'Kraamkamer van het toekomstige elektriciteitsnetwerk'

Door: Bennie Mols

Op 1 oktober werd de Control Room of the Future in gebruik genomen in het Electrical Sustainable Power Lab van de TU Delft. Deze ultramoderne controlekamer kan elke verstoring van het elektriciteitsnet in een gecontroleerde onderzoeksomgeving nabootsen, van blikseminslagen tot cyberaanvallen.

Het simuleren van een cyberaanval op het elektriciteitsnetwerk is een fluitje van een cent in de Control Room of the Future. “We zullen je laten zien hoe we de cyberveiligheid onderzoeken”, zegt Alex Stefanov, universitair docent Intelligent Electrical Power Grids aan de faculteit Elektrotechniek, Wiskunde & Informatica van de TU Delft.

Een van zijn promovendi verandert ergens in de computercode ‘false’ door ‘true’. “Nu springen enkele stroomonderbrekers in het netwerk open”, zegt Stefanov. Op een groot beeldscherm, waarop de hoofdlijnen van het elektriciteitsnetwerk staan afgebeeld, gaat het nu razendsnel. Eerst valt één hoofdlijn uit. Een alarm rinkelt. Dan dondert nog een hoofdlijn onderuit. Een domino-effect van uitvallende lijnen volgt. Door elkaar heen ratelende alarmen maken een hels kabaal. Een groot deel van het elektriciteitsnetwerk is plat komen te liggen. Gelukkig gebeurt deze catastrofe alleen maar in de virtuele wereld.

Vele scenario’s

 

Dit is een van de vele mogelijke scenario’s die worden onderzocht in de Control Room of the Future. “Het hacken van een elektriciteitscentrale is moeilijk”, zegt Peter Palensky, hoogleraar Intelligent Electrical Power Grids, “maar het hacken van duizenden elektrische auto’s die zijn aangesloten op het elektriciteitsnetwerk, is een stuk eenvoudiger. We kunnen er maar beter vanuit gaan dat het elektriciteitsnetwerk wordt gehackt en bedenken hoe we cyberaanvallen kunnen opsporen en indammen, en hoe we mogelijke gevolgen kunnen oplossen. Perfecte bescherming is een illusie.” Palensky geeft leiding aan een tiental onderzoekers die werken met de Control Room of the Future.

In werkelijkheid vinden overal ter wereld voortdurend cyberaanvallen op elektriciteitsnetwerken plaats. Meestal worden ze in de kiem gesmoord en halen ze het nieuws niet. Af en toe gaat het echter goed mis. Zo legden in 2016 Russische cyberaanvallen op netbeheerders in Oekraïne delen van het elektriciteitsnetwerk plat. Recenter kreeg Pakistan hetzelfde voor elkaar in India. De Delftse onderzoekers richten zich echter niet alleen op de gevolgen van cyberaanvallen voor het elektriciteitsnetwerk, maar op allerlei soorten verstoringen: van gebroken transportleidingen tot kortsluitingen

“Ik ben gefascineerd door het samenkomen van de digitale en de fysieke wereld in de controle over het elektriciteitsnet”, zegt Stefanov. “Dat zijn twee verschillende werelden en als je ze samenbrengt, groeit de complexiteit van wat er allemaal kan gebeuren enorm.” Stefanov is technisch directeur van de controlekamer en heeft de onderzoeksfaciliteit zelf ontworpen. “Dat we het hele ecosysteem van de opwekking van de elektriciteit, het transport, de verdeling en het gebruik kunnen nabootsen, is uniek”, zegt hij. “Onze controlekamer is een innovatiecentrum waar de industrie en de academische wereld elkaar kunnen ontmoeten.” Studenten en promovendi kunnen er experimenteren, operators van het echte, fysieke elektriciteitsnetwerk komen er hun kennis delen en nieuwe kennis opdoen, en netbeheerders als TenneT, distributeurs als Alliander en Stedin, en verkopers als Siemens en General Electric willen er graag samen met de Delftenaren onderzoek doen.

Digitale tweeling


Experimenten uitvoeren op het echte elektriciteitsnetwerk is uiteraard uit den boze. Experimenten met een digitale tweeling, die zo goed mogelijk lijkt op het echte netwerk, bieden daarom uitkomst. Maar het blijft niet bij één digitale tweeling, vertelt Palensky: “Eigenlijk gebruiken we een hele familie aan simulaties, behalve een tweeling ook broertjes, zusjes, neven en nichten, allemaal met andere eigenschappen. Het elektriciteitsnetwerk is zo complex, dat we een heleboel verschillende simulaties moeten draaien om te onderzoeken wat er allemaal kan gebeuren bij verstoringen.”

In de Control Room of the Future gaat het toepassen van kunstmatige intelligentie (AI) een belangrijke rol spelen. “Wij gaan AI gebruiken om cyberaanvallen te detecteren, om verdedigingsstrategieën te ontwikkelen en om de menselijke operators ondersteunen die in de echte controlekamers werken”, zegt Stefanov. “Momenteel zitten er altijd mensen in de lus bij het controleren van het elektriciteitsnetwerk. Zij houden de elektrische vermogens en voltages in de gaten en zorgen dat het elektriciteitsaanbod goed wordt afgestemd op de vraag. Maar in de toekomst zou AI best een deel van de menselijke taken kunnen overnemen. Misschien krijgen we zoiets als in een vliegtuig, waar de menselijke piloten meestal de start en landing doen, maar de automatische piloot het meest voorspelbare deel van de vlucht voor zijn rekening neemt.”

“Idealiter moeten de menselijke operators kunnen leren van de AI”, vult Palensky aan, “en moet de AI kunnen leren van de menselijke operators. Het volledig vervangen van de mens, is, net als in een vliegtuig, nog heel ver weg.” Bovendien hebben de menselijke operators moeite om AI-beslissingen te accepteren zolang niet duidelijk is waarom het intelligente systeem ze voorstelt. “Dat laat zien dat we moeten werken aan uitlegbare beslissingen”, vervolgt Palensky, een belangrijk onderzoeksthema in het hele veld van de kunstmatige intelligentie.

Virtual reality

 

Hoe denken Palensky en Stefanov dat hun Control Room of the Future er over vijf tot tien jaar uitziet? “Ik hoop dat we tegen die tijd een digitale tweeling hebben van het hele Nederlandse elektriciteitsnetwerk”, zegt Palensky. “En misschien dat we dat dan zelfs kunnen koppelen aan digitale tweelingen van netwerken in enkele andere Europese landen. Ik zie het ook voor me dat menselijke operators met virtual-reality-brillen op hun werk doen. En vrijwel zeker zal AI een deel van de taken die mensen nu doen hebben overgenomen.”

De Control Room of the Future is als een kraamkamer voor het elektriciteitsnet van de toekomst. Zonder twijfel zullen er doorbraken nodig zijn in benodigde materialen, in het netwerkbeheer, in de topologie van het netwerk en in de algoritmen die het elektriciteitsnetwerk monitoren en controleren. “Wij voorzien een toekomst waarin de werking van het elektriciteitsnetwerk autonoom, intelligent, veilig en veerkrachtig zal zijn”, besluit Stefanov.

 

/* */