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.
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
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
eská akademická expertní skupina
Systémový pohled na AMM/SG ešení
Komponenty a funkce AMM/SG system
poskytuje
je zavisla na
se sklada
Subsystem
poskytuje
se sklada
Komponenta
Business funkce
Technická funkce
je zavisla
poskytuje
Funkce komponenty
5
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
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
eská akademická expertní skupina
Bezpe nost a provozovatelnost AMM/SG ešení
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
Východiska dle zahrani ních zkušeností •
Bezpe nost • •
•
Dohledování • • •
•
Za ízení a infrastruktury Zajišt ní kvality dat Vyhodnocování úsp šnosti provozování
Integrace IT systém •
•
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).
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
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
Unifikovaná architektura • Cílem je eliminovat • Nutnost dimenzovat všechny systémy pot ebující pracovat s daty z AMM/SG na tok 60.000/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
Unifikovaná architektura Systémy a uživatelé
ízení zpracování požadavk ízení zpracování dat ízení komunikace
Za ízení v terénu – smart metery, datové koncentrátory, …
13
eská akademická expertní skupina
Komunika ní protokoly a systémy
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 62056 • SMITP (Smart Metering Information and Telecommunication Protocol) Meters&More • CLC/TS 50568 • OSGP (Open Smart Grid Protocol) – LonWorks – bezpe nostní rizika • ETSI GS OSG 001 V1.1.1 • SML (Smart Message Language) • dosud nestandardizován (N mecko)
L5(-7) L4 L3 L2 L1
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
L0
•Aplika ní •DLMS/COSEM •Transportní •TCP •Sí ová •IP – perspektivn verze 6 •Spojová •6LoPLC •Fyzická •PRIME
•P enosové médium
15
Komunika ní protokoly nižších vrstev • Transparentní komunikace centrála-elektrom r • Standardní protokoly TCP/IP
L5(-7) L4 L3
• Perspektiva - dostate ný rozsah adres • Protokol IP verze 6
• Minimalizace režie na úzkopásmových kanálech • • •
Standard IEEE802.15.4 6LoWPAN (IPv6 Low power Wireless Area Networks) 6LoPLC (IPv6 Low power Power Line Comunication)
L2 L1 L0
•Aplika ní •DLMS/COSEM •Transportní •TCP •Sí ová •IP •Spojová •6LoPLC •Fyzická •PRIME
•P enosové médium
16
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)
Širokopásmové PLC (BPL) G.hn (ITU-T G.996x) IEEE 1901
G.hnem (ITU-T G.9902) IEEE 1901.2
17
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
Komunikace pomocí mobilní sít 2G
2G5
3G
4G
5G
• CSD • A/B m ení
• GPRS, EDGE • Instalované AMM
• UMTS • CDMA2000 – 450 MHz?
• LTE/LTE-A/LTE-M • Perspektivní pro AMM
• Budoucí sít • 2025-2030
íležitosti • Tém celoplošné pokrytí (95% populace a více) • Komunikace jako služba (smluvn zajišt ny parametry) • Širokopásmové sít LTE • Více pásem (800, 2100… 700 MHz) • Dostate rychlosti a nízké zpožd ní • Podpora kvality služby a M2M
Rizika • 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
Rozvoj bezdrátových sítí LTE licence p id leny 2014 - platnost do 30. 6. 2029 • •
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
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
Analýza komunika ních ešení ení a analýza - p íklady • • •
•
-30
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
-40 H [dB]
•
-20
-50
-60
-70 0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
f [Hz]
1.6 5
x 10
22
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
eská akademická expertní skupina
Zkušenosti n meckého modelu zavád ní smart-meteringu – ípadová studie
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
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, 25.11.2015
26
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
