klí ové prvky amm/sg systém ½ a jejich vlastnosti ve sv ... · klí ové prvky amm/sg systém...
Post on 15-Aug-2020
5 Views
Preview:
TRANSCRIPT
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.
eská akademická expertní skupina
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
Systémový pohled na AMM/SG ešení
eská akademická expertní skupina
Komponenty a funkce
5
Business funkce
Technická funkce
Funkce komponenty
je zavisla
poskytuje
poskytuje
poskytuje
je zavisla na
AMM/SG system
Subsystem
Komponenta
se sklada
se sklada
Business funkce
6
• 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
Technické funkce
7
• 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
Bezpe nost a provozovatelnostAMM/SG ešení
eská akademická expertní skupina
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 chuprojektu (viz zahrani ní zkušenosti)
9
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
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
13
ízení komunikace
ízení zpracování dat
ízení zpracování požadavk
Za ízení v terénu – smart metery, datové koncentrátory, …
Systémy a uživatelé
Komunika ní protokoly a systémy
eská akademická expertní skupina
Komunika ní protokoly – aplika ní vrstva
15
L5(-7)•Aplika ní
•DLMS/COSEM
L4•Transportní
•TCP
L3•Sí ová
•IP – perspektivn verze 6
L2•Spojová
•6LoPLC
L1•Fyzická
•PRIME
L0•P enosové
médium
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)
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
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 IEEE802.15.4• 6LoWPAN (IPv6 Low power Wireless Area Networks) • 6LoPLC (IPv6 Low power Power Line Comunication)
16
L5(-7)•Aplika ní
•DLMS/COSEM
L4•Transportní
•TCP
L3•Sí ová
•IP
L2•Spojová
•6LoPLC
L1•Fyzická
•PRIME
L0•P enosové
médium
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
17
Úzkopásmové PLC
G3 (ITU-T G.9903)
PRIME (ITU-T G.9904)
G.hnem (ITU-T G.9902)
IEEE 1901.2
Širokopásmové PLC (BPL)
G.hn (ITU-T G.996x)
IEEE 1901
Komunikace po silovém vedení NNíležitosti
• 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
18
L5(-7)•Aplika ní
•DLMS/COSEM
L4•Transportní
•TCP
L3•Sí ová
•IP
L2•Spojová
•6LoPLC
L1•Fyzická
•PRIME
L0•P enosové
médium
Komunikace pomocí mobilní sít
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
2G• CSD
• A/B m ení
2G5• GPRS, EDGE
• Instalované AMM
3G• UMTS• CDMA2000 –
450 MHz?
4G• LTE/LTE-A/LTE-M
• Perspektivní pro AMM
5G• Budoucí sít
• 2025-2030
Rozvoj bezdrátových sítíLTE 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 % populaceDalší 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 komunikaceíležitosti
• 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
21
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
Analýza komunika ních ešeníení 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
22
0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6
x 105
-70
-60
-50
-40
-30
-20
f [Hz]
H [d
B]
Shrnutí - perspektivy komunikace v AMMNa 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
Zkušenosti n meckého modelu zavád ní smart-meteringu –
ípadová studie
eská akademická expertní skupina
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 FranzRWE Deutschland AG, 25.11.2015
26
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
kujeme za pozornost
27
top related