Normen voor elektrische voertuigen en het elektriciteitsnet

"In de toekomst moeten nutsbedrijven een soort orkestdirigenten worden"

Frances Cleveland, een van de beste IEC-experts op het gebied van cyberbeveiliging en de koppeling van gedistribueerde energiebronnen (DER’s) aan het elektriciteitsnet, vertelte-technologieover de nieuwste normen voor het aansluiten van elektrische voertuigen (EV’s) op het elektriciteitsnetwerk en hoe u deze veilig kunt houden.

De IEC maakt de weg vrij voor normen voor elektrische voertuigen die als DER’s voor het elektriciteitsnet worden gebruikt, wat betekent dat elektrische voertuigen elektriciteit van het elektriciteitsnet kunnen opladen, maar er ook energie aan kunnen ontladen wanneer dat nodig is. Zijn er nieuwe normen op dat gebied?

Er is veel vooruitgang geboekt, deels binnen de IEC en deels buiten de IEC. Een mijlpaal van IEC is de publicatie van IEC 63584 in 2024, gebaseerd op een belangrijk protocol, het open laadpuntprotocol of OCPP. In het verleden bood OCPP alleen ondersteuning voor het opladen van elektrische voertuigen. Als reactie op de eisen op het gebied van netbeheer voor het ontladen van elektrische voertuigen biedt het protocol nu echter interoperabele communicatie tussen laadstations (EVSE's) en verschillende flexibiliteitsoperatoren of aggregators, waardoor het verschillende leveranciers en de vele verschillende wettelijke vereisten kan ondersteunen. Het protocol zelf wordt bijgewerkt om te voldoen aan de IEC 63460-aanbevelingen die zijn ontwikkeld in het IEC Systems Committee for Smart Energy (SyC SE), waaronder EV's die als DER's fungeren bij het opladen en bij het ontladen naar huis of het elektriciteitsnet. Deze standaard is nog maar net gepubliceerd. In toekomstige toevoegingen zal IEC 63584 meer van de DER-functionaliteiten omvatten, waaronder het beperken van opladen en ontladen, het autonoom reageren op frequentie en spanningen en het beheer ervan net als elke andere DER.

Een andere norm op dat gebied is ISO 15118-20, die de communicatie van de EVSE indien nodig uitbreidt naar de EV’s zelf. Dit protocol wordt ook actief bijgewerkt om de vereisten weer te geven voor EV's om als DER's te fungeren.

Zijn al deze standaarden complementair of concurreren ze?

Ze werken allemaal op verschillende niveaus. De ISO 15118-20-standaard wordt gebruikt om te communiceren tussen de EVSE en de EV. De IEC 63584-standaard wordt gebruikt om te communiceren tussen de EVSE's en de externe systemen, bijvoorbeeld de elektriciteitsaggregatoren. Beide worden in combinatie met elkaar gebruikt om de gegevensuitwisseling te communiceren die nodig is om te voldoen aan de functionele vereisten van het stroomsysteem van IEEE 1547.

Hoe hebben verschillende technische commissies hierin samengewerkt?

IEC TC 57 heeft IEC 61850-7-420 gepubliceerd, waarin de semantische informatiemodellen (namen en betekenissen van gegevensobjecten) worden gedefinieerd die nodig zijn om DER's te beheren. De IEC 61850-gegevensobjectnamen en hun betekenis worden gebruikt door de volgende zes DER-gerelateerde communicatieprotocollen: IEC 61850-7-420, IEEE 2030.5, IEEE 1815.2 (DNP3), SunSpec Modbus, OCPP en ISO/IEC 15118-20. Dit betekent dat IEC 61850-7-420 echt de bron is geworden van datanamen en betekenissen, en de gouden goudklomp is die de kern vormt van alle normen die te maken hebben met de interactie van het elektriciteitsnet met DER's.

Deskundigen van TC 69, die normen publiceert voor systemen voor de overdracht van elektrische energie voor elektrische voertuigen, realiseerden zich daarom dat de IEC 61850-7-420-norm de geschikte basis was voor de communicatie met elektrische voertuigen die op het elektriciteitsnet zijn aangesloten. Ze hebben een gezamenlijke werkgroep (JWG11) met TC 57, die zich bezighoudt met het beheer van de laad- en ontlaadinfrastructuur voor elektrische voertuigen. Een andere gezamenlijke werkgroep (JWG15) omvat zowel TC 57 als TC 120, die normen voor energieopslagsystemen voorbereidt. JWG15 behandelt de gebruiksscenario's en gegevensvereisten tussen flexibiliteitsoperatoren, aggregators en EV-laadstations.

De SyC SE identificeert de hiaten in het werk dat door deze groepen wordt gedaan. IEC 63460"EV's als DER"stelt methoden voor om deze op te lossen. Deze inspanning van de SyC, samen met het werk van de vele IEC- en ISO-experts op dit gebied van elektrische voertuigen, is van cruciaal belang geweest voor de actualisering van OCPP en ISO/IEC 15118-20, en heeft geholpen bij de erkenning dat elektrische voertuigen slechts een andere bron van opgeslagen energie zijn ter ondersteuning van het elektriciteitsnet (en hun eigenaren!).

Waren nutsbedrijven er, gezien de enorme groei van de verkoop van elektrische voertuigen in 2024, op gebrand dat deze normen zouden worden gepubliceerd om hen te helpen tegemoet te komen aan de groeiende vraag naar elektriciteit van elektrische voertuigen?

Ja. Ik zal u het voorbeeld geven van Californië in de VS, dat het grootste aantal elektrische voertuigen in dit land heeft. De nutsbedrijven aarzelden aanvankelijk met het onderling verbinden van de grotere laadstations, omdat ze de sterke stijging van de vraag niet konden opvangen zonder het elektriciteitsnet te upgraden om deze te kunnen verwerken. Maar de wetgevers in de staat vaardigden regels uit die hen tot actie aanzetten. En plotseling, zodra de wetgeving was aangenomen, handelden nutsbedrijven heel snel om plaats te maken voor deze nieuwe toepassingen. Ze hadden uiteraard enkele kanttekeningen en introduceren wettelijke vereisten die de laadsnelheid tijdens tijden van grote vraag beperken, geldig totdat de netupgrades zijn geïnstalleerd. Bovendien zijn voor woningen en kleinere bedrijven de tarieven voor gebruikstijd-- aangepast om consumenten aan te moedigen op te laden tijdens perioden met weinig vraag, zoals na middernacht. Het punt is dat het bestaande standaardenlandschap hen heeft geholpen zich snel aan te passen en plaats te maken voor deze nieuwe toepassingen. Je hebt communicatie nodig tussen het nutsbedrijf, de aggregator, het huis of bedrijf, de apparaten in huis en de EV zelf, die zowel naadloos als veilig zijn en dat is wat standaarden mogelijk maken.

Kunt u ons meer vertellen over de IEC-cyberbeveiligingsnormen voor het elektriciteitsnet en DER's?

Ja. Er zijn de voortdurende inspanningen van mijn werkgroep binnen TC 57 die de IEC 62351-cyberbeveiligingsstandaarden ontwikkelt, die ik de 'Hoe moet ik het doen'-standaarden noem. De IEC heeft ook de IEC 62443-normen ontwikkeld die u vertellen "Wat u moet doen", maar niet hoe u dat moet doen. De IEC 62443-normen worden uitgebreid met horizontale cyberbeveiligingsvereisten, wat betekent dat verschillende gebieden, zoals energie en medische apparatuur, de basis IEC 62443-normen aanpassen om hun meer specifieke behoeften te weerspiegelen. We werken momenteel aan de cyberbeveiligingsvereisten voor onderstations en zullen werken aan DER-specifieke vereisten. IEC 62443-4-2 kan ook worden gebruikt voor het testen van de cyberbeveiliging van apparaten, zoals DER's.

Buiten de IEC biedt IEEE 1547.3 aanbevelingen voor cyberbeveiliging in DER's, die door nutsbedrijven als leidraad kunnen worden gebruikt. Daarnaast ontwikkelt UL Solutions, een in de VS-gevestigde productveiligheids- en certificeringsorganisatie, de UL 2941-standaard voor het testen van de cyberbeveiliging van DER's.

Welke uitdagingen moeten worden aangepakt op het gebied van de cyberbeveiliging van onderstations en DER's?

Substations en DER's verschillen sterk van elkaar als het gaat om hun cyberveiligheidseisen. Substations worden voor 100% gecontroleerd door het nutsbedrijf, dat volledige controle heeft over welke maatregelen ze moeten nemen om ze te beschermen. DER's daarentegen hebben verschillende eigenaren, aggregators, fabrikanten, installateurs en zelfs verschillende hulpprogramma's. Voor DER-cyberbeveiliging zou je overeenstemming moeten bereiken tussen al deze verschillende entiteiten over welk beveiligingsniveau en welke protocollen je moet gebruiken, en dat soort overeenkomsten kan behoorlijk problematisch zijn. De fabrikanten van elektrische auto's willen dat we uit hun wereld blijven - ze willen bijvoorbeeld niet dat nutsbedrijven hen vertellen wat ze moeten doen.

Onderstations zijn cruciale apparaten voor het elektriciteitsnet die aantrekkelijk kunnen zijn voor aanvallers vanwege hun zichtbare rol bij het leveren van elektrische energie, een cruciale infrastructuur. Het aanvallen van een enkele DER kan de eigenaar echter irriteren, maar niet veel meer. Alleen als de aanval veel DER's treft, zou deze uitgroeien tot een kritische bedreiging. De meeste substations beschikken over een vorm van fysieke beveiliging: ze hebben hekken, poorten en hangsloten en soms zelfs camera's, terwijl DER's zelden fysiek worden beschermd.

Vanuit communicatieperspectief maken DER-systemen gebruik van het internet, dat onveilig kan zijn, en fabrikanten gebruiken meestal Modbus, dat geen beveiliging biedt, binnen hun DER-systemen. Dus zelfs als extern veiligere protocollen worden gebruikt, zijn DER-sites bijzonder kwetsbaar. Een van de onenigheidsgebieden tussen nutsbedrijven en DER-fabrikanten gaat over waar de beveiliging moet beginnen en wie verantwoordelijk is voor het beveiligen van welke apparatuur – en wie reageert op welke soorten beveiligingsaanvallen. Dat zijn dus enkele van de problemen waarmee we te maken hebben.

Kun je het elektriciteitsnet beschadigen door een DER te hacken?

Het risico ligt bij het communicatiekanaal. Als een DER via een communicatiekanaal aan het elektriciteitsnet is gekoppeld, en de malware via het communicatiekanaal helemaal naar andere DER's gaat, naar de aggregator en zelfs naar het nutsbedrijf, en controleopdrachten geeft om de systemen willekeurig en herhaaldelijk aan en uit te zetten, zal dat grote schade aanrichten aan het elektriciteitsnet. Het is een van onze grootste zorgen.

Wat zijn de belangrijkste aandachtsgebieden voor TC 57 en de SyC SE in de toekomst?

Op de korte termijn moeten we ervoor zorgen dat alle verschillende protocollen in de EV-ruimte aan dezelfde eisen voldoen. Op de langere termijn zouden we van het regelgevingsklimaat eisen dat het zijn perspectief op de rol van nutsbedrijven verandert. In de huidige regelgeving zijn nutsbedrijven verplicht om alle elektriciteitsbelastingen te verzorgen. Maar in de toekomst kunnen we zien dat er meer evenwicht zal zijn tussen de gebruikers en het nutsbedrijf, met meer communicatie en meer begrip tussen hen. In de toekomst moeten nutsbedrijven een soort orkestdirigenten worden, waarbij gebruikers op een flexibele manier stroom naar het elektriciteitsnet kunnen importeren en exporteren, op basis van beperkingen indien nodig en op basis van prikkels waar mogelijk. Het nutsbedrijf zal het netwerk beheren als een cyberveilig en betrouwbaar systeem. Daar zijn we nog een heel eind vanaf. Maar wij denken in die termen. Kunstmatige intelligentie zal ons waarschijnlijk allemaal helpen deze doelen te bereiken.

Frances Cleveland is afgestudeerd in elektrotechniek en toegepaste natuurkunde aan de Harvard University en een post-doctoraal in elektrotechniek en computerwetenschappen aan de University of California in Berkeley.

Ze beheert en adviseert al meer dan 35 jaar over slimme netwerkinformatie- en controlesysteemprojecten in de elektriciteitssector. Haar expertise heeft zich voornamelijk geconcentreerd op interoperabiliteitsnormen voor informatie over slimme netwerken, cyberveiligheidskwesties, de veerkracht van het elektriciteitsnet, slimme omvormerfunctionaliteiten voor gedistribueerde energiebronnen (DER's) en de integratie van systemen, waaronder DER's, plug- elektrische voertuigen, geavanceerde meetinfrastructuren, distributieautomatisering, automatisering van onderstations en operaties op de energiemarkt.