Workshop om informationsmodel til formidling af data mellem aktørerne i et fremtidigt dansk smart grid 1
AGENDA 10.00-10.15 Velkomst v. Morten Trolle 10.15-10.30 Baggrund v. Morten Trolle - Oversigt over SG netværkets anbefalinger - Hvad er Dangrid og tidsfrister i DanGrid - Den politiske proces fremadrettet vedr. smart grid - Introduktion til delanbefaling 23 om informationsmodel 10.30-11.00 Formål og introduktion til Dangrid-arbejdsgruppen - Skitsering af væsentlige elementer i kommissoriet samt introduktion til arbejdsgruppen v. Morten Trolle - Hvad er en informationsmodel og hvorfor er den vigtig v. Preben Nyeng - Smart Grid model arkitektur afgrænsning af scope v. Knud Johansen 11.00-11.30 Adoptering af internationale standarder (f.eks. IEC 61850, IEC 61970) - Præsentation af det europæiske standardiseringsarbejde (M490) samt introduktion af relevante standarder i forhold til informationsmodelarbejdet v. David Tackie - Overview over IT-sikkerhedsområdet herunder IT-sikkerhedsstandarder med relevans for udveksling af information v. Knud Johansen 11.30-12.15 Frokost 12.15-15.00 Aktører, rolle og snitflader i det danske smart grid - Aktøroversigt v. David Tackie - Oversigt over scenarier som vi kigger ind i (fra Grp. 22 s scenarie-katalog) v. David Tackie - Præsentation af et konkret scenarie vedr. aktiv effekt (MW-DSO-Styring) - baseret på et bilateralt aftalekoncept v. Hans Knudsen - baseret på en markedsplads v. Preben Nyeng 2
Baggrund 3
Hovedkonklusioner fra rapporten Smart Grid i Danmark - et samarbejdsprojekt mellem Energinet.dk og Dansk Energi Forudsætninger 50 pct. vindenergi i elproduktionen 600.000 el- og plug-in hybridbiler 300.000 varmepumper i private husstande Resultater Politiske mål om øget elanvendelse giver helt nye investeringsbehov i elsystemet Smart Grid er en god investering for samfundet! Nettogevinsten er 6,1 mia. kr. Smart Grid understøtter et elsystem med stor andel vindmøller Smart Grid understøtter et større elforbrug f.eks. til elbiler og elvarmepumper 4
Hvornår og hvordan skal vi sætte ind? Fase 1: - Fastsætte nødvendige standarder for kommunikations og datamodeller med internationalt udsyn og kompatibilitet - Fastlægge roller og ansvar for systemansvar, netselskaber og kommercielle aktører 5
Forudsætninger for realisering af Smart Grid Danmark Politikerne Elselskaberne og Energinet.dk - Indtager en aktiv rolle i at skabe forudsætninger for en koordineret udvikling af Smart Grid Danmark - Justerer elnetselskabernes økonomiske rammer og regulering - Prioriterer forskning og demonstration - Understøtter international standardisering Elsektoren og vores leverandører - Udvikler markedet - Målretter investeringer - Driver innovation 6
Mange konkrete initiativer på vej, som får betydning for elsektorens arbejde og fokus 7
BRANCHE 1 4 22 23 Omkostningseffektiv timeafregning Integreret prissignal Koncept for styring af elsystemet Informationsmodel for formidling af data 24 25 35 Roadmap for udrulning af Smart Grid Roadmap for FUD indenfor Smart Grid Testlaboratorier for små virksomheder 13 18 Markedsudsætte systemydelser Kommunikationsstandarder for mindre elproducerende enheder ANSVAR FOR INITIERING BRANCHE OG MYNDIGHEDER 2 Tarifering der aktiverer fleksibelt forbrug 32 Adgang til data 3 Nyt markedsdesign for systemmarked 19 Smart Grid testordning Interoperabilitet i Krav til tjekliste for Tredjeparts måling af 20 Ladeinfrastruktur til 9 Smart Grid-løsninger 33 strøm 8 bygninger elbiler Styrke El-baserede 26 Nemmere at være forskningsinfrastruktur Smart Grid krav til 34 11 lagerteknologier 21 aggregator bygninger Lærings- og Integration af 29 informationsindsats Udbyg kompetencer 12 egenproduktion 30 hos professionelle Fælles ramme om 31 sikkerheden MYNDIGHEDER 5 6 7 15 Ny regulering af netvirksomheder Midlertidig justering af økonomisk regulering Tilvejebringe timeafregning Standardiserling af ladestandere til elbiler 16 17 27 28 Standardisering af elmålere Standardiseringsarbejde i Dansk Standard Forskning i komplekse sammenhænge Forskning i brugeradfærd 10 14 Balancerede afgifter for el til opvarmning Systemstabiliserende ydelser og distribution 2012-2013 2013-2015 TIDSMÆSSIG PRIORITERING 8
Anbefaling 23 - Konsolideret anbefaling om indførelse af dansk informationsmodel for formidling af data mellem elsektorens aktører Energinet.dk og Dansk Energi nedsætter arbejdsgruppe med henblik på at der ved udgangen af 2012 kan foreligge en konsolideret anbefaling om den fremtidige danske informationsmodel i elsystemet. Arbejdet skal koordineres med et konsolideret styringskoncept for elsystemet og følge anbefalingerne fra risikovurderingen omkring datasikkerhed
Et samarbejde mellem Energinet.dk og Dansk Energi om Smart Grid En udløber af Smart Grid Netværket under Klima- og energiministeren (2011) Der er etableret 3 arbejdsgrupper i DanGrid: - Arbejdsgruppe til indførelse af dansk informationsmodel for formidling af data mellem elsektorens aktører (D23) - Arbejdsgruppe til udarbejdelse af dansk koncept for data- og kommunikationsinfrastruktur til styring af elsystemet (D22) - Arbejdsgruppe til etablering af roadmap for Smart Grid med særlig vægt på elselskabernes opgaver (D24) Delrapporter fra arbejdsgrupper forventes sendt i høring henover sommeren 2012. Endelige rapporter forventes offentliggjort okt. 2012 Vil danne grundlag for politisk dialog om Smart Grid. 10
Den politiske proces Smart Grid Energiforlig - Bl.a. aftale med branchen om fjernaflæste målere Lovforslag om engrosmodel - Mulighed for at anvende tidsdifferentierede tariffer - Netvirksomheder får mulighed for at indgå aftaler med store erhvervsforbrugere eller producenter om afbrydelighed og/eller maksimale effektudtag i begrænsede tidsrum Serviceeftersyn af den økonomiske regulering af netselskaber, forsyningspligtreguleringen m.v. Ministerens Smart Grid strategi inden udgangen af 2012 11
Formål og introduktion til Dangrid-arbejdsgruppen
Arbejdsgruppens deltagere David Victor Tackie, Dansk Energi, dvt@danskenergi.dk telefon: +45 20 907 783 Hans Knudsen, DONG Energy, hknud@dongenergy.dk Knud Johansen, Energinet.dk, kdj@energinet.dk telefon: +45 7622 4530 Morten Trolle, Dansk Energi, mob@danskenergi.dk telefon: +45 22 750 418 Preben Nyeng, Energinet.dk pny@energinet.dk telefon +45 5138 0706 13
KOMMISSORIUM (D23) Udgangspunkt: Elsystemet med såvel tekniske og kommercielle aktører har brug for en fælles informationsmodel, hvorved data nemt kan formidles mellem aktørerne. - Sikre at der ikke opstår kunstige barrierer mellem elsystemets aktører - Undgå lock-in - Proprietære systemer vil bremse innovation og produktudvikling Arbejdet skal tage afsæt i fælles internationale Smart Grid standarder (IEC 61850,IEC 61970 og IEC 61968) Arbejdet har berøringsflade med delanbefaling 13, 18, 20, 31, 32 Arbejdsgruppens anbefaling skal muliggøre: At fælles dataegenskaber for måling, status, kontrolsignal mv. kan defineres således, at alle relevante aktører kan aggregere data og/eller tilføje nye aggregerede egenskaber At overhead i hele informationskæden til konvertering, fortolkning og andre omsætningsprocesser, som er påkrævet, når man benytter en harmoniseret informationsmodel, minimeres. De nødvendige forudsætninger for, at aktørerne kan udvikle effektive og brugbare plug n play løsninger og danne grundlag for, at der kan udvikles en dansk fortolkning af int. standarder som bedst muligt sikrer interoperabilitet og interchangeability (udskiftelighed)
- Hvad er en informationsmodel og hvorfor er den vigtig v. Preben Nyeng
Formål med en informationsmodel Grundlæggende at facilitere informationsdeling mellem komponenter inden for samme system eller mellem systemer men inden for samme domæne Beskrive information utvetydigt koncepter relationer constraints regler operationer på en delbar og organiseret form (dvs. i et formelt sprog) 16
Eksempel En informationsmodel er en veldefineret begrebsverden 17
Repræsentation Grafisk eller tekst-repræsentation UML er et eksempel på grafisk præsentation 18
En informationsmodel indeholder ikke Dataudvekslingsformater Formater for lagring af data Sikkerhedsformater Adgangskontrol 19
Eksempler på informationsmodeller Logical Nodes (LNs) IEC 61850 mfl. Common Information Model (CIM) IEC 61970 mfl. 20
- Smart Grid model arkitektur afgrænsning af scope v. Knud Johansen 21
- Smart Grid model arkitektur afgrænsning af scope 22 Reference: NIST Report on the Smart Grid Interoperability Standards Roadmap
- Smart Grid model arkitektur afgrænsning af scope 23 Reference: NIST Report on the Smart Grid Interoperability Standards Roadmap
- Smart Grid model arkitektur afgrænsning af scope 24 Reference: NIST Report on the Smart Grid Interoperability Standards Roadmap
- Smart Grid model arkitektur afgrænsning af scope v. Knud Johansen DSO Markedsplads TSO BA Service udbydere: Aggregatorer Elhandlere Prosumers/DER 25
Adoptering af internationale standarder (f.eks. IEC 61850, IEC 61970) 26
- Præsentation af det europæiske standardiseringsarbejde (M490) samt introduktion af relevante standarder i forhold til informationsmodelarbejde t v. David Tackie 27
Fokusområder Gap analyse, for at sikre at de nødvendige kommunikationsstandarder bliver udviklet. Interoperabilitet, således at forskellige producenters komponenter kan snakke sammen på en struktureret og ensartet måde. Datasikkerhed, både persondata og systemsikkerhed. 28
M490 Struktur 29
Tidsplan - Udviklingen af standarder 30
Liste med internationale kommunikationsstandarder klar 31.12.2012 IEC 61850: Substation Automation IEC 61968: Common Information Model (CIM) Distribution Management IEC 61970: Common Information Model (CIM) Energy Management IEC 62351: Cybersecurity 31
SGAM - Den Europæiske model 32
Relevante standarder 33 IEC 61850-7-420 IEC 61850-7-4
Overview over IT-sikkerhedsområdet herunder IT-sikkerhedsstandarder Reference: IEC TC57 Security Standards for the Power System s, Frances Cleveland, Utility Consulting Int., US 34
Overview over IT-sikkerhedsområdet herunder IT-sikkerhedsstandarder Security Requirements, Threats, and Attacks Confidentiality Integrity Availability Non-Repudiation Unauthorized Access to Information Unauthorized Modification or Theft of Information Denial of Service or Prevention of Authorized Access Denial of Action that took place, or Claim of Action that did not take place Listening Interactions Planted in System Eavesdropping Masquerade Virus/Worms Traffic Analysis EM/RF Interception Indiscretions by Personnel Media Scavenging Bypassing Controls Authorization Violation Physical Intrusion Man-in-the-Middle Trojan Horse Trapdoor Service Spoofing After-the-Fact Stolen/Altered Repudiation Denial of Service Integrity Violation Resource Modification Exhaustion Theft Intercept/Alter Integrity Violation Replay Repudiation Reference: IEC TC57 Security Standards for the Power System s, Frances Cleveland, Utility Consulting Int., US 35
Overview over IT-sikkerhedsområdet herunder IT-sikkerhedsstandarder Security Requirements, Threats, Countermeasures, and Management Confidentiality Integrity Availability Non-Repudiation Unauthorized Access to Information Unauthorized Modification or Theft of Information Denial of Service or Prevention of Authorized Access Denial of Action that took place, or Claim of Action that did not take place Key Security Services and Technologies Passwords Certificates Prevention of Denial of Service Identity Establishment, Quality, and Mapping Authentication for Role-Based Access Control (RBAC) Credential Establishment, Public Key IEC62351 Security Conversion, and Renewal Infrastructure (PKI) for DNP, 61850 Transport Level Virtual Private WPA2/80211.i Security (TLS) Network (VPN) for wireless Audit Logging Intrusion Detection Systems (IDS) Firewalls with Access Control Lists (ACL) Anti-Virus/ Spy-ware Backup & Network and System Recovery Management (NSM) AGA 12-1 bump- Digital CRC in-the-wire Signatures Symmetric and Asymmetric Encryption (AES, DES) Security Management Certificate and Security Testing, Monitoring, Security Risk Security Compliance Key Management Change Control, and Updating Assessment of Assets Reporting During-Attack Coping and Security Policy Security Incident and Security Attack Post-Attack Recovery Exchange Vulnerability Reporting Litigation Corporate Security Policy and Management NERC 1200/1300 Reference: IEC TC57 Security Standards for the Power System s, Frances Cleveland, Utility Consulting Int., US 36
Overview over IT-sikkerhedsområdet herunder IT-sikkerhedsstandarder IEC standards: IEC 62351-1 Introduction to the standard IEC 62351-2 Glossary of terms IEC 62351-3 Security for any profiles including TCP/IP. TLS Encryption. Node Authentication. Message Authentication. IEC 62351-4 Security for any profiles including MMS (e.g., ICCP-based IEC 60870-6, IEC 61850, etc.). Authentication for MMS, TLS (RFC 2246)is inserted between RFC 1006 & RFC 793 to provide transport layer security. IEC 62351-5 Security for any profiles including IEC 60870-5 (e.g., DNP3 derivative),tls for TCP/IP profiles and encryption for serial profiles. IEC 62351-6 Security for IEC 61850 profiles. VLAN use is made as mandatory for GOOSE, RFC 2030 to be used for SNTP. IEC 62351-7 Security through network and system management. Defines Management Information Base (MIBs) that are specific for the power industry, to handle network and system management through SNMP based methods. IEC 62351-8 Role-based access control. Covers the access control of users and automated agents to data objects in power systems by means of role-based access control (RBAC). 37
Overview over IT-sikkerhedsområdet herunder IT-sikkerhedsstandarder NERC Critical Infrastructure Protection (CIP) - guidelines NERC Critical Infrastructure Information (CII) Identification of Sensitive Information Classification of Sensitive Information Labeling of Sensitive Information Security of Sensitive Information Sharing of Sensitive Information ETSI Several standard series addressing information security and information crime counter measures 38
Aktører, rolle og snitflader i det danske smart grid
Aktøroversigt v. David Tackie Roller Aftaleforhold Styringssignal Afregning DSO BA Andre kommercielle parter * Aggregator * Elhandler * Service provider Prosumers/DER TSO
Oversigt over scenarier som vi kigger ind i (fra Grp. 22 s scenarie-katalog) v. David Tackie 41
TSO - Ydelser Op og ned regulering af aktiv effekt. For at holde frekvensen stabil DSO BA Andre kommercielle parter * Aggregator * Elhandler * Service provider TSO Prosumers/DER 42
DSO - Ydelser Ned regulering af aktiv effekt. For at undgå flaskehalse DSO BA TSO Lokal regulering af spændingen via aktiv og reaktiv regulering Andre kommercielle parter * Aggregator * Elhandler * Service provider Prosumers/DER 43
Serviceydelser via en Markedsplads 44
Præsentation af et konkret scenarie vedr. aktiv effekt (MW-DSO-Styring) - baseret på et bilateralt aftalekoncept v. Hans Knudsen Formål: Flaskehalshåndtering i distributionsnet (10 kv eller lavspænding) Forpligtende aftale indgået på forhånd enten bilateralt, via markedsplads for rådighed over fleksibilitet eller implicit via valg af netabonnementstype dvs. DSO skal kun ordre en ydelse/tjeneste iht. en tidligere indgået aftale 1-2) DSO ordrer nedregulering med specifikation af: netzone, mængde med fortegn (+/- kw), DSO (1) (2) BA TSO tidsplan for reguleringen 3-4) BA videresender ordrer om nedregulering til aggregator(er) 5) Aggregator forespørger driftsstatus på DER-enheder (3) (4) Aggregatorer (8) Gentag trin 5-7 efter behov. 6) DER-enheder returnerer status (5) (6) (7) 7) Aggregator ændrer setting/køreplan for DER-enheder, så ordren udføres. Prosumers/DER 8) Trin 5-7 gentages efter behov 45
Præsentation af et konkret scenarie vedr. aktiv effekt (MW-DSO-Styring) - baseret på et bilateralt aftalekoncept v. Hans Knudsen Fordele: Forud-indgået aftale giver nødvendig sikkerhed for DSO (netvirksomheden) til at indregne fleksibilitet i netdimensioneringen ned på lokalt niveau i netzonen (= muliggør besparelser på netudbygning) Problemstillinger: Reguleringsydelser skal kunne opgøres og måles, hvis det skal være muligt at verificere, at de er leveret som aftalt. Det er uklart hvordan dette skal gøres når der ikke foreligger en forudgående køreplan Aggregator skal vedligeholde oplysninger om DER-enheders forbrugssteder vs. DSO's netzoner. Dette forudsætter et løbende samarbejde imellem DSO og BA/aggregator. Reguleringer af fleksibelt forbrug griber ind i BA's køreplan. Kan medføre ubalance men BA og/eller aggregator kan på den anden side modvirke dette ved at modregulere på andet fleksibelt forbrug i andre netzoner (ved samme DSO eller på tværs af DSO-grænse). 46
Præsentation af et konkret scenarie vedr. aktiv effekt (MW-DSO-Styring) baseret på en markedsplads v. Preben Nyeng (1) Markedsplads DSO (2) (3) BA TSO (4) (5) Aggregatorer (6) (7) (8) Prosumers/DER (9) Gentag trin 6-8 efter behov. 47
Aktiv effekt (MW-DSO-Styring) baseret på en markedsplads Forudsætninger Markedspladsen kan håndtere udveksling af informationer imellem DSO og BA vedr. topologi. Aftaler mellem DSO<>markedsplads (skal specificere vilkår og krav til ageren på markedspladsen inkl. forhold omkring at definere netzoner) Aftaler mellem BA<>markedsplads (skal specificere vilkår og krav til ageren på markedspladsen inkl. forhold omkring at give bud relateret til netzoner) Aftaler mellem BA<>Aggregator, og mellem Aggregator<>Prosumers Netzonen er fastlagt ud fra DSO ens topologiske betragtninger. BA en/aggregatoren har viden om hvilken netzone de enkelte kunders installationer er tilsluttet i (Det kan blive problematisk for de balanceansvarlige at indhente, vedligeholde og administrere denne viden.). BA en/aggregatoren har etableret aftaler og tilhørende tekniske systemer med sine kunder (prosumers/der) om regulering af dele af deres forbrug, således at BA/aggregator har reel handlemulighed til at opfylde sin forpligtigelse. DSO har observeret/prognosticeret en truende overbelastning på xx kw/mw i netzone Z med forventet varighed på yy timer. 48
Aktiv effekt (MW-DSO-Styring) baseret på en markedsplads Efterbehandling Måling og verificering af den leverede ydelse evt. vha. DSO ens timeaflæste målere. (Det er uklart hvordan en reguleringsydelse skal opgøres, når der ikke foreligger en forudgående plan.) Afregning via markedspladsen mellem de involverede aktører. Afregning mellem BA, aggregator, og prosumer i henhold til aftaler. Evt. bodsbetaling for ikke overholdte aftaler. 49
Aktiv effekt (MW-DSO-Styring) baseret på en markedsplads Sekvens 1. DSO ser på markedspladsen (MP) og accepterer mest optimale bud for den relevante netzone med følgende karakteristika: netzone, mængde med fortegn (+/- kw), tidsplan for reguleringen 2. MP sender besked med ordre til BA med angivelse af: netzone, mængde med fortegn (+/- kw), tidsplan for reguleringen 3. BA sender bekræftelse på modtagelse af ordren til MP. 4. BA fordeler ordren til en eller flere aggregatorer med angivelse af: netzone, mængde med fortegn (+/- kw), tidsplan for reguleringen 5. Hver aggregator bekræfter modtagelse af ordren til BA. DSO (1) Markedsplads (2) (3) BA (4) (5) Aggregatorer (6) (7) (8) Prosumers/DER TSO (9) Gentag trin 6-8 efter behov. 50
Aktiv effekt (MW-DSO-Styring) baseret på en markedsplads 6. Aggregator forespørger driftsstatus, f.eks.: tændt/slukket temperatur effektforbrug på de tilknyttede DER-enheder i netzonen. Det konkrete indhold af forespørgslen afhænger af typen af DER-enheder. 7. DER-enheder returnerer driftsstatus til aggregator. 8. Aggregator sammenholder porteføljens samlede effektforbrug med ordren fra BA. Aggregator laver en ny køreplan og sender kommando til udvalgte DERenheder, f.eks.: tænd eller sluk setpunkt for temperatur maksimaleffekt 9. Aggregator gentager ovenstående fra trin 5 løbende for at sikre at ydelsen leveres iht. ordren. Pkt. 7 og 8 gentages kun om nødvendigt. Sekvens DSO (1) Markedsplads (2) (3) BA (4) (5) Aggregatorer (6) (7) (8) Prosumers/DER TSO (9) Gentag trin 6-8 efter behov. 51
Aktiv effekt (MW-DSO-Styring) baseret på en markedsplads Informationsmodeller (1) Markedsplads DSO (2) (3) BA TSO CIM (4) (5) Logical Nodes Aggregatorer (9) Gentag trin 6-8 efter behov. (6) (7) (8) Prosumers/DER 52