BTU und TU Chemnitz forschen zu künstlicher Intelligenz für Stromnetze von morgen

Für die Energiewende werden nicht nur erneuerbare Energien im großen Stil benötigt, sondern auch intelligente Stromnetze. Die sogenannten „Smart Grids“ sorgen dafür, dass Energie nach dem Bedarf und damit effizient verteilt wird – zum Beispiel, wenn auf einen Schlag zahlreiche Elektroautos über Nacht Strom zum Laden benötigen.

Digitale Technologie spielt dabei eine wesentliche Rolle. Damit diese funktioniert und vor Angriffen und Störungen wie Hacking, Malware und Viren geschützt ist, werden ausgeklügelte Mechanismen benötigt, die autonom auf Basis Künstlicher Intelligenz umgehend eingreifen können. Genau das ist Ziel des Verbundprojekts „Wissensbasierte Anomalie-Erkennung mittels Künstlicher Intelligenz in kritischen Infrastrukturen“.

Die Federführung liegt an der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus-Senftenberg bei Prof. Dr.-Ing. Andriy Panchenko, Inhaber des Fachgebietes IT-Sicherheit. Projektpartner sind die Professur Künstliche Intelligenz (Prof. Dr. Fred Hamker) der Technischen Universität Chemnitz sowie die Unternehmen Lausitz Energie Kraftwerke AG (LEAG) in Cottbus, ASCORI GmbH & Co. KG Cottbus, migosens GmbH in Mülheim an der Ruhr und ZEDAS GmbH in Senftenberg. Als assoziative Partner gehören die RWE AG und die STEAG GmbH, beide in Essen, zum Projektteam.

Prof. Panchenko sagt dazu: "Sichere Cyber-Physische Systeme ist einer der Forschungsschwerpunkte des BTU-Lehrstuhls IT-Sicherheit. Ich freue mich sehr, dass wir zusammen mit unseren regionalen Partnern aus der Lausitz aber auch aus NRW und Sachsen einen Beitrag dazu leisten können, die Energienetze der Zukunft sicherer zu machen. Dazu werden wir KI-Methoden entwickeln, die die Anomalien anhand der Kommunikationsmuster erkennen werden. Unsere vorläufigen Forschungsergebnisse zeigen, dass dies sogar bei verschlüsseltem Netzwerkverkehr funktioniert."

Das Projekt wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) über einen Zeitraum von drei Jahren bis August 2023 mit 2,72 Millionen Euro gefördert.

„Smart Grids“ sind intelligente Stromnetze, mit denen – vereinfacht gesagt – Stromerzeugung, Verbrauch und Speicherung dynamisch gesteuert werden können. Mit diesem starken Anwendungsbezug zur Sicherheit von Smart Grids mittels KI leistet das Projekt einen wertvollen Beitrag zur gesellschaftlichen Akzeptanz von KI-Lösungen. Die automatische Erkennung von Anomalien und ein effektiverer Netzbetrieb stehen dabei im Vordergrund. Angriffe erzeugen Abweichungen vom technischen Normalzustand digitaler Systeme, die mit heute üblichen Verfahren der IT-Sicherheit häufig schwer zu erkennen sind. Mittels einer neuen Methode auf KI-Basis sollen diese Anomalien in Zukunft automatisiert erkannt werden. Hierzu wird ein Analyseverfahren entwickelt, in dem mehrere Methoden maschinellen Lernens neuartig kombiniert werden, um die jeweiligen Vorteile der Ansätze zu nutzen.

Zudem vergleichen die Forscher diese Ansätze mit den klassischen, die an der Technischen Universität Cottbus-Senftenberg zum Einsatz kommen, um diese gegebenenfalls zu kombinieren. Insbesondere soll so ein effektives maschinelles Lernen auf Basis weniger oder unvollständiger Trainingsdaten erreicht werden.

Durch neuronale Netze wird die im Projekt entwickelte innovative Sicherheitslösung über den betrachteten Anwendungsfall hinaus schnell in anderen Umgebungen einsetzbar sein. Ein Anwendungsfall sind Netze der sogenannten kritischen Infrastrukturen (KRITIS-Sektoren) wie das Strom- oder Wassernetz. Eine solche Nutzung ist bereits in der Planung des Projekts angelegt.