Tác giả: Fabio Bottoni, Dr. Bin Qiu và Dr. Song Zhang
Ngày đăng: 06/01/2026
Danh mục: Amazon API Gateway, Amazon AppFlow, Amazon Athena, Amazon Elastic Container Service, Amazon Elastic Kubernetes Service, Amazon Kinesis, Amazon Managed Service for Apache Flink, Amazon Managed Streaming for Apache Kafka (Amazon MSK), Amazon OpenSearch Service, Amazon SageMaker, Amazon Timestream, AWS AppSync, AWS Glue, AWS Lambda, Energy, Industries, Internet of Things

Khi bức tranh năng lượng toàn cầu đang chuyển dịch sang mô hình phân tán hơn, các nguồn năng lượng phân tán (DERs) không chỉ mang đến thách thức mà còn mở ra nhiều cơ hội cho các bên tham gia khác nhau trong thị trường năng lượng (các công ty điện lực, nhà lập pháp, nhà tổng hợp, người tiêu dùng và các nhà cung cấp dịch vụ).

Chúng tôi đã lên kế hoạch cho một loạt bài blog nhằm thảo luận cách các bên liên quan có thể tận dụng Amazon Web Services (AWS) để khai thác hiệu quả DERs. Trong bài viết đầu tiên này, chúng tôi sẽ khám phá cách các dịch vụ AWS có thể hỗ trợ các nhà tổng hợp xây dựng một hệ thống quản lý nguồn năng lượng phân tán (DERMS) vững chắc và có khả năng mở rộng theo sự tăng trưởng của doanh nghiệp.

Thách thức của nhà tổng hợp DER

Các nhà tổng hợp DER hoạt động trong một môi trường ngày càng phức tạp, nơi họ phải quản lý hiệu quả hàng nghìn tài sản năng lượng phân tán. Những tài sản này trải dài từ hệ thống điện mặt trời hộ gia đình, hệ thống lưu trữ pin công nghiệp cho đến mạng lưới trạm sạc xe điện quy mô lớn. Thách thức không chỉ dừng lại ở việc quản lý tài sản. Các nhà tổng hợp còn phải tối ưu hóa việc tham gia vào nhiều thị trường năng lượng khác nhau, đồng thời đảm bảo tuân thủ quy định và duy trì độ tin cậy dịch vụ ở mức cao.

Để thành công trong môi trường này, cần có các giải pháp tinh vi có khả năng giám sát và điều khiển theo thời gian thực, cũng như tích hợp với nhiều giao thức truyền thông khác nhau. Các giải pháp này còn phải thực thi các thuật toán dự báo và tối ưu hóa nâng cao, duy trì các biện pháp an ninh mạng mạnh mẽ và xử lý hiệu quả khối lượng dữ liệu khổng lồ. Những thách thức kỹ thuật này càng trở nên phức tạp hơn bởi tính không đồng nhất của danh mục DER. Các nhà tổng hợp phải hài hòa nhiều công nghệ khác nhau với thời gian phản hồi, ràng buộc vận hành và khả năng giao tiếp không đồng nhất.

Việc triển khai các giải pháp như vậy đòi hỏi một hạ tầng viễn thông vững chắc cùng các biện pháp an ninh mạng tiên tiến để bảo vệ lưới điện trước các mối đe dọa ngày càng gia tăng, đồng thời vẫn đảm bảo hiệu quả chi phí. Ngoài ra, các nhà tổng hợp còn phải xây dựng các chiến lược chào giá phức tạp, xét đến cả các ràng buộc cấp hệ thống lẫn giới hạn của từng DER riêng lẻ. Họ cũng cần xử lý các quy trình quyết toán phức tạp và quản lý rủi ro tài chính trên nhiều sản phẩm thị trường.

Bối cảnh pháp lý cũng đang tác động mạnh đến cách các đơn vị vận hành lưới điện đưa ra quyết định giải quyết các thách thức này. Ví dụ tại Bắc Mỹ, việc triển khai FERC Order 2222 yêu cầu các Regional Transmission Organizations (RTOs) và Independent System Operators (ISOs) cho phép các nhóm DER tham gia vào thị trường bán buôn. Quy định này đặt ra yêu cầu về quy mô tối thiểu (cụ thể, tổng hợp có thể nhỏ tới 100 kW), thiết lập các quy tắc tham gia song song giữa thị trường bán lẻ và bán buôn, đồng thời phối hợp với các đơn vị phân phối để đảm bảo vận hành lưới điện an toàn và tin cậy.

Một ví dụ khác là Khoản 14a của Energy Industry Act tại Đức, yêu cầu các Distribution System Operators (DSOs) phải chủ động quản lý các DER thuộc sở hữu khách hàng (như bơm nhiệt, bộ sạc EV và pin). Mặc dù quy định này giúp tăng cường sự ổn định của lưới điện thông qua điều khiển DER linh hoạt, nhưng nó cũng yêu cầu các nhà tổng hợp phải cân bằng cẩn thận giữa yêu cầu của DSO và các cam kết thị trường của họ.

Những khung pháp lý này cho thấy mối quan hệ đang thay đổi giữa các đơn vị vận hành lưới điện, chủ sở hữu DER và các nhà tổng hợp, đồng thời nhấn mạnh nhu cầu về các hệ thống quản lý và truyền thông ngày càng tinh vi hơn.

Tổng quan giải pháp

AWS cung cấp một bộ dịch vụ toàn diện giúp các DSO và nhà tổng hợp giải quyết những thách thức phức tạp của quản lý DER hiện đại. Trong các phần tiếp theo, chúng tôi sẽ đi sâu vào cách triển khai một kiến trúc DERMS cloud-native trên AWS để hiện thực hóa điều này.

Kiến trúc này nhằm giải quyết các điểm đau chính của ngành, bao gồm:

• Khả năng quan sát và điều khiển gần thời gian thực đối với các tài sản DER không đồng nhất
• Tích hợp nhiều giao thức truyền thông
• Tối ưu hóa động theo các ràng buộc của hệ thống phân phối
• Điều phối việc tham gia thị trường
• Mở rộng liền mạch từ hàng trăm đến hàng triệu thiết bị kết nối

Kiến trúc kết hợp năng lực edge computing, streaming dữ liệu mạnh mẽ, phân tích nâng cao và bảo mật cấp doanh nghiệp. AWS giúp các công ty điện lực chuyển mình từ vai trò nhà vận hành hệ thống phân phối truyền thống thành những đơn vị điều phối hệ thống phân tán tinh vi.

Hình 1 – Kiến trúc giải pháp tổng thể

1. Tích hợp DER tại biên (edge)

DER đặt ra những thách thức tích hợp đặc thù do tính đa dạng và sự phụ thuộc vào các giao thức công nghiệp truyền thống. Nhiều tài sản DER giao tiếp bằng các giao thức cục bộ như Modbus và DNP3, khiến việc tích hợp trực tiếp lên cloud trở nên không khả thi. Để giải quyết khoảng cách này, AWS cung cấp AWS IoT Greengrass, một runtime edge mã nguồn mở và dịch vụ cloud để xây dựng, triển khai và quản lý phần mềm thiết bị. Là một dịch vụ chạy tại edge, AWS IoT Greengrass có thể quản lý logic chuyển đổi các giao thức cục bộ sang định dạng tương thích với cloud. Dịch vụ này cho phép truyền dữ liệu an toàn và tin cậy lên AWS bằng các giao thức hiện đại, tiêu chuẩn hóa.

AWS IoT Greengrass sử dụng thiết kế dạng module: một số module do AWS cung cấp, trong khi các module khác có thể do khách hàng hoặc người dùng cuối phát triển. Ngoài ra, nhiều AWS Partners hỗ trợ trực tiếp hoặc tích hợp sẵn với AWS IoT Greengrass, cung cấp các bộ chuyển đổi giao thức và năng lực bổ sung nhằm đơn giản hóa việc tích hợp thiết bị.

Các hình thức tích hợp điển hình thông qua các giao thức tương thích với:

• Chuẩn IEEE 2030.5 (được sử dụng rộng rãi trong các công ty điện lực tại Bắc Mỹ)
• Modbus (phổ biến trong môi trường công nghiệp)
• DNP3 (rất phổ biến trong vận hành ngành điện)
• IEC-61850 (then chốt cho tự động hóa trạm biến áp)

2. Thu thập dữ liệu (Data ingestion)

Khi danh mục DER mở rộng từ hàng trăm lên hàng triệu tài sản, các công ty điện lực phải đối mặt với độ phức tạp ngày càng tăng trong việc quản lý đăng ký thiết bị, tổ chức tài sản theo vị trí hoặc loại, giám sát trạng thái vận hành và thực thi các hành động điều khiển phối hợp. AWS IoT Core đóng vai trò là trung tâm kết nối thiết bị an toàn, xử lý hàng triệu kết nối đồng thời từ các tài sản DER.

AWS IoT Device Management giải quyết các thách thức về khả năng mở rộng bằng cách cung cấp các khả năng toàn diện để đăng ký, nhóm, tìm kiếm, giám sát và quản lý từ xa các thiết bị edge ở quy mô lớn. Điều này cho phép các công ty điện lực tổ chức và điều khiển đội DER của mình một cách hiệu quả. Ví dụ, nhóm tất cả các pin trong một thành phố, mã bưu chính hoặc khu vực địa lý cụ thể để thực hiện các sự kiện đáp ứng nhu cầu (demand response) có phối hợp.

Đối với các tài sản DER cũ hoặc hiện hữu không thể nâng cấp nhanh chóng, AWS IoT Greengrass có thể đóng vai trò như một thiết bị quản lý trung gian. Cách tiếp cận này cho phép các thiết bị cũ tiếp tục sử dụng giao thức gốc của chúng, trong khi AWS IoT Greengrass xử lý việc chuyển đổi giao thức, bảo mật và kết nối cloud. Ngoài ra, một bộ chuyển đổi giao thức tùy chỉnh có thể cho phép tích hợp với các giao thức độc quyền hoặc legacy. Điều này đảm bảo rằng ngay cả các thiết bị không theo chuẩn cũng có thể được đưa vào hệ sinh thái DERMS mà không cần nâng cấp phần cứng.

Một trong những thách thức quan trọng nhất trong quản lý DER là duy trì khả năng điều khiển đáng tin cậy đối với các tài sản phân tán trong điều kiện kết nối mạng không ổn định. Các đơn vị vận hành lưới điện cần đảm bảo việc gửi lệnh và đồng bộ trạng thái, ngay cả khi thiết bị tạm thời mất kết nối. Dịch vụ AWS IoT Device Shadow giải quyết vấn đề này bằng cách duy trì một biểu diễn ảo bền vững (shadow) của mỗi thiết bị trên cloud.

Dịch vụ shadow này cung cấp ba góc nhìn trạng thái: trạng thái mong muốn (desired – hệ thống muốn thiết bị ở trạng thái nào), trạng thái được báo cáo (reported – trạng thái thiết bị được biết gần nhất), và trạng thái chênh lệch (delta – sự khác biệt giữa desired và reported). Khi thiết bị ngoại tuyến, mọi lệnh điều khiển sẽ được lưu trong desired state. Khi thiết bị kết nối trở lại, nó sẽ tự động nhận và xử lý các lệnh đang chờ, đảm bảo không có hành động điều khiển nào bị mất. Nếu phát sinh xung đột giữa cập nhật từ thiết bị và hệ thống, dịch vụ shadow sử dụng cơ chế last-writer-wins kèm theo theo dõi phiên bản để duy trì tính nhất quán dữ liệu.

AWS IoT Device Defender bảo vệ các thiết bị IoT bằng cách liên tục giám sát các hành vi bất thường, phát hiện vấn đề bảo mật và cảnh báo sớm các mối đe dọa tiềm ẩn trước khi chúng có thể làm ảnh hưởng đến toàn bộ đội thiết bị IoT.

Toàn bộ dữ liệu đi qua AWS IoT Core được định tuyến tới các dịch vụ AWS khác thông qua AWS IoT Rules. Mỗi IoT Rule sẽ chọn và gửi dữ liệu đến khối chức năng tiếp theo, là các dịch vụ Data Streaming.

3. Streaming dữ liệu (Data streaming)

Các nền tảng DERMS hiện đại phải xử lý các yêu cầu xử lý dữ liệu đa dạng, phản ánh sự phức tạp của vận hành DER. Các đơn vị vận hành lưới điện coi các DER được tổng hợp như các nhà máy điện ảo, đòi hỏi năng lực giám sát và điều khiển tương tự như các tổ máy phát điện truyền thống. Yêu cầu về thời gian trải rộng trên nhiều mức: các dịch vụ lưới điện quan trọng như đáp ứng tần số và hỗ trợ điện áp yêu cầu giám sát và điều khiển dưới 1 giây, thường trong khoảng 100 mili-giây đến 1 giây. Các tài sản DER lớn hơn (>1 MW) cung cấp dịch vụ dự phòng quay (spinning reserve) hoặc công suất yêu cầu giám sát trong khoảng 2 đến 4 giây, trong khi các DER sau công tơ (behind-the-meter) tham gia đáp ứng nhu cầu hoặc kinh doanh chênh lệch giá năng lượng thường báo cáo dữ liệu theo chu kỳ 5 đến 15 phút. Ngoài ra, các chức năng lập kế hoạch dài hạn và quyết toán cần dữ liệu lịch sử trong nhiều tháng hoặc nhiều năm để phân tích và tuân thủ quy định.

AWS cung cấp nhiều dịch vụ streaming khác nhau để đáp ứng các nhu cầu này:

• Amazon Kinesis Data Streams là dịch vụ serverless, lý tưởng để mở rộng hoặc thu hẹp nhanh chóng các triển khai DER mà không cần dự đoán trước dung lượng. Kinesis Data Streams tích hợp native với các dịch vụ AWS khác và được khuyến nghị cho các kiến trúc thuần AWS với số lượng DER kết nối/ngắt kết nối động.
• Amazon Managed Streaming for Apache Kafka (Amazon MSK) phù hợp với các triển khai DERMS ổn định hơn, có lưu lượng thông điệp dự đoán được. Amazon MSK có thể lưu trữ dữ liệu đã xử lý trong thời gian dài hơn và đóng vai trò như một lớp lưu trữ. Tính năng này có thể được dùng để tái xử lý dữ liệu trực tiếp từ Kinesis Data Streams mà không cần lưu trữ bên ngoài. Amazon MSK được khuyến nghị trong các trường hợp số lượng DER tương đối ổn định và kiến trúc không hoàn toàn thuần AWS.

Đối với các luồng dữ liệu ít nhạy cảm về thời gian hơn, chẳng hạn như lưu trữ dữ liệu telemetry phục vụ tuân thủ quy định hoặc lập kế hoạch dài hạn, Amazon Kinesis Firehose cung cấp một giải pháp không cần code. Dịch vụ này có thể nhận dữ liệu trực tiếp từ AWS IoT Core và ghi vào Amazon Simple Storage Service (Amazon S3), kèm theo các tùy chọn batching và phân vùng dữ liệu tích hợp sẵn.

4. Các lớp lưu trữ (Storage layers)

Như đã mô tả trước đó, các hoạt động DER trải dài trên nhiều thang thời gian khác nhau, từ phản hồi ổn định lưới điện ở mức mili-giây cho đến việc tham gia thị trường theo chu kỳ hàng giờ.

Điều này đòi hỏi một cách tiếp cận lưu trữ kép:

• Cơ sở dữ liệu chuỗi thời gian (4.1) cho các hoạt động thời gian thực có độ trễ thấp
• Data lake (4.2) cho phân tích lịch sử và lập kế hoạch với độ trễ cao hơn

Kiến trúc giải pháp được thiết kế để tối ưu hiệu năng và chi phí, đồng thời đáp ứng các yêu cầu thời gian đa dạng của quản lý DER hiện đại.

Cơ sở dữ liệu chuỗi thời gian (4.1 lưu trữ nóng) và data lake (4.2 lưu trữ lạnh)

Lớp lưu trữ nóng, được tối ưu cho truy cập độ trễ thấp, đóng vai trò then chốt đối với các hoạt động DER thời gian thực, nơi thời gian phản hồi tác động trực tiếp đến độ ổn định của lưới điện. Các chức năng nhạy cảm về thời gian (như điều tần) yêu cầu truy cập dữ liệu trong vài mili-giây, trong khi các chương trình đáp ứng nhu cầu thường cần thời gian phản hồi trong vài giây.

Amazon Timestream for InfluxDB đáp ứng các yêu cầu này, cho phép các công ty điện lực tập trung vào vận hành thay vì quản trị cơ sở dữ liệu. Đối với các truy vấn phức tạp hơn liên quan đến cả dữ liệu chuỗi thời gian và dữ liệu quan hệ, Amazon OpenSearch Service cung cấp khả năng lập chỉ mục và tìm kiếm linh hoạt. Dịch vụ này đặc biệt hữu ích cho phân tích sự cố và giám sát hiệu năng, nơi cần tương quan hành vi của DER với các sự kiện trên lưới điện.

Lớp lưu trữ lạnh, được triển khai bằng Amazon S3 và AWS Lake Formation, phục vụ các nhu cầu phân tích dữ liệu lịch sử và tuân thủ quy định. Lớp này lưu trữ dữ liệu vận hành toàn diện, từ telemetry của từng thiết bị riêng lẻ đến các chỉ số hiệu năng tổng hợp, thường được truy cập trong vài phút thay vì vài giây. Mặc dù thời gian phản hồi chậm hơn, chi phí cho mỗi terabyte lại thấp hơn đáng kể. Điều này đặc biệt quan trọng đối với các công ty điện lực phải quản lý nhiều năm dữ liệu vận hành DER phục vụ báo cáo tuân thủ và lập kế hoạch dài hạn. AWS Lake Formation tập trung hóa việc quản lý quyền truy cập và đơn giản hóa việc chia sẻ dữ liệu an toàn giữa các đơn vị trong tổ chức, điều cần thiết khi phối hợp với các cơ quan quản lý và đơn vị vận hành thị trường.

AWS Glue Data Catalog đóng vai trò là kho metadata trung tâm, giúp việc khám phá và quản lý tài sản dữ liệu trên toàn tổ chức trở nên nhanh chóng hơn. Catalog này duy trì danh mục đầy đủ các thuộc tính dữ liệu, schema và vị trí lưu trữ, giúp các nhóm dễ dàng tìm và truy cập dữ liệu lịch sử liên quan cho mục đích phân tích. AWS Glue bổ trợ bằng cách tự động hóa các tác vụ chuẩn bị và chuyển đổi dữ liệu, giúp tăng tốc quá trình phân tích xu hướng lịch sử và các mẫu hiệu năng.

Quyết định di chuyển dữ liệu từ lưu trữ nóng sang lưu trữ lạnh được thúc đẩy bởi việc cân bằng giữa tiết kiệm chi phí và yêu cầu truy cập dữ liệu. Dữ liệu trong lưu trữ nóng không còn được sử dụng cho các hoạt động DER thời gian thực mang tính nhiệm vụ sống còn (ví dụ, sau vài giờ hoặc một ngày) có thể được xem xét chuyển sang lưu trữ lạnh. Dữ liệu cũ này có thể được xác định trước theo ngưỡng thời gian để di chuyển sang lưu trữ lạnh nhằm tối ưu chi phí và hiệu năng.

5. Phân tích thời gian thực (Real-time analytics)

Giá trị thực sự của vận hành DER thể hiện qua ba khía cạnh then chốt. Thứ nhất, các đơn vị vận hành lưới điện dựa vào DER như những công cụ mạnh mẽ để quản lý phụ tải đỉnh và duy trì sự ổn định của lưới điện. Thứ hai, người tiêu dùng ngày càng quan tâm đến việc tối đa hóa lợi ích tài chính thông qua tham gia thị trường một cách chiến lược. Thứ ba, các công ty điện lực nhận thấy giá trị lớn khi sử dụng DER để trì hoãn các khoản đầu tư nâng cấp hạ tầng tốn kém.

Để hỗ trợ các mục tiêu này, các nền tảng DERMS phải xử lý và phân tích nhiều luồng dữ liệu thời gian thực khác nhau. Chúng bao gồm từ các phép đo điện áp, dòng điện cơ bản cho đến các tín hiệu thị trường phức tạp và dự báo thời tiết. Mỗi điểm dữ liệu đều đóng vai trò quan trọng trong việc đưa ra các quyết định điều độ sáng suốt, cân bằng giữa ổn định lưới điện và cơ hội thị trường.

Để triển khai các năng lực phân tích gần thời gian thực này, AWS cung cấp hai dịch vụ riêng biệt, phục vụ các use case khác nhau:

• Amazon Managed Service for Apache Flink vượt trội trong các kịch bản như điều phối hàng nghìn DER để đáp ứng tần số, nơi các thao tác có trạng thái (stateful) và xử lý exactly-once là tối quan trọng. Khả năng xử lý theo thời gian sự kiện (event time) của Flink khiến dịch vụ này đặc biệt phù hợp cho các ứng dụng như chào giá thị trường theo thời gian thực, nơi độ chính xác về thời điểm và thứ tự sự kiện là yếu tố quyết định.
• AWS Lambda bổ trợ cho kiến trúc này bằng cách xử lý các nhu cầu xử lý rời rạc, theo sự kiện. Dịch vụ này phù hợp cho các tác vụ như kiểm tra hợp lệ telemetry của từng thiết bị, xử lý cảnh báo hoặc cập nhật trạng thái thiết bị khi xảy ra các sự kiện cụ thể.

Trong một giải pháp DERMS toàn diện, hai dịch vụ này thường hoạt động song song. Flink đảm nhận các yêu cầu xử lý luồng liên tục, phức tạp, trong khi Lambda xử lý các tác vụ rời rạc, theo sự kiện.

6. Tích hợp ứng dụng (Application integrations)

DERMS cần tích hợp liền mạch với các hệ thống doanh nghiệp hiện hữu của công ty điện lực để vận hành hiệu quả.

Các tích hợp doanh nghiệp quan trọng bắt đầu từ:

• Hệ thống quản lý quan hệ khách hàng (CRM) cung cấp dữ liệu thiết yếu cho việc đăng ký chương trình DER, lập hóa đơn và quản lý dịch vụ
• Hạ tầng đo đếm tiên tiến (AMI) cung cấp dữ liệu tiêu thụ và sản xuất năng lượng theo thời gian thực từ các công tơ thông minh
• Hệ thống thông tin địa lý (GIS) cho phép nhận thức không gian về vị trí DER so với các tài sản lưới điện
• Hệ thống giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu (SCADA) cung cấp thông tin trạng thái lưới điện theo thời gian thực và khả năng điều khiển
• Hệ thống dự báo thời tiết hỗ trợ dự đoán sản lượng năng lượng tái tạo và mô hình phụ tải
• Hệ thống quản lý tài sản theo dõi lịch bảo trì và trạng thái vận hành của DER
• Hệ thống quản lý phân phối (DMS) đảm bảo phối hợp với vận hành hệ thống điện cấp cao

Những tích hợp này là yếu tố then chốt cho việc ra quyết định toàn diện. Ví dụ, kết hợp dữ liệu CRM với số liệu AMI cho phép triển khai các chương trình đáp ứng nhu cầu được cá nhân hóa, trong khi tích hợp GIS và SCADA cho phép điều độ DER có nhận thức theo vị trí để hỗ trợ điện áp. Nhiều công ty điện lực vẫn đang lưu trữ các hệ thống này on-premises, đòi hỏi một cách tiếp cận tích hợp linh hoạt để thích ứng khi các ứng dụng dần được di chuyển lên cloud.

AWS cung cấp các giải pháp phù hợp cho nhiều kịch bản tích hợp khác nhau. Amazon AppFlow đặc biệt hiệu quả trong việc tích hợp phần mềm dưới dạng dịch vụ (SaaS) với AWS. Dịch vụ này rất hữu ích cho các hệ thống CRM hiện đại như Salesforce hoặc các dịch vụ thời tiết trên cloud. Ví dụ, AppFlow có thể tự động đồng bộ dữ liệu đăng ký chương trình DER của khách hàng từ một CRM SaaS để phục vụ phân tích.

AWS AppSync, tận dụng GraphQL, là lựa chọn lý tưởng để xây dựng các API dữ liệu thời gian thực, tổng hợp thông tin từ nhiều nguồn. Trong bối cảnh DERMS, AppSync có thể tạo một API hợp nhất kết hợp dữ liệu SCADA trực tiếp, số liệu AMI và dự báo thời tiết, cho phép các thuật toán tối ưu DER hoạt động gần thời gian thực.

Đối với các hệ thống legacy on-premises, AWS Direct Connect cung cấp kết nối an toàn, băng thông cao, trong khi AWS Storage Gateway tạo cầu nối giữa dữ liệu on-premises và lưu trữ cloud. Amazon API Gateway, kết hợp với AWS Lambda, có thể tạo các lớp API serverless để tách rời các ứng dụng legacy.

7. Ứng dụng DERMS

Lớp ứng dụng DERMS đại diện cho logic nghiệp vụ cốt lõi, cung cấp cho các nhà tổng hợp một cách hiệu quả để quản lý đội DER của họ.

Dù sử dụng giải pháp của bên thứ ba hay phát triển ứng dụng tùy chỉnh, lớp này thường cần hỗ trợ ba năng lực nền tảng sau:

• Quản lý và điều khiển tài sản
  Điều phối logic cho việc đăng ký, cấu hình và vận hành các tài sản DER. Thành phần này tương tác với bản sao số (digital twin) của từng tài sản, thay đổi các tham số vận hành dựa trên tín hiệu từ lưới điện. Nó giao tiếp với dịch vụ AWS IoT Device Shadow để đảm bảo các hoạt động điều khiển lệnh đáng tin cậy, ngay cả khi kết nối mạng bị gián đoạn.
• Vận hành thị trường
  Xử lý việc tham gia vào các thị trường năng lượng khác nhau bằng cách tiếp nhận tín hiệu thị trường, quản lý chào giá và chào bán, cũng như điều phối việc điều độ tài sản. Thành phần này tương tác với các lớp streaming và phân tích để đưa ra quyết định sáng suốt về phân bổ tài nguyên và chiến lược tham gia thị trường.
• Quản lý dịch vụ lưới điện
  Xác minh việc cung cấp các dịch vụ lưới điện theo hợp đồng, chẳng hạn như điều tần, hỗ trợ điện áp và đáp ứng nhu cầu. Thành phần này xử lý các tín hiệu từ đơn vị vận hành lưới điện và chuyển chúng thành các hành động điều khiển phối hợp trên toàn bộ đội DER, đồng thời giám sát việc tuân thủ các yêu cầu dịch vụ và ràng buộc lưới điện.

Các năng lực cốt lõi này có thể chạy trên Amazon Elastic Compute Cloud (Amazon EC2) hoặc dưới dạng workload container hóa trên Amazon Elastic Container Service (Amazon ECS) và Amazon Elastic Kubernetes Service (Amazon EKS). Trong trường hợp sử dụng container, AWS Fargate cũng có thể được dùng để giao toàn bộ việc quản lý máy chủ cho AWS. Mặc dù phần lớn logic cốt lõi là các tiến trình chạy dài hạn, một số hàm theo sự kiện vẫn có thể được triển khai trên AWS Lambda để mở rộng nhanh và dễ quản lý hơn. Cuối cùng, metadata và cấu hình nên được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu được quản lý thông qua Amazon Relational Database Service (Amazon RDS).

Lưu ý rằng lớp ứng dụng này nên được thiết kế để tận dụng tối đa các thành phần kiến trúc còn lại cho quản lý dữ liệu, xử lý thời gian thực và tích hợp với các hệ thống bên ngoài.

8. Trí tuệ nhân tạo và máy học (Artificial intelligence and machine learning)

Năng lực trí tuệ nhân tạo và máy học (AI/ML) là yếu tố thiết yếu đối với các giải pháp DERMS hiện đại, cho phép dự báo, tối ưu hóa và phát hiện bất thường hiệu quả hơn. AWS cung cấp nhiều dịch vụ có thể được tận dụng để triển khai các chức năng quan trọng này mà không cần xây dựng hạ tầng ML phức tạp. Amazon SageMaker có thể đóng vai trò nền tảng để phát triển, huấn luyện và triển khai các mô hình ML ở quy mô lớn, trong khi Amazon Bedrock cung cấp khả năng truy cập đơn giản tới các foundation model hàng đầu thông qua một API duy nhất để xây dựng các ứng dụng generative AI.

Đối với các nhà tổng hợp DER, các ứng dụng ML chính bao gồm:

• Dự báo phụ tải và sản lượng
  Dự đoán hành vi của DER bằng cách kết hợp dữ liệu hiệu năng lịch sử với các yếu tố bên ngoài như dự báo thời tiết, tính mùa vụ và các sự kiện địa phương. Những dự báo này có vai trò then chốt đối với việc tham gia thị trường và cung cấp dịch vụ lưới điện. Bằng cách sử dụng các thuật toán dự báo tích hợp sẵn hoặc mô hình tùy chỉnh trên Amazon SageMaker, các nhà tổng hợp có thể tạo ra dự báo chính xác ở nhiều thang thời gian khác nhau, từ thời gian thực đến dự báo trước một ngày.
• Giám sát tình trạng thiết bị
  Sử dụng các mô hình ML để phát hiện bất thường trong hiệu năng DER và dự đoán các sự cố tiềm ẩn trước khi chúng xảy ra. Bằng cách xử lý dữ liệu telemetry thời gian thực thông qua các endpoint suy luận gần thời gian thực của Amazon SageMaker, giải pháp có thể nhận diện các mẫu hành vi bất thường và kích hoạt các hành động bảo trì phòng ngừa, từ đó nâng cao độ tin cậy của tài sản và giảm chi phí vận hành.
• Phân tích giá và hành vi thị trường
  Giúp tối ưu hóa các chiến lược tham gia thị trường. Các mô hình ML có thể phân tích dữ liệu thị trường lịch sử, mô hình thời tiết và điều kiện lưới điện để dự đoán biến động giá và xác định chiến lược chào giá tối ưu. Năng lực này có thể được triển khai bằng các thuật toán tích hợp sẵn của Amazon SageMaker cho phân tích chuỗi thời gian và học tăng cường (reinforcement learning).

9. Bảo mật và tuân thủ (Security and compliance)

Bảo mật là yếu tố tối quan trọng đối với các giải pháp DERMS phục vụ quản lý hạ tầng năng lượng trọng yếu. Do các nền tảng DERMS quản lý các tài sản DER then chốt của lưới điện và xử lý dữ liệu vận hành nhạy cảm, bảo mật phải được tích hợp ở mọi lớp của kiến trúc, đồng thời đáp ứng các quy định nghiêm ngặt của ngành như NERC CIP và IEC 62351.

Kiến trúc bảo mật DERMS tập trung vào ba miền bảo vệ chính:

• Bảo mật thiết bị và truyền thông
  Đảm bảo rằng các tài sản DER và hệ thống điều khiển của chúng được bảo vệ khỏi truy cập trái phép và can thiệp. AWS Certificate Manager quản lý vòng đời chứng chỉ số cho xác thực thiết bị, trong khi AWS Key Management (AWS KMS) tạo và kiểm soát các khóa mã hóa. Cơ chế xác thực và phân quyền thiết bị của AWS IoT Core đảm bảo chỉ các thiết bị đã đăng ký và được xác minh mới có thể kết nối với nền tảng DERMS. Tất cả các kênh truyền thông đều được mã hóa bằng các giao thức chuẩn ngành như TLS, bảo vệ tín hiệu điều khiển và dữ liệu telemetry khỏi bị nghe lén hoặc thao túng. Việc giám sát các tài nguyên AWS trong tài khoản được thực hiện bởi Amazon GuardDuty.
• Bảo mật vận hành
  Bảo vệ các chức năng ra quyết định và điều khiển cốt lõi của DERMS. AWS Identity and Access Management (IAM) triển khai kiểm soát truy cập dựa trên vai trò và nguyên tắc đặc quyền tối thiểu, đảm bảo rằng người vận hành chỉ có thể thực thi các lệnh trong phạm vi được ủy quyền. Tất cả các hoạt động và thao tác đều được ghi log trong Amazon CloudWatch để phục vụ khắc phục sự cố và báo cáo, trong khi AWS Security Hub cung cấp cái nhìn tổng thể về các cảnh báo bảo mật và trạng thái tuân thủ trên nhiều tài khoản AWS.
• Bảo vệ dữ liệu
  Bao gồm cả dữ liệu vận hành thời gian thực lẫn các bản ghi lịch sử phục vụ tuân thủ và phân tích. AWS KMS cung cấp mã hóa cho dữ liệu ở trạng thái nghỉ và khi truyền, trong khi AWS CloudTrail tạo các log audit bất biến cho mọi hoạt động hệ thống. Điều này là yếu tố thiết yếu cho cả giám sát bảo mật và tuân thủ quy định.

Hướng nhìn tương lai (Looking Ahead)

Quá trình chuyển đổi sang các nguồn năng lượng phân tán vừa là thách thức vừa là cơ hội đối với các nhà tổng hợp năng lượng. Kiến trúc được trình bày trong bài viết này cho thấy cách các dịch vụ AWS có thể được kết hợp để tạo ra một giải pháp DERMS vững chắc, có khả năng mở rộng, đáp ứng những yêu cầu phức tạp của thị trường điện hiện đại.

Bằng cách tận dụng các dịch vụ được quản lý của AWS, các nhà tổng hợp có thể tập trung vào hoạt động kinh doanh cốt lõi trong khi vẫn hưởng lợi từ một bộ dịch vụ và năng lực toàn diện. Kiến trúc này cho phép kết nối thiết bị an toàn và tin cậy ở quy mô lớn, kết hợp với khả năng xử lý và phân tích dữ liệu gần thời gian thực. Các dịch vụ lưu trữ linh hoạt đáp ứng cả nhu cầu dữ liệu thời gian thực lẫn dữ liệu lịch sử, trong khi các năng lực AI/ML nâng cao hỗ trợ dự báo và tối ưu hóa tinh vi. Tất cả được bảo vệ bởi các cơ chế bảo mật và tuân thủ toàn diện, được thiết kế cho hạ tầng trọng yếu.

Tính mô-đun của kiến trúc này cho phép các nhà tổng hợp bắt đầu từ những chức năng cơ bản và từng bước bổ sung thêm năng lực khi doanh nghiệp phát triển. Dù triển khai giải pháp tùy chỉnh hay tích hợp phần mềm DERMS của bên thứ ba, AWS đều cung cấp hạ tầng nền tảng để hỗ trợ thế hệ DERMS tiếp theo. Khi quá trình chuyển đổi năng lượng tăng tốc, kiến trúc này có thể tiếp tục tiến hóa để hỗ trợ các cơ hội thị trường mới, dịch vụ lưới điện mới và các công nghệ DER mới, giúp các nhà tổng hợp duy trì lợi thế cạnh tranh trong một bối cảnh năng lượng phân tán ngày càng năng động.

Liên hệ với một AWS Representative để biết thêm thông tin về cách chúng tôi có thể giúp tăng tốc hoạt động kinh doanh của bạn.

---

Tài liệu đọc thêm (Further reading)

• Concerto Optimize: securely manage and optimize the integration of behind- and front-of-meter distributed energy resources (DERs) in the electricity grid
• How to control distributed energy resources using AWS IoT
• DERMS on AWS
• Solutions for Energy and Utilities
• Security & Compliance for Energy & Utilities

Tác giả

Fabio Bottoni
Fabio Bottoni là kiến trúc sư giải pháp chuyên trách khu vực EMEA cho AWS Energy. Fabio tập trung làm việc với khách hàng để hỗ trợ hành trình chuyển đổi số của họ bằng công nghệ AWS. Với vai trò là một builder, anh yêu thích việc thiết kế và viết code cho các giải pháp mới. Trước khi gia nhập AWS, Fabio từng làm kiến trúc sư giải pháp CNTT tại Enel X và Capgemini, luôn tập trung mạnh vào các use case IoT.

Dr. Bin Qiu
Dr. Bin Qiu là Global Partner Solution Architect tập trung vào lĩnh vực Energy, Resources & Industries tại AWS. Ông có hơn 20 năm kinh nghiệm trong ngành năng lượng và điện lực, thiết kế, dẫn dắt và triển khai nhiều dự án lưới điện thông minh khác nhau, bao gồm nguồn năng lượng phân tán, microgrid, triển khai AI/ML cho tối ưu tài nguyên, ứng dụng cảm biến IoT cho bảo trì dự đoán thiết bị, tích hợp xe điện với lưới điện và nhiều lĩnh vực khác. Bin đam mê việc hỗ trợ các công ty điện lực đạt được chuyển đổi số và bền vững.

Dr. Song Zhang
Dr. Song Zhang là Senior Industry Specialist Solution Architect tại AWS Energy & Utilities, nơi ông dẫn dắt các giải pháp hiện đại hóa lưới điện cho các công ty điện lực và chuyên sâu về HPC, IoT, AI/ML và phân tích dữ liệu. Với hơn 15 năm kinh nghiệm trong ngành điện lực, Song tích cực đóng góp cho cộng đồng năng lượng – điện lực rộng lớn hơn. Ông lãnh đạo các nhóm liên chức năng phát triển các giải pháp đổi mới, giúp các công ty điện lực thúc đẩy chuyển đổi số và quá trình chuyển dịch năng lượng.