Rozproszone systemy monitoringu sieci elektroenergetycznej

Wydział Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Elektroniki Katedra Automatyki Napędu i Urządzeń Przemysłowych

Krzysztof Piątek

Plan prezentacji

1. Definicja systemu rozproszonego

2. Cechy systemu

3. Struktura systemu

4. Przykłady zastosowania

3

Rozproszony system pomiarowy

Ogół urządzeń pomiarowych, mediów transmisyjnych, urządzeń IT i oprogramowania

przeznaczony do ciągłego zbierania i przetwarzania danych pomiarowych z wielu punktów przez długi

okres czasu

4

Motywacja

Skąd wynika konieczność stosowania:

● kontrola stanu pracy sieci – przewidywanie i reagowanie na sytuacje awaryjne

● kontrola jakości energii elektrycznej w różnych punktach systemu

● przewidywanie i optymalizacja zużycia energii elektrycznej – rozliczenie z dostawcą

● Smart Metering – podstawa koncepcji Smart Grid

Nie tylko energia elektryczna, ale również woda, gaz itp. – zasoby podlegające ciągłej dystrybucji przez określone medium na dużym obszarze terytorialnym

5

Motywacja

Obszar zastosowania:

● inteligentne sieci elektroenergetyczne Smart Grid

● systemy ciągłego monitoringu w wydzielonych sieciach, np. dużych zakładach przemysłowych

● badania dorywcze stanu sieci: diagnostyka, poszukiwanie przyczyn awarii – jednocześnie w wielu punktach położonych w różnych miejscach

6

Inteligentne sieci elektroenergetyczne – Smart Grid

Bardzo szerokie pojęcie, określające sieci elektroenergetyczne kontrolowane z wykorzystaniem nowoczesnych technologii informatycznych

● zaawansowane technicznie rejestratory do pomiarów parametrów sieci – Smart Metering

● kontrola na każdym etapie przesyłu i rozdziału energii elektrycznej

● możliwość kontroli źródeł rozproszonych, odnawialnych, itp.

● centralny system zarządzania i zbierania danych oparty o technologie IT

7

Inteligentne sieci elektroenergetyczne – Smart Grid

Możliwości:

● zarządzanie rozproszonym wytwarzaniem energii elektrycznej

● elastyczność sieci, optymalizacja przesyłu, łatwość rozbudowy

● kontrola jakości dostarczanej energii

● dokładne dane o poborze energii i stanie sieci

● elastyczne taryfy cenowe dla klientów

8

Inteligentne sieci elektroenergetyczne – Smart Grid

Korzyści ze stosowania Smart Metering:

● zmniejszenie kosztów odczytów mierników

● wprowadzenie nowych, zorientowanych na użytkownika usług (np. taryfy)

● zwiększenie efektywności wykorzystania i oszczędności energii

● zwiększenie świadomości użytkowników końcowych, optymalizacja zużycia energii i zmniejszenie rachunków

9

Systemy ciągłego monitoringu w sieciach wydzielonych

Stosowane w sieciach wydzielonych:

● zakłady przemysłowe mające dużą sieć wewnętrzną

– kontrola w punktach rozliczeniowych – kontrola najważniejszych odbiorników

● duże budynki zapewniające podwyższoną jakość dostawy energii elektrycznej dla wynajmującego

– monitoring zasilania pomieszczeń

10

Systemy ciągłego monitoringu w sieciach wydzielonych

S ie

ć d o st

aw cy

S ie

ć w

ew n ęt

rz n a

110/6 kV

T2T1

110/6 kV 110/6 kV 110/6 kV 110/6 kV 110/6 kV 110/6 kV

T2T1 T2T1T3

Monitoring w punktach rozliczeniowych

Monitoring w punktach sieci wewnętrznej

Linie przesyłowe 110 kV

Linie kablowe 6 kV

Rozdzielnia 1 Rozdzielnia 2 Rozdzielnia 3

11

Pomiary dorywcze stanu sieci

● System instalowany w celu rozwiązania konkretnego problemu

– badania stanu sieci, poszukiwanie przyczyn awarii

● System złożony z rejestratorów przenośnych – łatwość instalacji i deinstalacji

– instalowanych w punktach pomiarowych – na czas pomiaru

● Użytkownicy wykwalifikowani – przeszkoleni w zakresie użytkowania systemu

● Nacisk na różnorodność zebranych danych – przebiegi chwilowe, zdarzenia, współczynniki itp.

12

Cechy rozproszonego systemu monitoringu

13

Cechy systemu

● System złożony z wielu elementów spełniających określone funkcje

– elementy sprzętowe: rejestratory, modemy itp. – oprogramowanie: serwisy WWW, bazy danych itp.

● Różnorodność funkcji – wymagania jakie stawiane są systemowi

● Budowa warstwowa – elementy systemu można pogrupować w warstwy o specyficznej funkcjonalności

– różne sposoby określania warstw systemu – skalowalność – możliwość rozbudowy

14

Budowa warstwowa

Rozróżnienie ze względu na przepływ danych:

1.Zbieranie danych – pomiar

2.Transmisja danych

3.Zarządzanie danymi i ich składowanie

4.Przetwarzanie danych

5.Prezentacja danych

Podział – możliwość zmiany technologii w obrębie pojedynczej warstwy bez konieczności zmian w pozostałych warstwach

15

Dziedzina interdyscyplinarna

Budowa i utrzymanie systemu wymaga specjalistów z różnych dziedzin:

● metrologia – zbieranie danych, przetwarzanie danych

● telekomunikacja, sieci komputerowe – przesyłanie danych

● informatyka, IT – przetwarzanie, składowanie i prezentacja danych

● i inne

16

Otwartość, interoperacyjność

Powstawanie systemu monitoringu:

● całościowe – jednolita architektura, wszystkie elementy systemu znane i niezmienne

● stopniowe – jednolita architektura, różnice wynikają z instalowanych urządzeń w chwili rozbudowy lub modernizacji systemu

● na bazie istniejącej infrastruktury pomiarowej lub SCADA – różne urządzenia, różne architektury, konieczność wprowadzania warstw tłumaczących

17

Otwartość, interoperacyjność

System zamknięty:

● rozwiązania własnościowe poszczególnych firm

● współpraca z konkretnie wyszczególnionymi urządzeniami i oprogramowaniem

– ograniczone możliwości rozbudowy – vendor lock-in

● współpraca z innymi urządzeniami utrudniona lub niemożliwa

– konieczność „tłumaczenia” formatów danych

● zachowana spójność i jednorodność sytemu

18

Otwartość, interoperacyjność

System otwarty:

● określenie standardów komunikacji między składnikami systemu

● współpraca z urządzeniami i oprogramowaniem wspierającymi dane standardy

– duże możliwości rozbudowy

● problemy współpracy

– możliwe problemy z kompatybilnością – niejednorodność systemu

19

Konieczność zapewnienia bezpieczeństwa

Raport CyberKnowledge i U.C.Berkeley dla California Energy Commission (październik 2005)

„Sensor networks may suffer from many layers of potential vulnerabilities: they are subject to the problems of computer networks in general [...] and additional physical attacks [...]”

Raport NIST (wrzesień 2009)

„Ensuring cyber security of the Smart Grid is a critical priority. To achieve this requires that security be designed in at the architectural level.”

20

Konieczność ochrony prywatności

Raport NIST The Cyber Security Coordination Task Group (wrzesień 2009)

„The lack of consistent and comprehensive privacy policies, standards, and supporting procedures [...] creates a privacy risk that needs to be addressed.”

Raport dla Information and Privacy Commissioner, Ontario, Canada (listopad 2009):

„[Smart Grid] introduces the possibility of collecting detailed information on individual energy consumption use and patterns within the most private of places – our homes.”

21

Zagadnienia bezpieczeństwa informacji

Złożony system wielowarstwowy wymaga całościowej koncepcji zapewnienia bezpieczeństwa informacji:

● bezpieczeństwo w każdej warstwie – rozwiązania techniczne i programowe

● polityka dostępu do danych – autoryzacja użytkowników, zarządzanie uprawnieniami

● polityka bezpieczeństwa systemu – reakcja na incydenty, zarządzanie informacjami poufnymi (np. hasła, klucze kryptograficzne)

22

Zagrożenia

● Zagrożenia w każdej warstwie

– sabotaż mierników – podmiana danych, „zanieczyszczenie bazy” –

oszustwa finansowe, zmiana statystyk, fałszowanie informacji o systemie

– przejęcie kontroli – szantaż, nadużycia systemu, dezorganizacja pracy

● Zagrożenia prywatności klientów – wycieki danych – profilowanie klientów – stwierdzenie obecności w budynku

23

Zagrożenia

● Wykorzystanie standardowych komponentów stosowanych w IT

– wykorzystanie zalet, ale również przejęcie podatności

●