Das SGAM Modell und seine praktische Anwendung Christian Neureiter Josef Ressel Center for User-Centric Smart Grid Privacy, Security and Control [email protected] 2015, June 24th Josef Ressel Center for User-Centric Smart Grid Privacy, Security and Control | www.en-trust.at Motivation Energiewende Integration erneuerbarer Energien Verteilte Ressourcen mit volatilem Einspeiseverhalten: Auswirkungen auf Netzstabilität Paradigmen Wechsel: „Load follows Generation“ Dynamisches Management bidirektionaler Energieflüsse Aktive Kunden Partizipation (Demand Response) Smart Grid Verteilte Steuerungssysteme mit hohem IKT Anteil Herausforderung: Entwicklung komplexer Systemarchitekturen Viele beteiligten Stakeholder Unterschiedliche Disziplinen & Domänen Unterschiedliches Verständnis Wie gemeinsam System-Architektur entwickeln – ohne gemeinsame Sprache? 2015, June 24th Josef Ressel Center for User-Centric Smart Grid Privacy, Security and Control | www.en-trust.at 2 Begriffsbildung Architektur-Beschreibung Architektur Modellierung / Viewpoints AbstraktionsLevel ReferenzArchitektur Gebäude Architektur Framework Architektur-Entwicklung © www.fertighaus.at Einheitliche Darstellung aller relevanten Aspekte gemeinsame Sprache Smart Grid Konkrete Architekturen Relevante Aspekte? 2015, June 24th Modellierung mit CAD Werkzeugen beliebige „Schnitte“ z.B. Elektro-, Wasser- oder HKL Installation „Blaupause“ Mein individualisiertes Häuschen ModellierungsWerkzeug? Abstraktions- Level? ReferenzArchitektur? Lösungen??? Josef Ressel Center for User-Centric Smart Grid Privacy, Security and Control | www.en-trust.at Smart Grid Architecture Model (SGAM) Ziel: Gewährleistung von Interoperabilität 1. Strukturierte Darstellung des Smart Grid: SGAM-Ebene Domänen: Kette der Energie-Erzeugung Zonen: Automatisierungs-Pyramide 2015, June 24th Josef Ressel Center for User-Centric Smart Grid Privacy, Security and Control | www.en-trust.at 4 Smart Grid Architecture Model (SGAM) Ziel: Gewährleistung von Interoperabilität 1. Strukturierte Darstellung des Smart Grid: SGAM-Ebene Domänen: Kette der Energie-Erzeugung Zonen: Automatisierungs-Pyramide 2. Interoperabilität über mehrere Ebenen Relevante Aspekte für Darstellung von Smart Grid Systemen 2015, June 24th Josef Ressel Center for User-Centric Smart Grid Privacy, Security and Control | www.en-trust.at 5 Begriffsbildung Architektur-Beschreibung Architektur Modellierung / Viewpoints AbstraktionsLevel ReferenzArchitektur Gebäude Architektur Framework Architektur-Entwicklung Konkrete Architekturen © www.fertighaus.at Einheitliche Darstellung aller relevanten Aspekte gemeinsame Sprache Modellierung mit CAD Werkzeugen beliebige „Schnitte“ z.B. Elektro-, Wasser- oder HKL Installation „Blaupause“ Mein individualisiertes Häuschen ModellierungsWerkzeug? Abstraktions- Level? ReferenzArchitektur? Lösungen??? Smart Grid Business Function Information Communication Component Funktionale und technische Aspekte 2015, June 24th Josef Ressel Center for User-Centric Smart Grid Privacy, Security and Control | www.en-trust.at Smart Grid Modellierung Modellierung von Smart Grid Systemen 1. Entwicklungsprozess 2. Domänenspezifische Modellierungssprache Trennung von Funktionaliät und Technologie 1. Funktionalität („Was?“) Interoperability Dimension 1. Business Layer 2. Function Layer Business Objectives Polit. / Regulat.. Framework System Analyse Outline of Usecase Subfunctions Data Model Data Model Protocol Market Protocol Enterprise Operation Station Generation Transmission Distribution Field DER Domains 2015, June 24th Josef Ressel Center for User-Centric Smart Grid Privacy, Security and Control | www.en-trust.at Zones Process Customer Premise 8 Smart Grid Modellierung Modellierung von Smart Grid Systemen 1. Entwicklungsprozess 2. Domänenspezifische Modellierungssprache Trennung von Funktionaliät und Technologie 1. Funktionalität („Was?“) 2. Technologie („Wie?) 1. Information Layer 2. Communication Layer 3. Component Layer System Architektur Interoperability Dimension 1. Business Layer 2. Function Layer Business Objectives Polit. / Regulat.. Framework System Analyse Outline of Usecase Subfunctions Data Model Data Model Protocol Market Protocol Enterprise Operation Station Generation Transmission Distribution Field DER Domains 2015, June 24th Josef Ressel Center for User-Centric Smart Grid Privacy, Security and Control | www.en-trust.at Zones Process Customer Premise 9 Smart Grid Modellierung Modellierung von Smart Grid Systemen 1. Entwicklungsprozess 2. Domänenspezifische Modellierungssprache Die „SGAM Toolbox“ Domänenspezifische Sprache (SGAM) Erweiterung für Enterprise Architect Modellierungswerkzeug Schritt-für-Schritt Modellierung Beliebige Viewpoints Beliebige Abstraktions-Level Demand Side Management Generation Transmission Distribution DER Customer Premise Market DSM Mgmt Enterprise Operation Client COM DSM Serv ice Internet Station Protocol: Protocol: Gatew ay Protocol: Protocol: Field Firew all Internet Firew all CEMS CSMS HMI Process Protocol: Protocol: Legend E-Car COM HA COM Communication ICT Connection 2015, June 24th Josef Ressel Center for User-Centric Smart Grid Privacy, Security and Control | www.en-trust.at E-Car Charging Home Automation 10 Smart Grid Modellierung Business Goal 1 Business Goal 2 «Business Actor» Business Actor 1 «Business Actor» Business Actor 2 realize realize «Business Use ... Modellierung von Smart Grid Systemen 1. Entwicklungsprozess 2. Domänenspezifische Modellierungssprache Business Case 1 (from Business Case 1) «invokes» «invokes» «High Level Us... «High Level Us... HLUC1 HLUC2 Die „SGAM Toolbox“ Domänenspezifische Sprache (SGAM) Erweiterung für Enterprise Architect Modellierungswerkzeug Schritt-für-Schritt Modellierung Beliebige Viewpoints Beliebige Abstraktions-Level Frei verfügbar www.en-trust.at Downloads Dokumentation inkl. Video-Tutorials 2015, June 24th Josef Ressel Center for User-Centric Smart Grid Privacy, Security and Control | www.en-trust.at 13 Wichtige Abstraktionslevel Viewpoints und Abstraktionen frei gestaltbar Beispiele unterschiedlicher Viewpoints im „Component Layer“ Interfaces und Security Requirements Generation Transmission Distribution IKT Netzwerk-Topologie DER Transmission Generation Customer Premise Distribution Customer Premise DER Market Market U17 U16 U17 U20 20 ISO/RTO/Wholesale Market 20 ISO/RTO/Wholesale Market 19 - Energy Market Clearinghouse 19 - Energy Market Clearinghouse Enterprise Enterprise U4 U4 U20 U1 U38 42 - Billing U33 U40 U38 24 Customer Serv ice Representativ e U37 U15 41 Aggregator/Retail Energy Prov ider U21 Market NW U31 U13 U36 U36 U32 U22 U11 U12 32 - Load Management System / Demand Response Management System U10 2 - Customer Phone Connection 24 - Customer Serv ice Representativ e Market/Enterprise FW U37 38 Customer Portal U39 U39 38 Customer Portal U1 40 - Work U30 Management System 2Customer 41 Aggregator/Retail Energy Prov ider U8 U5 U5 U18 33 - Meter Data Management System U11 U13 23 Customer Information System U34 U2 U15 Operation 23 Customer Information System U40 U31 U33 40 - Work Management System 42 - Billing U14 U6 44 - Third Party 44 - Third Party Enterprise/Serv ice FW Enterprise NW Serv ice NW TP NW 32 - Load Management System / Demand Response Management System Enterprise/Operations FW Enterprise/Remote FW Enterprise/DMZ FW 33 - Meter Data Management System Serv ice NW FW TP FW Operation U12 U10 U8 U16 U9 37 Transmission SCADA 27 Distribution Management System U26 37 Transmission SCADA U6 U25 U29 U27 29 Distribution SCADA 21 - AMI Headend DMZ Operations/DMZ FW U7 U21 U2 U30 U9 27 Distribution Management System Operations/Market FW U7 U26 Internet U3 U22 36 - Outage Management System Operations NW U45 U24 U27 DMZ FW U46 U42 21 - AMI Headend U44 U41 29 Distribution SCADA 5 - Customer Energy Mgmt System Operations/Remote Serv ice FW 5 - Customer Energy Mgmt System 36 - Outage Management System Home FW Station U25 Station U18 U42 U32 U43 U60 7 - Energy Serv ices Interface / HAN Gatew ay U49 AMI NW 7 - Energy Serv ices Interface / HAN Gatew ay Field U29 U34 U14 Field U3 U60 U24 U41 8 - Meter U47 16 - Field U35 Crew Tools 15 Distribution RTUs or IEDs U35 8 - Meter HAN 16 - Field Crew Tools U43 Process U47 U48 U50 U48 U50 Meter Serv ice IF NW U44 Process U49 U45 4 - Customer DER: Generation and Storage 2015, June 24th 10 Submeter (EUMD) U46 6 - Electric Vehicle (EVSE/PEV) Local Meter NW 3 - Customer Appliances and Equipment Josef Ressel Center for User-Centric Smart Grid Privacy, Security and Control | www.en-trust.at 4 - Customer DER: Generation and Storage 10 - Submeter (EUMD) 6 - Electric Vehicle (EVSE/PEV) 14 3 - Customer Appliances and Equipment Begriffsbildung Architektur-Beschreibung Architektur Modellierung / Viewpoints AbstraktionsLevel ReferenzArchitektur Gebäude Architektur Framework Architektur-Entwicklung Konkrete Architekturen © www.fertighaus.at Einheitliche Darstellung aller relevanten Aspekte gemeinsame Sprache Modellierung mit CAD Werkzeugen beliebige „Schnitte“ z.B. Elektro-, Wasser- oder HKL Installation „Blaupause“ Mein individualisiertes Häuschen IKT, Security, Interfaces, ET,… ReferenzArchitektur? Lösungen??? Smart Grid Business Function Information Communication High Level Use Case 1 Generation Transmission Distribution DER Customer Premise Market Enterprise Operation Station Component Field Process Funktionale und technische Aspekte 2015, June 24th SGAM Toolbox Josef Ressel Center for User-Centric Smart Grid Privacy, Security and Control | www.en-trust.at Referenz-Architektur ENTSO-E Role Model Business Layer 2015, June 24th Josef Ressel Center for User-Centric Smart Grid Privacy, Security and Control | www.en-trust.at 16 Referenz-Architektur ENTSO-E Role Model Business Layer NIST IR 7628 Guidelines for Smart Grid Cyber Security Use Case Collection Logical Reference Model ~ 46 Actors ~ 140 Interfaces 22 Interface Categories Security Requirements ~200 High Level RQ NIST Logical Reference Model Aktor 2015, June 24th Interfaces Josef Ressel Center for User-Centric Smart Grid Privacy, Security and Control | www.en-trust.at Interface Category Security Requirements 17 Referenz-Architektur ENTSO-E Role Model Business Layer NIST IR 7628 Guidelines for Smart Grid Cyber Security Use Case Collection Logical Reference Model ~ 46 Actors ~ 140 Interfaces 22 Interface Categories Security Requirements Integration in SGAM Selber Ursprung! NIST Domain Model Einfaches Mapping ENTSO-E RM NIST UC NIST LRM 2015, June 24th Josef Ressel Center for User-Centric Smart Grid Privacy, Security and Control | www.en-trust.at 18 Referenz-Architektur Beispiel Modellierung mit SGAM Toolbox - Szenario „Smart Metering“ Generation Transmission Distribution DER Customer Premise Market U17 U16 U17 U20 20 ISO/RTO/Wholesale Market 19 - Energy Market Clearinghouse Enterprise Interfaces mit Security Requirements U4 U4 U20 U1 U38 41 Aggregator/Retail Energy Prov ider 42 - Billing U33 U40 U38 24 Customer Serv ice Representativ e U37 U15 U21 U14 U40 U31 U33 U31 U13 U36 U36 U32 U22 U11 U12 32 - Load Management System / Demand Response Management System U10 U39 U39 38 Customer Portal U1 40 - Work U30 Management System 2Customer U8 U5 U5 U18 33 - Meter Data Management System U11 U13 U37 U2 U15 Operation 23 Customer Information System U34 U6 44 - Third Party U12 U10 U8 U16 U9 37 Transmission SCADA 27 Distribution Management System U7 U7 U21 U2 U30 U26 U6 U25 U29 U9 U27 29 Distribution SCADA U26 U45 U24 U27 U3 U22 36 - Outage Management System U46 U42 21 - AMI Headend U44 U41 U25 Station 5 - Customer Energy Mgmt System U18 U42 U32 U43 U60 U49 7 - Energy Serv ices Interface / HAN Gatew ay Field U29 U34 U14 U3 U60 U24 U41 U47 16 - Field U35 Crew Tools 15 Distribution RTUs or IEDs U35 8 - Meter U43 Process U47 U48 U50 U48 U50 U44 U49 U45 4 - Customer DER: Generation and Storage 2015, June 24th 10 Submeter (EUMD) Josef Ressel Center for User-Centric Smart Grid Privacy, Security and Control | www.en-trust.at U46 6 - Electric Vehicle (EVSE/PEV) 3 - Customer Appliances and Equipment 19 Referenz-Architektur Kommunikations- und Daten Standards Interaktive Übersicht der IEC: http: http://smartgridstandardsmap.com/ 2015, June 24th Josef Ressel Center for User-Centric Smart Grid Privacy, Security and Control | www.en-trust.at 20 Begriffsbildung Architektur-Beschreibung Architektur Modellierung / Viewpoints AbstraktionsLevel ReferenzArchitektur Gebäude Architektur Framework Architektur-Entwicklung Konkrete Architekturen © www.fertighaus.at Einheitliche Darstellung aller relevanten Aspekte gemeinsame Sprache Modellierung mit CAD Werkzeugen beliebige „Schnitte“ z.B. Elektro-, Wasser- oder HKL Installation „Blaupause“ Mein individualisiertes Häuschen ENTSO-E Role Model, NIST LRM,… Lösungen??? Business Smart Grid Demand Side Management Function Generation Transmission Distribution DER Customer Premise Market DSM Mgmt Enterprise Operation Client COM DSM Serv ice Information Internet Station Protocol: Protocol: Gatew ay Protocol: Protocol: Field Firew all Communication High Level Use Case 1 Generation Transmission Distribution DER Enterprise Internet CEMS CSMS HMI Process Protocol: Protocol: Legend Operation Firew all Customer Premise Market E-Car COM HA COM Communication ICT Connection E-Car Charging Home Automation Station Component Field Process Funktionale und technische Aspekte 2015, June 24th SGAM Toolbox Electric Network, ICTNetwork, Security,… Josef Ressel Center for User-Centric Smart Grid Privacy, Security and Control | www.en-trust.at Anwendung Projekt INTEGRA Smart Grids Modellregion Salzburg ~20 Smart Grid Teilprojekte und Demonstratoren www.smartgridssalzburg.at INTEGRA: Konsolidierung zu einer Smart Grid Gesamt-Architektur Zusammenfügen der Teillösungen zu „Big-Picture“ Besonderer Fokus: „Security & Privacy by Design“ Bottom-Up Approach Erste Version der SGAM-Toolbox (V0.1) Anforderungen an Entwicklungswerkzeug Erfahrungen mit Anwendung Seither stetige Weiterentwicklung (aktuell V0.4) Projektende: 31.3.2016 2015, June 24th Josef Ressel Center for User-Centric Smart Grid Privacy, Security and Control | www.en-trust.at 22 Anwendung Projekt „RASSA“ „Reference Architecture for a Secure Smart Grid in Austria“ Start Juni 2015 Inhalte (u.a.) Fertigstellung des Modells der internationalen Referenz-Architektur Veröffentlichung als EA file und HTML (Click-through Model) Mitte Juli 2016 www.en-trust.at oder [email protected] Ableitung eines adaptierten Österreich Modells aus der Referenz-Architektur 2015, June 24th Josef Ressel Center for User-Centric Smart Grid Privacy, Security and Control | www.en-trust.at 23 Zusammenfassung Beschreibung von Smart Grid Architekturen… SGAM liefert einheitliche Basis SGAM Toolbox: Modellierungswerkzeug www.en-trust.at Downloads Smart Grid Architekturen… Verschiedener Input für Referenz-Architekturen NIST, ENTSO-E, M/490,… Basis für Instanziierung konkreter Architekturen Aktuelle Arbeiten… ENTSO-E + NIST LRM + M/490 Use Cases + IEC Standards = Referenzarchitektur Release Juli 2015 www.en-trust.at oder [email protected] 2015, June 24th Josef Ressel Center for User-Centric Smart Grid Privacy, Security and Control | www.en-trust.at 24 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit, gerne beantworte ich Ihre Fragen! Christian Neureiter Josef Ressel Center for User-Centric Smart Grid Privacy, Security and Control [email protected] 2015, June 24th Josef Ressel Center for User-Centric Smart Grid Privacy, Security and Control | www.en-trust.at
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