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KI in Energiemanagementsystemen

Wie lautet der Plan B?

07. Januar 2020, 09:32 Uhr   |  Von Steve Taranovich, Digi-Key

Wie lautet der Plan B?
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KI wird die Architekturen für die Leistungsregelung in Stromversorgungssystemen in einer Vielzahl von Anwendungen verbessern und sich durch Lernen vielleicht sogar weiterentwickeln.

Doch derzeit steckt die Technologie noch in den Kinderschuhen, und es wird stets ein Plan B nötig sein – vor allem bei aufgabenkritischen Anwendungen.

Künstliche Intelligenz (KI) ist inzwischen eine zu erwägende Option, wenn es um Leistungssteuerungssysteme für Anwendungen zum Energiemanagement wie Anlagen zur Energieerzeugung auf Basis von Windkraft und Sonnenenergie geht. Mancher Entwickler mag diese Steuermethode für akzeptabel und effizient halten, aber Entwickler im Bereich geschäftskritische Anwendungen sind möglicherweise noch nicht bereit, ihr Design und die Sicherheit ihrer Benutzer komplett in die Hände einer künstlichen Intelligenz zu legen. Für diese Anwendungen benötigt man eine oder mehrere Redundanz- und Sicherheitsebenen.

Dieser Artikel stellt drei Beispiele vor, welche die Verwendung von KI in Energiemanagementsystemen veranschaulichen. Dann werden drei Arten der Absicherung für den Fall des Ausfalls der KI-Funktion beschrieben und gezeigt, wie sich diese „Plan B“-Alternativen mit Lösungen von Texas Instruments, Monnit, EPC und Intersil implementieren lassen.

Die Rolle der KI in elektrischen Systemen

Begonnen hat der Einsatz von KI-Techniken mit dem Übergang zu ICs zur digitalen Leistungssteuerung von Texas Instruments gegen Ende der 1990er-Jahre. Man könnte auch sagen, dass ICs zur digitalen Leistungssteuerung auftauchten, als Entwickler vor vielen Jahren damit begannen, DSPs in ihren Stromversorgungsarchitekturen zu verwenden. Das war eigentlich der Beginn dessen, was heute als digitale Leistungssteuerung gilt – und gleichzeitig die Geburtsstunde einer frühen Form der KI. Viele Schaltkreisentwickler setzen heute gern auf IC-Lösungen zur digitalen Leistungssteuerung, bei denen der PMBus in den IC ihrer Architekturen integriert ist. Ein Beispiel dafür ist der präzise digitale Leistungsmonitor ISL28023-25 von Intersil.

Ursprünglich lehnten Entwickler dieser Systeme die Verwendung von digitaler Leistungssteuerung ab. Mittlerweile ist sie aber weithin akzeptiert. KI ist der nächste große Schritt, und auf der APEC 2019 waren einige frühe Anfänge von KI im Energiemanagement zu sehen. Jedoch ist diese Technologie so neu, dass Entwickler darauf achten müssen, dass KI nicht auf einer zu frühen Entwicklungsstufe in ihre Energiemanagementsysteme einsickert. Dennoch ist der Einsatz von KI in Stromversorgungssystemen unumgänglich, und die Entwickler müssen darauf vorbereitet sein. Es steht zu befürchten, dass ein Stromversorgungssystem eines Tages die Arbeit verweigert und wie in „Odyssee im Weltraum“ antwortet: „Es tut mir leid, Dave, aber das kann ich nicht tun.“ Dann braucht es einen Plan B.

Für Plan B müssen Entwickler ihre Systeme redundant auslegen oder – besser noch – ein todsicheres alternatives System vorsehen, das die Funktion einer nicht wie geplant funktionierenden KI übernehmen kann, damit ein aufgabenkritisches System weiterlaufen kann.

KI im Smart Grid und in EE-Systemen

Als Sprungbrett für die KI diente der Einsatz von Expertensystemen, Fuzzylogik und künstlichen neuronalen Netzen (ANNs); auf diese Weise wurde bereits das Smart Grid (SG) revolutioniert und die EE-Systeme (erneuerbare Energien). KI kann die Performance und Anpassungsfähigkeit von Smart Grid und EE-Systemen erheblich verbessern; zugleich sind dies aber auch gute Beispiele für aufgabenkritische Systeme, die einen Plan B benötigen.

SGs bieten die einmalige Gelegenheit, dezentrale EE-Systeme in die Stromnetzarchitektur einzubinden und dieses Segment um Windkraft, Photovoltaik (PV) und andere erneuerbare Energiequellen zu erweitern.

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Bild 1: Schaubild vom Systemfluss und vom Wirken der KI in MPPT-1 und MPPT-2 in einer Windkraftanlage. Diese Systemarchitektur basiert auf einem Synchrongenerator mit internem Permanentmagnet (IPM).

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1. Wie lautet der Plan B?
2. Windkraftanlagen
3. Stromerzeugung in einem rein elektrisch angetriebenen Flugzeug

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