnh tranh. Một điều quan trọng nữa là cả cơ quan quản lý cũng như các hộ tiêu thụ đều có khả năng tiếp cận tốt hơn các thông tin vận hành và thương mại mới nhất.

Khi được kết hợp với trí thông minh lớn hơn nhiều trên các hệ thống con, việc số hóa các tài sản lưới điện trong các hoạt động là rất quan trọng để giúp quản lý sự phức tạp này.

Sự cần thiết của điện toán biên

Các giải pháp điện toán biên có thể hỗ trợ các kiến ​​trúc phần mềm mở, có thể cấu hình và quản lý được đã bắt đầu thay thế các hệ thống theo dõi và điều khiển cũ.

Điện toán biên đưa vào áp dụng các nguồn lực điện toán cục bộ ở cấp tài sản trạm biến áp và hiện trường trong lưới điện. Nó mang lại các năng lực xử lý và tích trữ gần hơn với nơi cần thiết. Nó cũng giúp cải thiện khả năng mở rộng, thời gian phản hồi và chi phí hoạt động bằng cách cho phép các hệ thống dễ bảo trì và cập nhật hơn.

Bằng cách xử lý phần lớn dữ liệu được tạo ra từ các tài sản lưới được kết nối cục bộ, người dùng sẽ thấy giảm đáng kể chi phí băng thông mạng liên quan đến việc chuyển lượng dữ liệu OT ngày càng tăng về trung tâm dữ liệu trên đám mây. Độ dẻo dai của lưới điện đối với chạm chập được cải thiện bằng cách cho phép các hoạt động tự quản phi tập trung.

Điện toán biên đang cho phép một thế hệ ứng dụng thông minh mới có thể phát huy lợi thế của các tiến bộ mới nhất trong trí tuệ nhân tạo (AI) và học máy (ML). Nó mang lại nhiều lợi ích của điện toán đám mây như khả năng bố trí trong côngtenơ, ảo hóa và các phương pháp tiếp cận hiện đại để điều phối ứng dụng và cập nhật vào thế giới OT.

Điều này làm cho việc cập nhật các hệ thống hiện có hoặc triển khai các ứng dụng mới dễ dàng hơn nhiều bằng cách phát huy lợi thế của phần cứng biên hàng hóa - chắc chắn là khi so sánh với các cách tiếp cận truyền thống dựa trên phần cứng chuyên dụng (ví dụ: PLC và PAC). Điều quan trọng là ít cần phải thay thế hoàn toàn các bộ phận của hệ thống trong quá trình nâng cấp gây tốn kém và mất thời gian.

Điện toán biên so với điện toán đám mây

Trong một số năm nay, ngành năng lượng đã đầu tư đáng kể vào cơ sở hạ tầng đám mây như một thành phần quan trọng của quá trình chuyển đổi số đang diễn ra. Được thúc đẩy bởi Internet of Things (IoT), sự tăng trưởng về số lượng thiết bị và cảm biến được kết nối internet đã bùng nổ. Trong khắp các ngành công nghiệp, sự tăng trưởng này đang giúp cho phép chuyển đổi số.

Xu hướng tương tự cũng đang được thể hiện trong lĩnh vực năng lượng. Tuy nhiên, với sự gia tăng theo cấp số nhân của lượng dữ liệu OT này, việc liên tục chuyển khối lượng dữ liệu khổng lồ này lên đám mây để phân tích và xử lý sẽ trở nên không khả thi. Nó tốn kém và gây ra độ trễ cho hệ thống. Lưới điện trong tương lai phải phản ứng mạnh hơn nhiều với những thay đổi trong thời gian thực trong sản xuất và nhu cầu năng lượng. Cách tiếp cận lấy đám mây làm trung tâm có thể hạn chế điều này.

Đây là nơi mà điện toán biên đóng vai trò chính trong việc kết nối các tài sản, sau đó thu thập và xử lý dữ liệu cục bộ trong thời gian thực. Lưu trữ dữ liệu cục bộ có thể được cung cấp khi cần thiết để hỗ trợ các khoảng thời gian kết nối không liên tục. Một giải pháp biên cũng có thể cung cấp điểm tích hợp với các hệ thống đám mây phần sau cung cấp quản lý lưới điện tổng thể. Trong trường hợp này, chỉ một tập hợp con của dữ liệu OT được thu thập cần được chuyển tiếp đến đám mây để phân tích thêm, nơi thời gian phản hồi không đòi hỏi nhiều như vậy.

Điều này có nghĩa là việc lựa chọn giữa một kiến trúc chỉ đám mây hoặc chỉ dựa trên biên là một sự lựa chọn sai lầm. Lưới điện trong tương lai cần đến cả hai, mặc dù sẽ có nhiều ứng dụng OT nằm biên, với việc triển khai và cập nhật chúng được quản lý tập trung từ đám mây. Trong trường hợp này, mô hình đám mây biên hybrid sẽ trở thành tiêu chuẩn.

Lưới điện của tương lai (Ảnh st)

Thách thức

Điện toán biên sẽ trở thành một yếu tố gây đột biến quan trọng trong lĩnh vực năng lượng và có thể mang lại nhiều lợi ích như đã trình bày, mặc dù vẫn còn những thách thức đáng kể. Đối với một lưới điện có thể tương tác và phi tập trung hoàn toàn, lớp biên sẽ trở thành điểm tích hợp cho các tài sản cũ cũng như các tài sản mới ở cấp trạm biến áp và trên các nguồn năng lượng phân tán (DER). Điều này đòi hỏi các hệ thống biên phải giao tiếp với nhiều loại thiết bị khác nhau bằng cách sử dụng quá nhiều giao thức truyền thông, đồng thời thu nhận và chuẩn hóa dữ liệu từ một tập hợp các điểm cuối rời rạc.

Việc "tổng hợp" dữ liệu từ rất nhiều nguồn là rất quan trọng để tạo ra một đại diện chung của dữ liệu có thể hỗ trợ các ứng dụng biên (ví dụ như kiểm soát, theo dõi và phân tích) một cách nhất quán và có thể tương tác được. Đây là một thách thức đáng kể khi xét đến một dải rộng các tiêu chuẩn truyền thông và lập bản đồ dữ liệu được sử dụng trong lĩnh vực năng lượng như Modbus, IEC-61850, IEC-60870, DNP3, OPC UA, EtherNet/IP, MQTT, Sparkplug và SunSpec. Các tài sản lưới riêng lẻ có thể sử dụng các giao thức truyền thông độc quyền của riêng chúng hoặc chuyên biệt, các giao thức này cũng cần được tích hợp vào hệ thống biên.

Điện toán biên cũng đưa vào áp dụng một lớp ngun lực máy tính mới để hỗ trợ quá trình xử lý cục bộ. Mặc dù dựa trên phần cứng hàng hóa và sử dụng các hệ điều hành thương mại (thường dựa trên Linux), các thiết bị này có thể có nhiều dạng khác nhau (ví dụ như MCU, IPC, Server).

Trong trạm biến áp và trên toàn lưới điện, có thể quản lý nhiều thiết bị biên này. Điều quan trọng là người dùng có thể quản lý các thiết bị này và khối lượng công việc ứng dụng của chúng một cách tập trung, thông thường từ đám mây, nhưng cũng có khả năng tại chỗ khi được yêu cầu. Thế hệ mới nhất các ứng dụng biên thường hỗ trợ quá trình bố trí trong côngtenơ (ví dụ như Docker), cung cấp một loạt các lợi ích như tính di động của ứng dụng. Tuy nhiên, một hệ thống quản lý cũng phải có khả năng triển khai và quản lý các khối lượng công việc khác, chẳng hạn như các tệp thực thi thông thường.

Nền tảng biên

Để đáp ứng những thách thức này và mang lại những lợi ích mà điện toán biên sẽ mang lại cho lưới điện trong tương lai, một thế hệ mới các giải pháp biên dành riêng cho ngành điện sẽ là thiết yếu. Thành phần quan trọng của các sản phẩm mới này là nền tảng phần mềm cơ bản, là khung phần mềm cơ bản mà trên đó các ứng dụng sẽ được triển khai.

Để kích hoạt lưới điện phân tán trong tương lai, một nền tảng phần mềm biên cung cấp một loạt các dịch vụ và một nền tảng tương tác trên đó xây dựng các ứng dụng biên. Các dịch vụ nền tảng chính bao gồm tích hợp OT đa giao thức có thể định cấu hình, không mã, chuẩn hóa, chuyển đổi và lọc dữ liệu, các quy tắc tại địa phương và hỗ trợ phân tích, lưu trữ dữ liệu và chuyển tiếp dữ liệu, dịch vụ bảo mật (bao gồm xác thực khách hàng, kiểm soát truy cập và mã hóa dữ liệu), xử lý cảnh báo và kết nối đám mây.

Tính mở là đặc điểm chính của các nền tảng phần mềm biên này. Điều này có nghĩa là cung cấp một môi trường triển khai ứng dụng mà các nhà cung cấp công nghệ năng lượng có thể sử dụng để dễ dàng tạo ra các ứng dụng giá trị gia tăng của riêng họ. Nền tảng này phải giao thức OT và bất khả tri đám mây, không phụ thuộc vào phần cứng và hoạt động, dựa trên thành phần hoặc microservices để hỗ trợ thành phần và phân phối ứng dụng. Cực kỳ quan trọng, nó phải cung cấp một bộ API tiêu chuẩn để hỗ trợ tích hợp các ứng dụng tiên tiến đang sử dụng và xử lý dữ liệu OT.

Việc triển khai nền tảng phần mềm biên thương mại và mã nguồn mở đều đã xuất hiện trong vài năm qua. Những điều này đã đạt đến mức độ chín muồi và hiện cung cấp cho các nhà cung cấp giải pháp năng lượng một loạt các lựa chọn khả thi.

Một sáng kiến ​​mã nguồn mở quan trọng với sự hỗ trợ rộng rãi trong nhiều ngành là LF Edge của Linux Foundation. Mục tiêu của LF Edge là thiết lập một khung mở, có thể tương tác cho điện toán biên. EdgeX Foundry là một trong những dự án lớn nhất dưới sự bảo trợ của LF Edge. Nó cung cấp một nền tảng phần mềm mở linh hoạt và có thể mở rộng, tạo điều kiện thuận lợi cho khả năng tương tác giữa các thiết bị OT và các ứng dụng tại biên. EdgeX Foundry và các sản phẩm thương mại của nó, chẳng hạn như Edge Xpert của IOTech, đang chứng kiến ​​sự áp dụng ngày càng tăng trong ngành điện.

Sức mạnh tương lai của điện toán biên

Một thế hệ giải pháp biên mới được thiết lập để cách mạng hóa ngành điện. Các giải pháp này đã giúp đẩy nhanh quá trình chuyển đổi số và hỗ trợ các trường hợp sử dụng và dịch vụ mới. Điện toán biên sẽ cho phép một lưới điện thông minh hơn, nhanh nhạy hơn, hiệu quả hơn và phân tán hơn. Điều này rất quan trọng đối với tích hợp các tài sản ở cấp trạm biến áp và giữa các DER, đồng thời sẽ hỗ trợ các ứng dụng dễ triển khai và bảo trì hơn nhiều khi lưới điện phát triển.

Lưới điện trong tương lai sẽ dựa trên một mô hình kết hợp phát huy các lợi thế của cả điện toán đám mây và điện toán biên.

Cuối cùng, phần mềm nền tảng biên mở cung cấp một loạt các dịch vụ siêu nhỏ (microservices) có thể cấu hình sẽ là yếu tố quan trọng cho một thế hệ mới các giải pháp chuyên dụng cho năng lượng.

Biên dịch: Nguyễn Thị Dung

Theo “World-energy”, tháng 8/2022

Cục Điện lực bang New York (New ...

27/03/2024 07:38

Hầu hết các ứng dụng truyền tải đều yêu cầu xác minh các trường điện, nếu vượt quá một số ngưỡng ...

15/03/2024 15:30

ChatGrid đã được phát triển như một giải pháp AI tạo sinh(*) nhằm đơn giản hóa và tăng tốc độ ...

15/03/2024 15:20

Chuyển dịch theo hướng tăng cường khả năng quan sát và kiểm soát

15/03/2024 15:00