УМНЫЕ ЭНЕРГОСИСТЕМЫ
ДУШКИН РОМАН ВИКТОРОВИЧ
ЭКСПЕРТ В ОБЛАСТИ РАЗРАБОТКИ СИСТЕМ ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА ДЛЯ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В РАЗЛИЧНЫХ ОБЛАСТЯХ
ПРИМЕНЕНИЕ СКВОЗНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ РЫНКА ЭНЕРДЖИНЕТ
И БАЛАНСИРОВКА НАГРУЗКИ ПРИ ПОМОЩИ ТЕХНОЛОГИЙ ИИ
Как технологии Искусственного Интеллекта изменят и уже меняют рынок Энерджинет?
СИЛЬНЫЙ и СЛАБЫЙ ИИ
Рассмотрим Искусственный Интеллект только в его слабом понимании. Сейчас нас мало интересует гипотетическая возможность создания или самостоятельного появления искусственного существа с самоосознанием, которого мы называем ИскИном для дифференциации от набора технологий, позволяющих решать задачи, традиционно относящиеся к прерогативе человека.
ПАРАДИГМЫ ИИ
Слабый ИИ представляет собой набор технологий, которые традиционно разделяются на несколько направлений или подходов, и все они группируются в две большие группы или парадигмы.
  • Нисходящая парадигма основана на логике и символьной математике, что позволяет осуществлять машинный вывод на знаниях, в том числе и в условиях неполноты входной информации, нечёткости или противоречивости данных, неопределённости и так далее. Для всех этих задач имеется довольно развитый математический аппарат. И также есть многочисленные формализмы представления знаний. А раз вывод на знаниях построен на правилах формальной логики, то такая ИИ-система вполне может объяснить полученные ею результаты.
  • С другой стороны есть многочисленные методы восходящей парадигмы, в рамках которой осуществляются попытки взойти от моделирования базовых «кирпичиков» к высшим функциям человеческого разума. Такими базовыми кирпичиками, к примеру, являются нейроны, или гены, или белки на метаболических путях. Наиболее интересными методами в этой парадигме являются искусственные нейронные сети и эволюционные алгоритмы. Эти методы позволяют самостоятельно находить решения оптимизационных задач, поскольку они сами обучаются на больших тестовых выборках данных. Но их проблема — невозможно с практической точки зрения объяснить результаты их работы.
    ГИБРИДНЫЕ СИСТЕМЫ
    В последнее время широко рассматриваются гибридные системы, в которых базовые функции выполняются при помощи методов восходящей парадигмы, а высшие функции — при помощи методов нисходящей парадигмы. Использование этой архитектуры, в том числе, связано ещё и с тем, что технологии Искусственного Интеллекта начинают всё чаще и чаще использоваться в так называемых «задачах доверия», которые отличаются тем, что одно лицо должно доверять другому при использовании результата. К таким задачам относится производство продуктов питания и обеспечение безопасности. И вот тут одним из важнейших требований является возможность объяснения результатов принятия решений, в том числе и со стороны ИИ-систем. И гибридная парадигма вполне сможет помочь в этом вопросе.
      Возможности применения ИИ
      Перейдём к рассмотрению различных возможностей применения ИИ-технологий на рынках Энерджинета. Начнём с очень частных и конкретных задач и постепенно дойдём до глобальных.

      В последнее время искусственные нейронные сети, собранные в генеративно-состязательную схему, используются для автоматического проектирования разных устройств и агрегатов. Для этого такой связке нейронных сетей определяют набор требований и ограничений, после чего начинается процесс поиска и подбора. Довольно быстро они находят интересные решения, полностью подходящие под заданные условия и выполняющие требуемые функции. Эта модель используется для генерации изображений, написания текстов, создания рецептов, рисования выкроек и, кстати, проектирования узлов и приборов. Последнее вполне можно использовать и для Энерджинета.


      ИИ - проектировщик
      Опоры для линий электропередач вполне можно спроектировать особым методом, поставив в качестве условий стоимость и вес материалов, парусность, различные нагрузки и так далее. Не факт, что в результате получится такая же опора, которая обычно проектируется человеком — есть примеры проектов узлов, спроектированных этим методом, при взгляде на которые кажется, что их создал внеземной разум. В какой-то мере так оно и есть. Но они полностью выполняют свои функции, а при усилении требований и ограничений ИИ-система может найти решение намного быстрее человека, который вообще может опустить руки.
      Smart-электросети
      Наверняка есть задача проектирования и создания «умных» сетей электроснабжения. Что в этом случае понимается под словом «умный»? Как минимум, три аспекта:
      • Во-первых, при проектировании и прокладывании сетей необходимо решать задачу оптимизации маршрутов с учётом огромного количества факторов. Многокритериальная оптимизация в пространствах высокой размерности — это то, что Искусственный Интеллект умеет делать очень хорошо. Так что методы поддержки проектирования при помощи ИИ-технологий смогут или самостоятельно, или же в паре с проектировщиками и конструкторами создавать оптимальные трассировки линий электропередачи.
      • Во-вторых, когда уже есть построенная сеть электроснабжения, всегда возникает задача перебалансировки нагрузки, причём в динамическом режиме. Дело в том, что потребители никогда не сидят на одном месте — высокозатратные с точки зрения потребления энергии производства закрываются и открываются, большие массы людей переезжают с места на место, в зависимости от времени суток, дня недели, наличия локальных праздников и сезона года меняется потребность в электроэнергии в различных локациях, куда доводится электричество по сети. Несмотря на то, что эта задача в целом решена, скорее всего, при помощи методов Искусственного Интеллекта можно ещё больше оптимизировать этот процесс так, чтобы терялось ещё меньше энергии. А это значит, в свою очередь, что нагрузка на экологию будет меньше. Это здорово.
      • В-третьих, мы вообще сможем начать планировать потребности в электроснабжении на локальном и глобальном уровне, а это значит, что мы сможем более оптимально и эффективно инвестировать в отрасль. Кто может сейчас ответить, сколько мощностей генерации где и каких необходимо заменить на альтернативные источники энергии в пятилетней перспективе, чтобы максимально эффективно оптимизировать отрасль? Никто. Искусственный Интеллект при наличии всех необходимых знаний и собранных данных смог бы.
      Стратегическое управление
      Все эти задачи вполне решаются глобальной системой поддержки принятия решений, которая должна управлять всей отраслью генерации и распределения электроэнергии. Такая система должна собирать всю низкоуровневую информацию со всех предприятий, задействованных в отрасли — от всех электростанций всех типов, от всех подстанций распределения, от всех сетей. И она должна заниматься стратегическим управлением, имея в наличии модель объекта управления, планы по его модернизации и перспективы изменения той среды, в которой работает вся система электроснабжения. Когда (и если) такая система поддержки принятия решений будет построена, мы постепенно сможем отдавать ей все вопросы в самостоятельное решение, и она станет автоматической системой принятия решений. И тогда всё будет хорошо.
      Возможности применения ИИ на рынках Энерджинет — это и автоматическое проектирование узлов, и построение «умных» сетей электроснабжения, и глобальная система поддержки принятия решений для стратегического управления отраслью.
      резюме
      Технологии ИИ в Энерджинете:
      • Базовые технологии: Автоматическое проектирование деталей и узлов, умные сети электроснабжения
      • Глобальные задачи: Построение глобальной системы поддержки принятия решений в области энергетики на основе ИИ
      дополнительные материалы
      Книги:
      1. Рассел С., Норвиг П. Искусственный интеллект: современный подход = Artificial Intelligence: a Modern Approach / Пер. с англ. и ред. К. А. Птицына. — 2-е изд. — М.: Вильямс, 2006. — 1408 с. — 3000 экз. — ISBN 5-8459-0887-6.
      2. Николенко С., Кадурин А., Архангельская Е. Глубокое обучение. — СПб.: Питер, 2018. — 480 с. — ISBN 978-5-496-02536-2
      3. Джексон П. Введение в экспертные системы = Introduction to Expert Systems. — 3-е изд. — М.: Вильямс, 2001. — С. 624. — ISBN 0-201-87686-8.
      Курсы:
      1. Курс ФРОО «Введение в Искусственный Интеллект».