Zebranie Koła SEP nr 43 Wrocław, 25 września 2012 Normalizacja międzynarodowa w dziedzinie sieci inteligentnych w elektroenergetyce

Transkrypt

1 Zebranie Koła SEP nr 43 Wrocław, 25 września 2012 Normalizacja międzynarodowa w dziedzinie sieci inteligentnych w elektroenergetyce mgr inż. Zdzisław Żurakowski Reprezentant SEP w Komitetach Technicznych nr 8, 50 i 183 Polskiego Komitetu Normalizacyjnego

2 PLAN REFERATU 1. WSTĘP 2. MODERNIZACJA I ROZWÓJ SIECI W KIERUNKU SMART GRIDS 3. ZABEZPIECZENIE SMART GRIDS 4. STANOWISKO IEC 5. PROPONOWANY PROJEKT 6. OPUBLIKOWANE W OSTATNICH LATACH PODSTAWOWE NORMY MIĘDZYNARODOWE DOTYCZĄCE SIECI TELEINFORMATYCZNYCH STOSOWANYCH W ELEKTROENERGETYCE Str. 2/19

3 1. WSTĘP Aktualny stan normalizacji w zakresie sieci teleinformatycznych w elektroenergetyce przedstawia Rysunek 1. a). Str. 3/19

4 b). Rysunek 1. Obecny stan normalizacji na której oparte są sieci teleinformatyczne w elektroenergetyce: a) w stacji elektroenergetycznej; b) na zewnątrz stacji. Wg raportu CIGRE: The automation of new and existing substations: why and how. Report sponsored by the CIGRE Study Committee B5, CIGRE, August Str. 4/19

5 Rysunek ten przedstawia stan, jaki powstał w wyniku indywidualnych inicjatyw poszczególnych przedsiębiorstw energetycznych od początku wdrażania informatyki i telekomunikacji do systemów elektroenergetycznych wraz ze wzrostem możliwości wynikających z rozwoju informatyki i telekomunikacji. Stan ten stawał się coraz bardziej uciążliwy i hamujący nadążanie za możliwościami, jakie dawał rozwój teleinformatyki. Między innymi bardzo zwiększał koszty opracowania oprogramowania nowego i konserwacji istniejącego oraz uniemożliwiał współpracę urządzeń różnych wytwórców. Spowodowało to powstanie w połowie lat dwóch grup roboczych, jednej w Stanach Zjednoczonych drugiej w Komitecie Technicznym 57 IEC, zmierzających do zmiany istniejącej sytuacji. Po pewnym czasie oddzielnej pracy okazało się, że opracowywane kierunki zmian w obydwu grupach są takie same. W roku 2002 opublikowane zostały pierwsze części pierwszej edycji normy IEC 61850, dotyczącej automatyzacji stacji, która bardzo szybko zdobyła światową akceptację i zaczęła być intensywnie wdrażana. Norma ta włączona została (jako norma główna) do podstawowej bazy norm technicznych smart grids (Core IEC Standards, ). Str. 5/19

6 Centrum sterowania 1 Uczestnik rynku IEC Centrum sterowania 2 EMS: IEC DMS: IEC EC, EDI ISO 9735 Server IEC (TASE 2) IEC (TASE 2) IEC Elektrownia konwencjonalna Elektrownia wodna IEC oraz [B.3]-[B.6] IEC IEC Elektrownia wiatrowa IEC IEC IEC Stacja 1 Stacja 2 Cała komunikacja w stacji: IEC Cała komunikacja w stacji: IEC Pomiary roziczeniowe energii Rysunek 2. Schemat standardów komunikacyjnych w systemie elektroenergetycznym, umożliwiających współpracę urządzeń różnych producentów, który ma zastąpić obecny stan, przeznaczonych także dla smart grids. Str. 6/19

7 2. MODERNIZACJA I ROZWÓJ SIECI W KIERUNKU SMART GRIDS Obserwowany w ostatnich dekadach rozwój sieci teleinformatycznej współpracującej z systemem elektroenergetycznym zmierza do coraz większej integracji tej sieci z system elektroenergetycznym, w którym sieć ta spełnia coraz więcej funkcji integrujących system. Tym samym spełnia coraz bardziej kluczową rolę dla bezpieczeństwa i niezawodności pracy systemu elektroenergetycznego, w tym także sieci przesyłowych i rozdzielczych. Dążenie do realizacji tych tendencji, znajduje odbicie między innymi w opublikowanej w ostatnich latach dużej liczbie ponad 20 norm międzynarodowych IEC, dotyczących budowy i zabezpieczeń sieci teleinformatycznych stosowanych w elektroenergetyce, systemów automatyzacji stacji, a także integracji generacji rozproszonej, itp. Normy te tworzone były na Zachodzie od końca lat W oparciu o te normy od kilku lat prowadzone są już prace projektowe i dokonane zostały pierwsze wdrożenia. W oparciu o doświadczenia z tych pierwszych wdrożeń przygotowywane są drugie edycje tych norm. Str. 7/19

8 W przygotowaniu tych norm i we wdrażaniu ich uczestniczą wszystkie czołowe koncerny Zachodnie decydujące o trendach światowych, jak ABB czy Siemens, które były także inicjatorami prac normalizacyjnych, prowadzących do opracowania tych norm. Wspomniane normy wydane zostały także jako normy europejskie, a duża część z nich także w tłumaczeniu na język polski jako Polskie Normy PN. Od niedawna prowadzone są też intensywne prace, zmierzające do stworzenia bazy międzynarodowych norm technicznych do budowy smart grids. Wymienione niżej w niniejszej propozycji projektu normy tworzą podstawę bazy międzynarodowych norm technicznych smart grids Aktualne tendencje w rozwoju sieci teleinformatycznych zmierzają do budowy sieci o takiej niezawodności przesyłu informacji i takiej pewności maksymalnego czasu przesyłu rzędu milisekund, że będzie możliwe wykorzystanie sieci teleinformatycznej na przykład do zabezpieczeń obszarowych sieci, czy automatycznej restytucji sieci po awarii, co nie jest na ogół możliwe obecnie. Str. 8/19

9 Sieć teleinformatyczna będzie zatem jakby inteligencją wbudowaną w sieć elektroenergetyczną, która będzie mogła w jakimś stopniu samoczynnie nadzorować pracę tej sieci, a nie jak obecnie, służyć tylko do zdalnego sterowania obiektami sieci za pomocą np. systemów SCADA. Stąd zapewne używana obecnie nazwa sieci inteligentne, czy smart grids, dla odróżnienia planowanego stopnia automatyzacji sieci od obecnego. Jednak chyba można również traktować ten proces jako normalny rozwój sieci, związany z jednej strony z rozwojem możliwości, jakie daje rozwój techniki, a z drugiej z rozbudową sieci, wzrostem wymagań co do niezawodności dostaw energii, itp. Czyli jako normalny rozwój sieci, jaki ma miejsce przez całą historię elektroenergetyki, od pojedynczych elektrowni zasilających przyłączonych do elektrowni odbiorców, poprzez połączenie tych elektrowni w sieci lokalne, a następnie w system elektroenergetyczny. Jednak tak rozumianą modernizację i rozwój sieci teleinformatycznej należy rozważać nie w kontekście modernizacji samej sieci teleinformatycznej, ale w kontekście modernizacji danej sieci elektroenergetycznej traktowanej jako całość, która obejmuje także obiekty elektroenergetyczne sieci, jak linie i stacje. Str. 9/19

10 Jeśli na etapie tworzenia koncepcji modernizacji sieci przesyłowej czy rozdzielczej będzie analizowane na przykład zapewnienie odpowiedniej niezawodności, to uwzględnienie nowych możliwości sieci teleinformatycznych, na przykład wspomniane wyżej zabezpieczenia obszarowe, minimalizujące zakres awarii, czy automatyczna restytucja sieci po awarii, będzie miało wpływ na koncepcję modernizacji lub rozwoju danej sieci elektroenergetycznej. Z informacji jakie można spotkać w publikacjach można wywnioskować, że w konkretnych przypadkach dotyczyć to może np. struktury sieci, czy wielkości mocy przesyłanych danymi liniami, tzn. parametrów technicznych obiektów sieci. Str. 10/19

11 3. ZABEZPIECZENIE SMART GRIDS W 2004 roku został opublikowany na Zachodzie jeden z pierwszych raportów na temat bezpieczeństwa elektronicznego systemów przemysłowych, tradycyjnie postrzeganych jako zabezpieczone przed zewnętrznym atakiem, ze względu na stosowanie zastrzeżonych rozwiązań oraz izolację od innych systemów techniki informatycznej. Raport zaskoczył środowiska przemysłowe. Ze wszystkich zgłoszonych incydentów wynikało, że najbardziej prawdopodobnymi skutkami elektronicznego ataku (cyber ataku) przemysłowego jest utrata oceny procesu technologicznego lub możliwości sterowania procesem. Od tego czasu rozpoczęły się na Zachodzie intensywne prace mające na celu ochronę sieci przemysłowych w tym smart grids. Z opublikowanych w ostatnich latach prac wynika, że zabezpieczenie systemów przemysłowych wymaga innego podejścia. W publikacjach używane są nawet dwa różne określenia: IT security oraz ICS security (Industrial Control System security). Str. 11/19

12 4. STANOWISKO IEC Z publikacji Międzynarodowej Komisji Elektrotechnicznej (IEC), wiodącej organizacji normalizacyjnej w dziedzinie elektrotechniki i elektroenergetyki, wynika, że IEC postrzega sieci inteligentne w elektroenergetyce (ang. energy smart grids) jako narzędzie do realizacji inteligentnej energii (ang. Smart Energy). Ma to sprostać obecnym szeroko znanym, rozpowszechnionym w publikacjach wyzwaniom, jakie stoją przed energetyką ze względu na duży wzrost zapotrzebowania na energię, duży wzrost wymagań dotyczących jakości energii, zużywanie się zasobów i przestarzałą infrastrukturę z jednej strony oraz ograniczenia na wytwarzanie, związane z ochroną środowiska i wymaganą redukcją CO2 z drugiej. W jednym ze swoich dokumentów IEC pisze, że z aktualnego stanu jasno wynika, że sprostanie aktualnej sytuacji wymaga prowadzenia intensywnych prac badawczych, analiz, prac projektowych i inwestycji, jednak przed tym należy uzyskać możliwie najszerszy światowy konsensus w zakresie co, gdzie, kiedy i dlaczego. Rolę międzynarodowej normalizacji IEC widzi jako techniczną pomoc i kanał do wyrażenia zbiorowej wiedzy i doświadczenia, zbiorowej mądrości w tej dziedzinie. Str. 12/19

13 5. PROPONOWANY PROJEKT Z oczywistych względów opublikowane przez Instytut Energetyki w Warszawie w 1986 roku "Wytyczne programowania i rozwoju sieci rozdzielczych (sieci 110 kv, śn i nn)" w publikacjach uznawane są za w dużym stopniu nieaktualne. Bardzo szybkie i dobrze oceniane wdrażanie w wielu krajach opublikowanych w ostatnich latach wspomnianych norm IEC sugeruje, że rolę takich wytycznych w modernizacji i rozwoju sieci w skali międzynarodowej będą mogły w jakimś stopniu spełniać wspomniane opublikowane w ostatnich latach i aktualnie opracowywane normy międzynarodowe. Normy te są jednak w Polsce znane słabo lub w ogóle oraz zawierają zagadnienia w dużej części nieznane aktualnie inżynierom elektrykom, którzy są gospodarzami systemu elektroenergetycznego, i są nieobecne w programach Wydziałów Elektrycznych Politechnik. Str. 13/19

14 Podstawowym wynikiem proponowanego projektu byłyby opracowania, opisujące następujące zagadnienia: 1. Cele i kierunki rozwoju systemów elektroenergetycznych wynikające z opublikowanych norm. 2. Cele i kierunki rozwoju sieci teleinformatycznych w sektorze elektroenergetyki oraz wytyczne budowy tych sieci, wynikające z norm i doświadczeń z ich wdrażania. 3. Pełny opis (podręcznik) przyjętego w normach sposobu modelowania systemu elektroenergetycznego w projektowaniu sieci teleinformatycznych, napisany od podstaw i w sposób przystępny dla wszystkich specjalistów pracujących w sektorze elektroenergetyki, tzn. elektryków, informatyków i specjalistów od telekomunikacji. 4. Zawarte w normach wytyczne zabezpieczania sieci teleinformatycznych stosowanych w sektorze elektroenergetyki wraz z opisem aktualnego stanu prac i inicjatyw. 5. Studium przypadku, analizujące możliwy wpływ modernizacji sieci teleinformatycznych na poprawę niezawodności i zdolności przesyłowych wybranego fragmentu sieci elektroenergetycznej (w projekcie 3 letnim). Str. 14/19

15 Przyjęto złożenie, że wymienione zagadnienia opisane byłyby w sposób możliwie zwięzły, zrozumiały dla wszystkich specjalistów w sektorze elektroenergetyki, tzn. elektryków, informatyków i specjalistów od telekomunikacji oraz łatwy do uwzględnienia na przykład w projektach modernizacji lub rozbudowy sieci. Na marginesie należy wyjaśnić, że oczywiście pożądane by było, aby w proponowanym projekcie uczestniczył informatyk i specjalista od telekomunikacji, jak również informatycy i specjaliści od telekomunikacji zatrudnieni w przedsiębiorstwach elektroenergetycznych mogliby i powinni uczestniczyć w warsztatach w trakcje realizacji projektu na równi z zaproszonym elektrykami, gdyby takie warsztaty uznane zostały za celowe. Projekt ten podstawowo adresowany był do elektryków. Elektrycy są gospodarzami systemu elektroenergetycznego i - zgodnie z istniejącymi zasadami dobrej praktyki i normami - to oni, jako gospodarze systemów elektroenergetycznych, we współpracy z zatrudnionymi w tym sektorze informatykami i specjalistami od telekomunikacji są odpowiedzialni za te systemy, w tym za rozwój systemów zabezpieczeń, automatyki i sterowania, jak również innych systemów komputerowych stosowanych w systemach elektroenergetycznych. Str. 15/19

16 W tym miejscu warto może przytoczyć następujące stwierdzenie zawarte w jednym z numerów czasopisma ELECTRA, wydawanego przez CIGRE, w artykule zatytułowanym CIGRE a edukacja w dziedzinie elektroenergetyki ( CIGRE and Electric Power Education ): Zgłoszono również obawy dotyczące praktyki zlecania na zewnątrz czynności firm finansów, techniki informatycznej, logistyki... w wyniku presji na koszty. Personel zarządzający i podejmujący decyzje jest często zewnętrzny w stosunku do środowiska inżynierów elektryków. Będzie to przyczyniać się do zniszczenia jakiejkolwiek atrakcyjności sektora elektroenergetyki. ( Concerns were raised also on the practice of outsourcing of Companies activities finance, IT, logistics... as a result of pressure on costs. Managers and decision-making level are often external to power engineering circles. This will contribute to shattering any attractive image of the Industry ), ELECTRA No. 223, December 2005, s. 22. Str. 16/19

17 6. OPUBLIKOWANE W OSTATNICH LATACH PODSTAWOWE NORMY MIĘDZYNARODOWE DOTYCZĄCE SIECI TELEINFORMATYCZNYCH STOSOWANYCH W ELEKTROENERGETYCE A. Normy dotyczące budowy sieci teleinformatycznych stosowanych w elektroenergetyce [1] IEC Telecontrol equipment and systems - Part 6: Telecontrol protocols compatible with ISO standards and ITU-T recommendations (TASE.2). [2] IEC Communication networks and systems in substations. Parts [3] IEC ( ) Communication networks and systems for power utility automation - Part 7-410: Hydroelectric power plants - Communication for monitoring and control. [4] IEC ( ) Wind turbines - Part 25-1: Communications for monitoring and control of wind power plants - Overall description of principles and models. [5] IEC ( ) Wind turbines - Part 25-2: Communications for monitoring and control of wind power plants - Information models. [6] IEC ( ) Wind turbines - Part 25-3: Communications for monitoring and control of wind power plants - Information exchange models. [7] IEC ( ) Wind turbines - Part 25-5: Communications for monitoring and control of wind power plants - Conformance testing. [8] IEC Application integration at electric utilities - System interfaces for distribution management. [9] IEC Energy management system application program interface (EMS-API). Str. 17/19

18 [10] IEC/TR Framework for energy market communications. [11] IEC/TR Ed1.0 ( ) Power system control and associated communications - Reference architecture for object models, services and protocols. [12] IEC Ed. 1.0 Communication networks and systems in substations - Part 7-420: Communications systems for distributed energy resources (DER) - Logical nodes (dokument roboczy TC 57 IEC). [13] IEC Ed. 1.0 Use of IEC for the communication between substations (dokument roboczy TC 57 IEC). [14] IEC Ed. 1.0 Use of IEC for the communication between control centers and substations (dokument roboczy TC 57 IEC). B. Normy dotyczące bezpieczeństwa komputerów i sieci teleinformatycznych stosowanych w elektroenergetyce [1] IEC/TR 62210: Power system control and associated communications - Data and communication security, [2] IEC/TS ( ) Power systems management and associated information exchange - Data and communications security - Part 1: Communication network and system security - Introduction to security issues. [3] IEC/TS ( ) Power systems management and associated information exchange - Data and communications security - Part 3: Communication network and system security - Profiles including TCP/IP. [4] IEC/TS ( ) Power systems management and associated information exchange - Data and communications security - Part 4: Profiles including MMS. Str. 18/19

19 [5] IEC/TS ( ) Power systems management and associated information exchange - Data and communications security - Part 6: Security for IEC C. Normy dotyczące bezpieczeństwa funkcjonalnego systemów programowalnych [1] IEC Functional safety of electrical/electronic/programmable electronic safety-related systems Parts 1 7. Norma ta jest podstawową publikacją z zakresu bezpieczeństwa funkcjonalnego systemów programowalnych. D. Normy dotyczące oceny i doboru narzędzi CASE oraz dokumentacji oprogramowania aplikacyjnego [2] IEC 61506:1997 Industrial process measurement and control Documentation of application software. [3] ISO/IEC 14102:1995 Information technology Guideline for the evaluation and selection of CASE tools. [4] ISO/IEC TR 14471:2007 Information technology Software engineering Guidelines for the adoption of CASE tools. Str. 19/19