Klí ové prvky AMM/SG systém a jejich vlastnosti ve sv tle aktuálních zkušeností v R a zahrani í

Transkript

1 eská akademická expertní skupina Klí ové prvky AMM/SG systém a jejich vlastnosti ve sv tle aktuálních zkušeností v R a zahrani í Shrnutí vybraných výsledk výzkumu realizovaného v roce 2015 pro EZ Distribuce, a.s.

2 estavení eská akademická expertní skupina pro otázky smart-metering a smart-grid Masarykova univerzita Centrum vzd lávání, výzkumu a inovací v informa ních a komunika ních technologiích - výkonná jednotka (CERIT-EU) Laborato softwarových architektur a informa ních systém eské vysoké u ení technické v Praze Fakulta elektrotechnická, Katedra telekomunika ní techniky Spolupracující firmy a experti 2

3 Použité metody a zdroje Analýzy výstup dosavadních realizovaných projekt zadavatele Analýzy dat poskytnutých zadavatelem Vlastní know-how realiza ního týmu, výstupy modelování a simulací Analýza evropského prost edí pokrývající Oblast regulativy (legislativa EU strukturovaná dle závaznosti a dopad, p edpisy v relevantních zemích EU); Sm vyplývajících z energetické politiky EU a dosavadních krok p i jejím napl ování; Evropské nebo evropskými zem mi i EU používané standardy; Analýzy výstup klí ových v deckých a demonstra ních projekt dotýkajících se významn AMM realizovaných d íve i nyní v Evrop Ostatní relevantní ve ejn dostupná data, dokumenty, prezentace atd. 3

4 eská akademická expertní skupina Systémový pohled na AMM/SG ešení

5 Komponenty a funkce AMM/SG system poskytuje Business funkce se sklada je zavisla na Subsystem poskytuje Technická funkce se sklada je zavisla Komponenta poskytuje Funkce komponenty 5

6 Business funkce BF 1. Ode ty pro vyú tování produkt a služeb BF 2. ízení zát že a tarif BF 3. Vzdálené p ipojení/odpojení, nastavování limit BF 4. Monitoring stavu a parametr distribu ní soustavy BF 5. P ímé poskytování údaj z elektrom ru zákazníkovi i za ízením u zákazníka BF 6. Odesílání informací zákazník m / za ízením prost ednictvím elektrom ru BF 7. Správa infrastruktury 6

7 Technické funkce TF 1. Sb r dat produkovaných prvky AMM infrastruktury TF 2. Povelování prvk AMM infrastruktury TF 3. ízení komunikace se za ízeními TF 4. Zpracování nam ených dat TF 5. Vým na informací s ostatními systémy TF 6. Monitoring stavu AMM infrastruktury TF 7. Vzdálená správa za ízení a infrastruktury TF 8. P íjem zpráv od dalších ú astník trhu TF 9. P ímé zp ístupn ní metrologických dat elektrom ru zákazníkovi i za ízení TF10. Správa d rnosti a integrity informací 7

8 eská akademická expertní skupina Bezpe nost a provozovatelnost AMM/SG ešení

9 Východiska obecn AMM/SG infrastruktura se od standardní IT infrastruktury VÝZNAMN liší kvalita komunika ních linek po et za ízení rozptýlenost za ízení v terénu ejímání standardních metod bezpe nosti a dohledování je technicky/ekonomicky nerealizovatelné Ukazuje se, že neefektivní provozování je velmi drahé, rizikové a m že vést až k celkovému neúsp chu projektu (viz zahrani ní zkušenosti) 9

10 Východiska dle zahrani ních zkušeností Bezpe nost systematicky ešena již od fáze návrhu šifrování dat na všech komunika ních rozhraních za použití standardních algoritm (p. N mecko a Rakousko závazný soubor bezpe nostních požadavk na Smart Meter Gateway). Dohledování Za ízení a infrastruktury Zajišt ní kvality dat Vyhodnocování úsp šnosti provozování Integrace IT systém Data z AMM/SG využitelná pro další procesy PDS Kvalitní technická a geografická (GIS) evidence Konzistentnost a aktuálnost Základ pro efektivní plánování a ízení implementace 10

11 Klí ová rizika a prost edky jejich eliminace Rizika únik i kompromitace ených dat podvrhnutí za ízení ovládaného t etí stranou (m idla, koncentrátoru, informa ního systému, ) Prost edky eliminace Šifrování komunikace na dvou úrovních na úrovni komunika ního kanálu na úrovni aplika ního protokolu pot eba ov it dopady na kvalitu komunikace Autorizace za ízení pomocí certifikát (PKI) 11

12 Unifikovaná architektura Cílem je eliminovat Nutnost dimenzovat všechny systémy pot ebující pracovat s daty z AMM/SG na tok /s Nutnost v každém systému separátn ešit základní zpracování dat (validace, estimace, agregace, ) Nekontrolovatelnou komunikaci více systém se za ízeními v terénu Potenciální nekonzistenci dat z AMM v r zných systémech (kv li jiným zp sob m estimace, agregace, ) Zpožd ní mezi p íjmem dat z terénu a možností jejich využití v dalších systémech 12

13 Unifikovaná architektura Systémy a uživatelé ízení zpracování požadavk ízení zpracování dat ízení komunikace Za ízení v terénu smart metery, datové koncentrátory, 13

14 eská akademická expertní skupina Komunika ní protokoly a systémy

15 Komunika ní protokoly aplika ní vrstva Klí ová pro funkci AMM systém DLMS/COSEM (Device Language Message Specification/Companion Specification for Energy Metering) - verze 8 eší zvýšení efektivity a bezpe nosti IEC SMITP (Smart Metering Information and Telecommunication Protocol) - Meters&More CLC/TS OSGP (Open Smart Grid Protocol) LonWorks bezpe nostní rizika ETSI GS OSG 001 V1.1.1 SML (Smart Message Language) dosud nestandardizován (N mecko) íležitosti DLMS/COSEM verze 8 eší adu nedostatk Zvýšení efektivity p enosu Zvýšení bezpe nosti - standardní mechanismy pro správu klí - PKI Identifikované problémy Nejednotnost v sou asných implementacích AMM Velká neefektivita p enosu Bezpe nostní rizika L5(-7) L4 L3 L2 L1 L0 Aplika ní DLMS/COSEM Transportní TCP Sí ová IP perspektivn verze 6 Spojová 6LoPLC Fyzická PRIME P enosové médium 15

16 Komunika ní protokoly nižších vrstev Transparentní komunikace centrála-elektrom r Standardní protokoly TCP/IP Perspektiva - dostate ný rozsah adres Protokol IP verze 6 Minimalizace režie na úzkopásmových kanálech Standard IEEE LoWPAN (IPv6 Low power Wireless Area Networks) 6LoPLC (IPv6 Low power Power Line Comunication) L5(-7) L4 L3 L2 L1 L0 Aplika ní DLMS/COSEM Transportní TCP Sí ová IP Spojová 6LoPLC Fyzická PRIME P enosové médium 16

17 Komunikace po silovém vedení NN ednosti Vlastní infrastruktura distributora Standardizace již pokro ila Vytvo eny podmínky pro interoperabilitu OFDM modulace Všechny systémy fungují na stejném principu Zm nu standardu lze ešit p ehráním SW Úzkopásmové PLC G3 (ITU-T G.9903) PRIME (ITU-T G.9904) G.hnem (ITU-T G.9902) IEEE Širokopásmové PLC (BPL) G.hn (ITU-T G.996x) IEEE

18 Komunikace po silovém vedení NN íležitosti Dosud jsou rezervy v dosažitelných parametrech pokro ilejší kódování v robustních módech dynamická bitová alokace modulace OFDM filtrované modulace OFDM Rizika Problematické médium (odrazy, nehomogenity, rušení) Zm ny topologie, migrace IEM, zm ny kanálu a rušení P eslechy mezi koncentrátory a sekcemi NN Nevhodné pro velmi rozptýlenou zástavbu Nevhodné pro selektivní osazování s velmi nízkým pom rem osazených/neosazených OM L5(-7) L4 L3 L2 L1 L0 Aplika ní DLMS/COSEM Transportní TCP Sí ová IP Spojová 6LoPLC Fyzická PRIME P enosové médium 18

19 Komunikace pomocí mobilní sít 2G 2G5 3G 4G 5G CSD A/B m ení GPRS, EDGE Instalované AMM UMTS CDMA MHz? LTE/LTE-A/LTE-M Perspektivní pro AMM Budoucí sít íležitosti Rizika Tém celoplošné pokrytí (95% populace a více) Komunikace jako služba (smluvn zajišt ny parametry) Širokopásmové sít LTE Více pásem (800, MHz) Dostate rychlosti a nízké zpožd ní Podpora kvality služby a M2M Závislost na telekomunika ních operátorech Postupný útlum 3G a 2G sítí (p echod na 4 a 5G) Omezená prostupnost signálu do budov Závislost propustnosti a dostupnosti na zatížení sít 19

20 Rozvoj bezdrátových sítí LTE licence p id leny platnost do ší ka pásma 2x10 MHz u 3 operátor v pásmu 800 MHz garance 5 Mbit/s (download), dostupnost min. pro 95 % populace Další frekvence LTE (LTE-A více pásem sou asn pro p enos dat) id leny v pásmu 2600 MHz (2016 probíhá dodate ná aukce) konverze pásma 2100 MHz 3G UMTS na LTE - v horizontu cca 5 let pásmo 700 MHz - tzv. digitální dividenda 2 (DVB-2) - po roce 2024 využití dosavadního GSM pásma 900 a 1800 MHz (dodate ná aukce) ekává se nejd íve po roce 2024 Další bezdrátové systémy pásmo 450 MHz (nyní technologie CDMA2000) širokopásmové systémy 3,7 GHz (pásma 5 40 MHz) - aukce 2016 sít pro Internet v cí (IoT), nízkorychlostní negarantované p enosy (LoRa, SIGFOX - pásmo ISM 868 MHz) 20

21 Hodnocení VN komunikace íležitosti Konvergence standard NN a VN Rozší ené pásmo PLC nad CENELEC P enos p ed TS VN/NN Induktivní vazba na pláš kabelu nezáleží na zm nách topologie VN sít není galvanicky spojena s vedením pod nap tím Kapacitní vazba podstatn ú inn jší, u BPL malé rozm ry Rizika P erušené plášt VN kabel Komplikace s odbo kami na vedení P echody vzduch-kabel na venkov Dlouhé linie a úseky VN mezi dts P eslechy mezi segmenty VN Rušení snížení propustnosti, výpadky komunikace El. bezpe nost p ipojení vazby do sekce VN PLC/BPL jen na NN (AMM) PLC/BPL jen na VN ( ízení dts) PLC/BPL na NN i VN Propojená technologie p enos signálu p es Tr VN/NN PLC CENELEC na NN vyšší pásma PLC na VN PLC na NN BPL na VN Sdílení komunika ní sít pro AMM a ízení, kombinace s optickými vlákny 21

22 Analýza komunika ních ešení ení a analýza - p íklady Problém nezakon ených odbo ek Ov eno simulacemi Nutnost maskování subkanál Optimáln dynamická alokace Parametry komunikace z dts Testy mobilní a VN PLC komunikace Originální metodika a za ízení FlowTester (flowtester.fel.cvut.cz) Datová propustnost, zpožd ní, ztrátovost paket, stabilita H [db] f [Hz] x

23 Shrnutí - perspektivy komunikace v AMM Na základ existujících poznatk a našeho odborného názoru: ipojení odb rných míst Je ú elné kombinovat komunikaci po silových vedeních (PLC/BPL) a mobilní sí Pro instalace s o ekávanou dobou života i po roce 2022 používat modemy kompatibilní s mobilní sítí LTE (za p edpokladu akceptovatelné ceny) Pásmo 450 MHz (nyní technologie CDMA2000) by se dalo potenciáln využít pro specifickou technologickou sí ale zatím licencováno jen do roku 2018 (žádoucí p echod na efektivn jší technologii) ipojení koncentrátor - dts Perspektivu dostate kvalitní komunikace pro AMM i ízení DS lze zajistit s využitím optických vláken (p íp. v kombinaci s BPL) Komunikace po VN je vhodná spíše pro v tší hustotu dts (m sta), kabelové trasy a to ve variant širokopásmové BPL, nebo vyšší pásma PLC (do 500 khz) V místech, kde není fixní p ipojení technicky i ekonomicky únosné lze využít mobilní komunikaci 23

24 eská akademická expertní skupina Zkušenosti n meckého modelu zavád ní smart-meteringu ípadová studie

25 mecká koncepce a realita smart-meteringu Velkoryse pojatý model univerzálního systému smart-meteringu Multi-utility (elekt ina, voda, plyn, teplo, ) Obecn nezávislý provozovatel m ení vs. distributor Koncept Smart Metering Gateway (SMGW) Centráln (BSI) definované požadavky na provozovatele m ení a dodavatele SMGW Momentáln stále v legislativním procesu Odezva spot ebitelských organizací (ú el, cena, bezpe nost) Odezva velkých distributor (náklady, provoz) 25

26 Co k tomu RWE jako klí ový distributor? Aktuální návrh zákona zp sobuje neefektivity zbyte prodražující zavedení SM a financování není dostate né Nákladov byla n mecká CBA studie zna podcen ná a tudíž i horní hranice cen za za ízení pro odb ratele Roll-out reáln nejd íve 2018 Chystaný zákon p edpokládá hv zdicovitou komunikaci mezi SMGW a odb rateli dat RWE navrhuje zachovat roli PDS jako centrální d ryhodné kotvy v systému a datového koncentrátora Jinak se duplikují procesy vyvažování nabídky/poptávky a komunikace mezi ú astníky trhu a provoz se prodražuje Podrobn viz Smart Meter Rollout - Entwurf eines Gesetzes zur Digitalisierung der Energiewende erste Analyse und Verbesserungsvorschläge, Dr. Oliver Franz RWE Deutschland AG,

27 kujeme za pozornost Doc. RNDr. Tomáš Pitner, Ph.D. Doc. Ing. Ji í Vodrážka, Ph.D. Mgr. Filip Procházka, Ph.D. Ing. Zbyn k Kocur, Ph.D. Mgr. Václav Stupka eská akademická expertní skupina 27