Standarder for elektriske kjøretøy og nett
"I fremtiden bør verktøy bli som orkesterdirigenter"
Frances Cleveland, en av de beste IEC-ekspertene på cybersikkerhet og sammenkobling av distribuerte energiressurser (DER) til nettet, fortellere-teknologiom de nyeste standardene for tilkobling av elektriske kjøretøyer (EV) til strømnettet og hvordan du holder dem sikre.
IEC baner vei for standarder for elbiler som brukes som DER for nettet, noe som betyr at elbiler kan lade strøm fra nettet, men også slippe ut energi til det når det er nødvendig. Er det noen nye standarder på dette området?
Det har vært mye fremgang, noe av det i IEC og noe av det utenfor IEC. En IEC-milepæl er publiseringen av IEC 63584 i 2024, basert på en viktig protokoll, åpen ladepunktprotokoll eller OCPP. Tidligere ga OCPP kun støtte for lading av elbiler. Som svar på nettstyringskravene for utlading av elbiler, tilbyr protokollen nå interoperabel kommunikasjon mellom ladestasjoner (EVSE) og forskjellige fleksibilitetsoperatører eller aggregatorer, og dermed i stand til å støtte forskjellige leverandører og de mange forskjellige regulatoriske kravene. Selve protokollen oppdateres slik at den oppfyller IEC 63460-anbefalingene utviklet i IEC Systems Committee for Smart Energy (SyC SE), som inkluderer elbiler som fungerer som DER-er ved lading så vel som ved utlading til hjemmet eller nettet. Denne standarden har nettopp blitt publisert. I fremtidige tillegg vil IEC 63584 inkludere flere av DER-funksjonene, inkludert å begrense lading og utlading, svare autonomt på frekvens og spenninger, og administreres akkurat som alle andre DER.
En annen standard på dette området er ISO 15118-20, som utvider kommunikasjonen fra EVSE til selve elbilene, etter behov. Denne protokollen oppdateres også aktivt for å gjenspeile kravene for at elbiler skal fungere som DER.
Er alle disse standardene komplementære eller konkurrerende?
De jobber alle på forskjellige nivåer. ISO 15118-20-standarden brukes til å kommunisere mellom EVSE og EV. IEC 63584-standarden brukes til å kommunisere mellom EVSE-ene og de eksterne systemene, for eksempel elektrisitetsaggregatorene. Begge brukes sammen med hverandre for å kommunisere datautvekslingene som kreves for å oppfylle funksjonskravene til kraftsystemet i IEEE 1547.
Hvordan samarbeidet ulike tekniske utvalg om dette?
IEC TC 57 publiserte IEC 61850-7-420, som definerer de semantiske informasjonsmodellene (dataobjektnavn og betydninger) som er nødvendige for å administrere DER-er. IEC 61850-dataobjektnavnene og deres betydninger brukes av følgende seks DER-relaterte kommunikasjonsprotokoller: IEC 61850-7-420, IEEE 2030.5, IEEE 1815.2 (DNP3), SunSpec Modbus, OCPP og ISO/IEC 105118-2. Dette betyr at IEC 61850-7-420 virkelig har blitt kilden til datanavn og betydninger, og er gullklumpen i hjertet av alle standarder som omhandler samspillet mellom nettet og DER-er.
Eksperter i TC 69, som publiserer standarder for elektriske energioverføringssystemer for elbiler, innså derfor at IEC 61850-7-420-standarden var det riktige grunnlaget for kommunikasjon med elbiler som kobles til nettet. De har en felles arbeidsgruppe (JWG11) med TC 57, som tar seg av forvaltningen av infrastruktur for lading og utlading av elbiler. En annen felles arbeidsgruppe (JWG15) inkluderer både TC 57 og TC 120, som utarbeider standarder for energilagringssystemer. JWG15 adresserer brukstilfellene og datakravene mellom fleksibilitetsoperatører, aggregatorer og EV-ladestasjoner.
SyC SE identifiserer hullene i arbeidet som utføres av disse gruppene. IEC 63460"EV-er som DER"foreslår metoder for å løse dem. Denne innsatsen fra SyC, sammen med arbeidet til de mange IEC- og ISO-ekspertene på dette EV-feltet, har vært avgjørende for oppdateringen av OCPP og ISO/IEC 15118-20, og hjulpet med erkjennelsen av at EV-er bare er en annen kilde til lagret energi for å støtte nettet (og deres eiere!).
Med den enorme veksten i salg av elbiler i 2024, var selskapene opptatt av at disse standardene skulle publiseres for å hjelpe dem med å imøtekomme den økende etterspørselen etter elektrisitet fra elbiler?
Ja. Jeg vil gi deg eksemplet med California i USA, som har det største antallet elbiler i dette landet. Verktøyene ble i utgangspunktet stoppet på å koble sammen de større ladestasjonene fordi de ikke kunne imøtekomme økningen i etterspørselen uten å oppgradere nettet for å håndtere dem. Men lovgivere i staten utstedte forskrifter som presset dem til å handle. Og plutselig, så snart loven ble vedtatt, handlet verktøy veldig raskt for å gjøre plass for disse nye bruksområdene. De hadde naturligvis noen forbehold, og introduserer regulatoriske krav som begrenser ladehastigheten i tider med høy etterspørsel, gyldige frem til nettoppgraderingene skal installeres. I tillegg, for hjem og mindre bedrifter, har prisene for--bruk blitt endret for å oppmuntre forbrukere til å ta betalt i tider med lav etterspørsel, for eksempel etter midnatt. Poenget er at det eksisterende standardlandskapet hjalp dem til å tilpasse seg raskt og gjøre plass for disse nye bruksområdene. Du må ha kommunikasjon mellom verktøyet, aggregatoren, hjemmet eller bedriften, enhetene i hjemmet og selve elbilen, som er både sømløs og sikker, og det er det standarder muliggjør.
Kan du fortelle oss mer om IEC-cybersikkerhetsstandarder for nettet og DER-er?
Ja. Det er den pågående innsatsen fra arbeidsgruppen min i TC 57 som utvikler IEC 62351 cybersikkerhetsstandarder, som jeg kaller "Hvordan gjøre det"-standardene. IEC har også utviklet IEC 62443-standardene som forteller deg "Hva du trenger å gjøre", men ikke hvordan du gjør det. IEC 62443-standardene utvides til å omfatte horisontale cybersikkerhetskrav, noe som betyr at forskjellige områder som energi og medisinsk utstyr modifiserer de grunnleggende IEC 62443-standardene for å gjenspeile deres mer spesifikke behov. Vi jobber med cybersikkerhetskravene for nettstasjoner akkurat nå og vil jobbe med DER-spesifikke krav. IEC 62443-4-2 kan også brukes til å teste cybersikkerheten til enheter, for eksempel DER-er.
Utenfor IEC gir IEEE 1547.3 anbefalinger for cybersikkerhet i DER-er, som kan brukes som veiledning av verktøy. I tillegg utvikler UL Solutions, en amerikansk-basert produktsikkerhets- og sertifiseringsorganisasjon, UL 2941-standarden for testing av cybersikkerheten til DER-er.
Hva er utfordringene for cybersikkerheten til nettstasjoner og DER-er?
Understasjoner og DER-er er svært forskjellige med hensyn til deres krav til cybersikkerhet. Transformatorstasjoner er 100 % kontrollert av verktøyet, som har full kontroll over hvilke tiltak de bør ta for å beskytte dem. DER-er har tvert imot forskjellige eiere, aggregatorer, produsenter, installatører og til og med forskjellige verktøy. For DER cybersikkerhet må du få en avtale mellom alle disse ulike enhetene om hvilket sikkerhetsnivå og hvilke protokoller du skal bruke, og den typen avtale kan være ganske problematisk. Produsentene av elbiler vil at vi skal holde oss utenfor deres verden - de vil for eksempel ikke at verktøy skal fortelle dem hva de skal gjøre.
Transformatorstasjoner er kritiske deler av utstyret for det elektriske nettet som kan være attraktivt for angripere på grunn av deres synlige rolle i å levere elektrisk kraft, en kritisk infrastruktur. Å angripe en enkelt DER kan imidlertid irritere eieren, men ikke mye mer. Bare hvis angrepet påvirker mange DER-er, vil det stige til å bli en kritisk trussel. De fleste transformatorstasjoner har en form for fysisk sikkerhet: de har gjerder, porter og hengelåser og noen ganger til og med kameraer, mens DER-er sjelden er fysisk beskyttet.
Fra et kommunikasjonsperspektiv bruker DER-systemer internett, som kan være usikkert, og produsenter distribuerer vanligvis Modbus, som ikke har noen sikkerhet, i sine DER-systemer. Så selv om sikrere protokoller brukes eksternt, er DER-nettsteder spesielt sårbare. Et av områdene hvor det er uenighet mellom forsyningsselskaper og DER-produsenter er hvor sikkerheten skal starte og hvem som er ansvarlig for å sikre hvilket utstyr – og hvem som reagerer på hvilke typer sikkerhetsangrep. Så det er noen av problemene vi har å gjøre med.
Kan du skade rutenettet ved å hacke en DER?
Risikoen ligger i kommunikasjonskanalen. Hvis en DER er koblet til nettet gjennom en kommunikasjonskanal, og skadevaren går gjennom kommunikasjonskanalen hele veien til andre DER-er, til aggregatoren og til og med verktøyet, og gir kontrollkommandoer for å slå systemene på og av tilfeldig og gjentatte ganger, vil det skape kaos på nettet. Det er en av våre største bekymringer.
Hva er hovedfokusområdene for TC 57 og SyC SE i fremtiden?
På kort sikt må vi sørge for at alle de forskjellige protokollene i EV-rommet oppfyller de samme kravene. På lengre sikt vil vi kreve at reguleringsmiljøet endrer sitt perspektiv på verktøyets rolle. Verktøy er pålagt å betjene alle elektrisitetsbelastninger i gjeldende reguleringsmiljø. Men i fremtiden kan vi se at det blir mer balanse mellom brukerne og nytten, med mer kommunikasjon og mer forståelse mellom dem. I fremtiden bør verktøy bli som orkesterledere, med brukere som importerer og eksporterer kraft til nettet på en fleksibel måte basert på begrensninger om nødvendig og på insentiver der det er mulig. Verktøyet vil administrere nettverket som et cybersikkert og pålitelig system. Vi er fortsatt et stykke unna det. Men vi tenker i de baner. Kunstig intelligens vil mest sannsynlig hjelpe oss alle til å nå disse målene.
Frances Cleveland er utdannet innen elektroteknikk og anvendt fysikk fra Harvard University og post{0}}utdannet i elektroteknikk og informatikk fra University of California i Berkeley.
Hun har ledet og konsultert om smarte nettinformasjons- og kontrollsystemprosjekter i elkraftindustrien i over 35 år. Hennes ekspertise har fokusert primært på interoperabilitetsstandarder for smartnettinformasjon, cybersikkerhetsproblemer, motstandskraften til strømnettet, smarte inverterfunksjoner for distribuerte energiressurser (DER) og integrasjon av systemer, inkludert DER-er, plugg-i elektriske kjøretøy, avansert måleinfrastruktur, distribusjonsautomatisering, transformatorstasjonsautomatisering og energimarkedsoperasjoner.