Стандарти для електромобілів і мережі
«У майбутньому комунальники мають стати диригентами оркестру»
Френсіс Клівленд, один із провідних експертів IEC з кібербезпеки та підключення розподілених енергетичних ресурсів (DER) до мережі, розповідаєe-techпро найновіші стандарти підключення електромобілів (EV) до електромережі та як забезпечити їх безпеку.
IEC прокладає шлях до стандартів для електромобілів, які використовуються як DER для мережі, що означає, що електромобілі можуть заряджати електроенергію від мережі, але також віддавати енергію в неї, коли це необхідно. Чи є якісь нові стандарти в цій сфері?
Було досягнуто значного прогресу, частково в IEC, а частково за межами IEC. Важливою віхою IEC є публікація стандарту IEC 63584 у 2024 році на основі важливого протоколу, протоколу відкритої зарядної точки або OCPP. У минулому OCPP підтримував лише заряджання електромобілів. Однак, у відповідь на вимоги управління мережею для розрядки електромобілів, протокол тепер пропонує взаємодіючий зв’язок між зарядними станціями (EVSE) і різними гнучкими операторами або агрегаторами, таким чином здатний підтримувати різних постачальників і багато різних нормативних вимог. Сам протокол оновлюється, щоб він відповідав рекомендаціям IEC 63460, розробленим Комітетом систем IEC для інтелектуальної енергії (SyC SE), які включають електромобілі, що діють як DER під час зарядки, а також під час розрядки до будинку чи мережі. Цей стандарт щойно опубліковано. У майбутніх доповненнях IEC 63584 включатиме більше функціональних можливостей DER, включаючи обмеження заряджання та розряджання, автономну реакцію на частоту та напругу та керування ним, як і будь-яким іншим DER.
Іншим стандартом у цій галузі є ISO 15118-20, який за необхідності розширює зв’язок від EVSE до самих електромобілів. Цей протокол також активно оновлюється, щоб відобразити вимоги до електромобілів, щоб діяти як DER.
Усі ці стандарти доповнюють один одного чи конкурують?
Всі вони працюють на різних рівнях. Стандарт ISO 15118-20 використовується для зв’язку між EVSE та EV. Стандарт IEC 63584 використовується для зв’язку між EVSE та зовнішніми системами, наприклад, агрегаторами електроенергії. Обидва використовуються в поєднанні один з одним для обміну даними, необхідних для виконання функціональних вимог енергосистеми IEEE 1547.
Як різні технічні комітети співпрацювали над цим?
IEC TC 57 опублікував IEC 61850-7-420, який визначає семантичні інформаційні моделі (назви та значення об’єктів даних), необхідні для керування DER. Назви об’єктів даних IEC 61850 та їх значення використовуються такими шістьма протоколами зв’язку, пов’язаними з DER: IEC 61850-7-420, IEEE 2030.5, IEEE 1815.2 (DNP3), SunSpec Modbus, OCPP та ISO/IEC 15118-20. Це означає, що IEC 61850-7-420 справді став джерелом назв і значень даних і є золотим самородком у центрі всіх стандартів, які стосуються взаємодії мережі з DER.
Експерти TC 69, який публікує стандарти щодо систем передачі електроенергії для електромобілів, усвідомили, що стандарт IEC 61850-7-420 є відповідною основою для зв’язку з електромобілями, які підключаються до мережі. У них є спільна робоча група (JWG11) з TC 57, яка займається управлінням інфраструктурою зарядки та розрядки електромобілів. Інша спільна робоча група (JWG15) включає як TC 57, так і TC 120, яка готує стандарти для систем зберігання енергії. JWG15 розглядає варіанти використання та вимоги до даних між операторами гнучкості, агрегаторами та зарядними станціями для електромобілів.
SyC SE визначає прогалини в роботі, яку виконують ці групи. IEC 63460«Електромобілі як DER»пропонує методи їх вирішення. Ці зусилля SyC разом із роботою багатьох експертів IEC та ISO у цій галузі електромобілів мали вирішальне значення для оновлення OCPP та ISO/IEC 15118-20 і допомогли усвідомити, що електромобілі є лише ще одним джерелом накопиченої енергії для підтримки мережі (і їхніх власників!).
Зважаючи на величезне зростання продажів електромобілів у 2024 році, чи хотіли комунальні підприємства опублікувати ці стандарти, щоб допомогти їм задовольнити зростаючий попит на електроенергію від електромобілів?
так Я наведу вам приклад Каліфорнії в США, де найбільша кількість електромобілів у цій країні. Комунальні служби спочатку зупинялися на з’єднанні великих зарядних станцій, оскільки вони не могли впоратися зі сплеском попиту без модернізації мережі, щоб впоратися з ними. Але законодавці штату видали правила, які спонукали їх діяти. І раптом, як тільки було прийнято законодавство, комунальні служби діяли дуже швидко, щоб звільнити місце для цих нових звичаїв. Природно, у них були деякі застереження, і вони запроваджують нормативні вимоги, що обмежують швидкість зарядки під час високого попиту, дійсні до моменту оновлення мережі. Крім того, для будинків і невеликих підприємств норми--користування змінено, щоб спонукати споживачів стягувати плату під час низького попиту, наприклад після півночі. Справа в тому, що існуючі стандарти допомогли їм швидко адаптуватися та звільнити місце для цих нових видів використання. Вам потрібен зв’язок між комунальною службою, агрегатором, будинком чи підприємством, пристроями в домі та самим електромобілем, який є безперебійним і безпечним, і це те, що дозволяють стандарти.
Чи можете ви розповісти нам більше про стандарти кібербезпеки IEC для мереж і DER?
так Моя робоча група всередині TC 57 постійно працює над розробкою стандартів кібербезпеки IEC 62351, які я називаю стандартами «Як це зробити». IEC також розробив стандарти IEC 62443, які повідомляють вам «Що вам потрібно робити», але не як це робити. Стандарти IEC 62443 розширюються, щоб включити горизонтальні вимоги до кібербезпеки, а це означає, що різні сфери, як-от енергетика та медичне обладнання, модифікують базові стандарти IEC 62443, щоб відобразити їх більш конкретні потреби. Зараз ми працюємо над вимогами кібербезпеки для підстанцій і будемо працювати над конкретними вимогами DER-. IEC 62443-4-2 також можна використовувати для тестування кібербезпеки пристроїв, таких як DER.
За межами IEC стандарт IEEE 1547.3 надає рекомендації щодо кібербезпеки в DER, які можуть використовуватися як керівництво для комунальних служб. Крім того, UL Solutions, -американська організація з безпеки та сертифікації продуктів, розробляє стандарт UL 2941 для тестування кібербезпеки DER.
Які виклики необхідно вирішити щодо кібербезпеки підстанцій і DER?
Підстанції та DER дуже відрізняються за вимогами до кібербезпеки. Підстанції на 100% контролюються комунальним підприємством, яке повністю контролює, які заходи вони повинні вживати для їх захисту. У ДЕР, навпаки, різні власники, агрегатори, виробники, інсталятори і навіть різні утиліти. Для кібербезпеки DER вам знадобиться угода між усіма цими різними організаціями щодо того, який рівень безпеки та які протоколи використовувати, і такий тип угоди може бути досить проблематичним. Виробники електромобілів хочуть, щоб ми трималися подалі від їхнього світу - вони не хочуть, щоб комунальні служби, наприклад, вказували їм, що робити.
Підстанції є критично важливими елементами обладнання для електричної мережі, які можуть бути привабливими для зловмисників через їх видиму роль у забезпеченні електроенергією, критично важливої інфраструктури. Однак атака на один DER може дратувати його власника, але не більше. Тільки якщо атака впливає на багато DER, вона стане критичною загрозою. Більшість підстанцій мають певну форму фізичної безпеки: вони мають огорожі, ворота та замки, а іноді навіть камери, тоді як DER рідко захищені фізично.
З точки зору комунікацій, системи DER використовують Інтернет, який може бути незахищеним, і виробники зазвичай розгортають Modbus, який не має безпеки, у своїх системах DER. Таким чином, навіть якщо зовні використовуються більш безпечні протоколи, сайти DER особливо вразливі. Однією з проблем, у яких виникають розбіжності між комунальними службами та виробниками DER, є те, з чого має починатися безпека, хто відповідає за безпеку якого обладнання та хто реагує на які типи атак безпеки. Тож це деякі з питань, з якими ми маємо справу.
Чи можете ви пошкодити мережу, зламавши DER?
Ризик полягає в каналі зв'язку. Якщо DER пов’язано з мережею через канал зв’язку, а зловмисне програмне забезпечення проходить через канал зв’язку до інших DER, до агрегатора й навіть утиліти, і дає команди керування випадковим чином і повторно вмикати та вимикати системи, це спричинить хаос у мережі. Це одна з наших головних проблем.
Які основні напрямки діяльності TC 57 і SyC SE у майбутньому?
У короткостроковій перспективі нам потрібно переконатися, що всі різні протоколи в просторі EV відповідають однаковим вимогам. У довгостроковій перспективі ми вимагатимемо, щоб регуляторне середовище змінило свій погляд на роль комунальних підприємств. Комунальні підприємства зобов’язані обслуговувати всі електричні навантаження в поточному нормативному середовищі. Але в майбутньому ми бачимо, що буде більше балансу між користувачами та утилітою, з більшим спілкуванням і більшим розумінням між ними. У майбутньому комунальні підприємства мають стати диригентами оркестру, коли користувачі імпортуватимуть і експортуватимуть електроенергію в мережу гнучким способом, заснованим на обмеженнях, якщо це необхідно, і на стимулах, де це можливо. Утиліта буде керувати мережею як кіберзахищеною та надійною системою. Ми ще досить далеко від цього. Але ми думаємо в цих умовах. Штучний інтелект, швидше за все, допоможе нам усім досягти цих цілей.
Френсіс Клівленд закінчила факультет електротехніки та прикладної фізики Гарвардського університету та отримала-аспірантуру з електротехніки та комп’ютерних наук Каліфорнійського університету в Берклі.
Понад 35 років вона керувала проектами інтелектуальної інформаційної системи та систем керування в електроенергетиці та консультувала їх. Її експертиза зосереджена насамперед на стандартах взаємодії інформації з інтелектуальною мережею, питаннях кібербезпеки, стійкості електромережі, функціях інтелектуального інвертора для розподілених енергетичних ресурсів (DER) та інтеграції систем, у тому числі DER, підключених-електричних транспортних засобів, розширених інфраструктур вимірювання, автоматизації розподілу, автоматизації підстанцій та операцій на енергетичному ринку.