Стандарты для электромобилей и сетей
«В будущем коммунальщики должны стать как дирижеры оркестра»
Фрэнсис Кливленд, один из ведущих экспертов IEC по кибербезопасности и подключению распределенных энергетических ресурсов (DER) к сети, рассказываетэлектронные-технологиио новейших стандартах подключения электромобилей (EV) к электросети и о том, как обеспечить их безопасность.
МЭК прокладывает путь к стандартам для электромобилей, используемых в качестве DER для сети. Это означает, что электромобили могут заряжать электроэнергию из сети, но также и отдавать в нее энергию, когда это необходимо. Есть ли какие-либо новые стандарты в этой области?
Был достигнут значительный прогресс, частично в МЭК, а частично за пределами МЭК. Важным событием IEC является публикация стандарта IEC 63584 в 2024 году, основанного на важном протоколе — протоколе открытой точки зарядки или OCPP. Раньше OCPP обеспечивал поддержку только зарядки электромобилей. Однако в ответ на требования управления сетью для разрядки электромобилей протокол теперь предлагает совместимую связь между зарядными станциями (EVSE) и операторами или агрегаторами различной гибкости, что позволяет поддерживать различных поставщиков и множество различных нормативных требований. Сам протокол обновляется, чтобы он соответствовал рекомендациям IEC 63460, разработанным Системным комитетом IEC по интеллектуальной энергетике (SyC SE), которые включают электромобили, действующие как DER при зарядке, а также при разрядке в дом или в сеть. Этот стандарт был опубликован только что. В будущих дополнениях стандарт IEC 63584 будет включать в себя больше функций DER, включая ограничение зарядки и разрядки, автономное реагирование на частоту и напряжение и управление, как и любой другой DER.
Еще одним стандартом в этой области является ISO 15118-20, который при необходимости расширяет возможности связи от EVSE до самих электромобилей. Этот протокол также активно обновляется, чтобы отразить требования к электромобилям, которые должны действовать как DER.
Все эти стандарты дополняют друг друга или конкурируют?
Все они работают на разных уровнях. Стандарт ISO 15118-20 используется для связи между EVSE и EV. Стандарт IEC 63584 используется для связи между EVSE и внешними системами, например агрегаторами электроэнергии. Оба используются вместе друг с другом для обмена данными, необходимыми для удовлетворения функциональных требований энергосистемы стандарта IEEE 1547.
Как над этим работали вместе разные технические комитеты?
IEC TC 57 опубликовал стандарт IEC 61850-7-420, который определяет модели семантической информации (имена и значения объектов данных), необходимые для управления DER. Имена объектов данных IEC 61850 и их значения используются следующими шестью протоколами связи, связанными с DER: IEC 61850-7-420, IEEE 2030.5, IEEE 1815.2 (DNP3), SunSpec Modbus, OCPP и ISO/IEC 15118-20. Это означает, что IEC 61850-7-420 действительно стал источником названий и значений данных и является золотым самородком, лежащим в основе всех стандартов, касающихся взаимодействия сети с DER.
Таким образом, эксперты ТК 69, который публикует стандарты по системам передачи электрической энергии для электромобилей, поняли, что стандарт IEC 61850-7-420 является подходящей основой для связи с электромобилями, подключаемыми к сети. У них есть совместная рабочая группа (JWG11) с ТК 57, которая занимается управлением инфраструктурой зарядки и разрядки электромобилей. В другую совместную рабочую группу (JWG15) входят ТК 57 и ТК 120, которые разрабатывают стандарты для систем хранения энергии. JWG15 рассматривает варианты использования и требования к данным между операторами гибкости, агрегаторами и станциями зарядки электромобилей.
SyC SE выявляет пробелы в работе, проводимой этими группами. МЭК 63460«Электромобили как DER»предлагает методы их решения. Эти усилия SyC, наряду с работой многих экспертов IEC и ISO в этой области электромобилей, сыграли решающую роль в обновлении OCPP и ISO/IEC 15118-20 и помогли осознать, что электромобили являются всего лишь еще одним источником накопленной энергии для поддержки сети (и их владельцев!).
Учитывая огромный рост продаж электромобилей в 2024 году, были ли коммунальные предприятия заинтересованы в публикации этих стандартов, чтобы помочь им удовлетворить растущий спрос на электроэнергию со стороны электромобилей?
Да. Я приведу вам пример Калифорнии в США, где находится самое большое количество электромобилей в этой стране. Первоначально коммунальные предприятия медлили с объединением более крупных зарядных станций, потому что они не могли удовлетворить растущий спрос без модернизации сети для их обслуживания. Но законодатели штата издали постановления, побуждающие их действовать. И внезапно, как только закон был принят, коммунальные предприятия начали действовать очень быстро, чтобы освободить место для этих новых видов использования. У них, естественно, были некоторые оговорки, и они вводят нормативные требования, ограничивающие скорость зарядки в периоды высокого спроса, действующие до тех пор, пока не будут установлены обновления сети. Кроме того, для домов и небольших предприятий тарифы на время--использования были изменены, чтобы стимулировать потребителей взимать плату в периоды низкого спроса, например после полуночи. Дело в том, что существующий ландшафт стандартов помог им быстро адаптироваться и освободить место для новых применений. Вам необходимо обеспечить бесперебойную и безопасную связь между коммунальным предприятием, агрегатором, домом или бизнесом, домашними устройствами и самим электромобилем, и именно это позволяют стандарты.
Можете ли вы рассказать нам больше о стандартах кибербезопасности IEC для сетей и DER?
Да. Моя рабочая группа в ТК 57 постоянно занимается разработкой стандартов кибербезопасности IEC 62351, которые я называю стандартами «Как это сделать». МЭК также разработала стандарты МЭК 62443, в которых указано «что вам нужно делать», но не указано, как это сделать. Стандарты IEC 62443 расширяются за счет включения горизонтальных требований кибербезопасности. Это означает, что различные области, такие как энергетика и медицинское оборудование, изменяют базовые стандарты IEC 62443, чтобы отразить свои более конкретные потребности. Сейчас мы работаем над требованиями кибербезопасности для подстанций и будем работать над конкретными требованиями DER-. МЭК 62443-4-2 также можно использовать для тестирования кибербезопасности устройств, таких как DER.
За пределами IEC стандарт IEEE 1547.3 предоставляет рекомендации по кибербезопасности в DER, которые могут использоваться коммунальными предприятиями в качестве руководства. Кроме того, UL Solutions, американская-организация по безопасности и сертификации продукции, разрабатывает стандарт UL 2941 для тестирования кибербезопасности DER.
Какие проблемы необходимо решить в области кибербезопасности подстанций и РЭР?
Подстанции и РЭР сильно различаются с точки зрения требований к кибербезопасности. Подстанции на 100% контролируются энергокомпанией, которая полностью контролирует меры, которые следует принять для их защиты. У DER, наоборот, разные владельцы, агрегаторы, производители, установщики и даже разные утилиты. Для кибербезопасности DER вам потребуется заключить соглашение между всеми этими различными организациями о том, какой уровень безопасности и какие протоколы использовать, и такой тип соглашения может быть весьма проблематичным. Производители электромобилей хотят, чтобы мы держались подальше от их мира -, например, они не хотят, чтобы коммунальные службы указывали им, что делать.
Подстанции — это критически важные элементы оборудования для электросетей, которые могут быть привлекательными для злоумышленников из-за их заметной роли в обеспечении электроэнергией критически важной инфраструктуры. Однако атака на одиночный DER может вызвать раздражение его владельца, но не более того. Только если атака затронет многие DER, она станет критической угрозой. Большинство подстанций имеют ту или иную форму физической безопасности: у них есть заборы, ворота и висячие замки, а иногда даже камеры, в то время как РЭР редко защищены физически.
С точки зрения связи, системы DER используют Интернет, который может быть небезопасным, и производители обычно используют Modbus, который не имеет безопасности, в своих системах DER. Таким образом, даже если извне используются более безопасные протоколы, сайты DER особенно уязвимы. Одна из областей разногласий между коммунальными предприятиями и производителями РЭР заключается в том, с чего должна начинаться безопасность, кто отвечает за защиту какого оборудования и кто реагирует на какие типы атак безопасности. Вот некоторые из проблем, с которыми мы имеем дело.
Можно ли повредить сеть, взломав РЭР?
Риск связан с каналом связи. Если DER связан с сетью через канал связи, и вредоносное ПО проходит через канал связи до других DER, до агрегатора и даже коммунальной службы и дает управляющие команды для включения и выключения систем в случайном порядке и неоднократно, это приведет к разрушению сети. Это одна из наших главных проблем.
Каковы основные направления деятельности TC 57 и SyC SE в будущем?
В краткосрочной перспективе нам необходимо убедиться, что все различные протоколы в сфере электромобилей соответствуют одним и тем же требованиям. В более долгосрочной перспективе мы потребуем от регуляторной среды изменить свой взгляд на роль коммунальных предприятий. Коммунальные предприятия обязаны обслуживать все электрические нагрузки в действующей нормативной среде. Но в будущем мы увидим, что между пользователями и утилитой будет больше баланса, будет больше общения и понимания между ними. В будущем коммунальные предприятия должны стать подобием дирижеров оркестра, где пользователи будут импортировать и экспортировать электроэнергию в сеть гибким способом, основанным на ограничениях, если это необходимо, и на стимулах, где это возможно. Утилита будет управлять сетью как кибербезопасной и надежной системой. Мы еще далеки от этого. Но мы думаем в этих терминах. Искусственный интеллект, скорее всего, поможет нам всем достичь этих целей.
Фрэнсис Кливленд – выпускница Гарвардского университета по специальности электротехника и прикладная физика, а также аспирантка-по электротехнике и информатике Калифорнийского университета в Беркли.
Более 35 лет она руководила и консультировала по проектам информационных систем и систем управления интеллектуальными сетями в электроэнергетике. Ее опыт сосредоточен в первую очередь на стандартах совместимости информации в интеллектуальных сетях, вопросах кибербезопасности, устойчивости энергосистемы, функциях интеллектуальных инверторов для распределенных энергетических ресурсов (DER) и интеграции систем, включая DER, подключаемые к сети электромобили, современные инфраструктуры измерения, автоматизацию распределения, автоматизацию подстанций и операции на энергетическом рынке.