Tests Cyber-physische Widerstandsfähigkeit auf einer Microgrid

Das Unternehmen

VEBIC (Vaasa Energy Business Innovation Center) ist eine interdisziplinäre Forschungsplattform an der Universität Vaasa in Finnland. Sie dient als Drehscheibe für den Wissensaustausch zwischen Forschung und Wirtschaft, um den globalen Energiebedarf zu decken. Das FREESI-Labor (Future, Reliable, Electricity and Energy Systems Integration) innerhalb von VEBIC konzentriert sich auf die Netzintegration von Wechselrichter-basierten dezentralen Energiequellen (DERs) und den Schutz von Stromnetzen und ist im gemeinsamen Labor „Technobothnia“ angesiedelt.

Die Herausforderungen

• Zunehmende Cyber-Anfälligkeiten: Durch die zunehmende Vernetzung von Mikronetzen zur Steuerung dezentraler Energiequellen ( Verteilte Energieressourcen , DERs) sind diese häufigen Cyberangriffen ausgesetzt, deren Zahl sich weltweit zwischen 2020 und 2022 verdoppelt hat.
• Erhebliche betriebliche Risiken: Bedrohungen wie das Einschleusen falscher Daten, Denial-of-Service-Angriffe (DoS) und böswillige Befehle können zu Stromausfällen, Geräteschäden sowie Frequenz- und Spannungsschwankungen führen.
• Komplexe Umgebungen mit Geräten verschiedener Hersteller: Die Überprüfung der Interoperabilität und Sicherheit von Geräten verschiedener Hersteller (ABB, Siemens, Schneider usw.) gemäß der Norm IEC 61850 erfordert eine hoch Flexibel eTests Umgebung.
• Anforderungen an die sichere Validierung: Tests Cyberabwehrmaßnahmen im Live-Netz Energiesysteme sind zu riskant; Forscher:innen benötigen eine kosteneffiziente Methode zur Bewertung von „Was-wäre-wenn“-Szenarien, ohne das eigentliche Netz zu beeinträchtigen.

Die OPAL-RT Lösung

VEBIC hat ein bahnbrechendes Sicherheitslabor eingerichtet – das erste seiner Art in Nordeuropa –, das auf einem Co-Simulationsansatz basiert:

• Simulation von Stromnetzen: Die HYPERSIM Plattform ermöglicht eine hochpräzise Echtzeit-Simulation des physikalischen Stromnetzes und seiner Dynamik.
• Cyber-physikalische Emulation: EXata CPS (von Keysight) ist integriert, um die Kommunikationsnetzwerkschicht zu simulieren, einschließlich einer Bibliothek mit Cyberangriffen und Abwehrmaßnahmen.
• HIL- und SIL- Tests: Das Labor nutzt sowohl „ Software-in-the-Loop“ (SIL) als auch „ Hardware-in-the-Loop“ (HIL), um KI-gestützte Algorithmen für Steuerungen von „ microgrid “ zu entwickeln und zu validieren.
• IEC 61850-Konfiguration mit Geräten verschiedener Hersteller: Eine spezielle Testumgebung mit PAC-Geräten (Protection, Automation, Communication) verschiedener Hersteller ( führender Industriepartner ), in der die nahtlose Geräteintegration und die Sicherheit getestet werden.

Die Ergebnisse

Dank der integrierten Simulationsplattform konnte VEBIC die Auswirkungen von Cyberangriffen auf die Stabilität von microgrid erfolgreich analysieren:

• Szenario-Validierung: Es wurden Angriffe mit einer „Verzögerung von einer Sekunde“ während des Inselbetriebs sowie „Man-in-the-Middle“-Paketmanipulationen erfolgreich simuliert, wodurch spezifische Einbußen bei der Netzqualität und Spannungsschwankungen festgestellt wurden.
• Entwicklung ausfallsicherer Steuerungen: Ermöglicht die Tests r Erkennungs- und Abwehrstrategien für die zentralen Steuerungen des „ microgrid “ (MGCC) vor deren physischer Inbetriebnahme.
• Grenzüberschreitende Zusammenarbeit: Das Labor unterstützt das Aurora-Programm, ein Kooperationsprojekt mit der Technischen Universität Lule, das darauf abzielt, die Sicherheit von CPS im gesamten Energie Branche, zu verbessern.
• Bildungszentrum: Dient als unschätzbare Ressource für die Ausbildung der nächsten Generation von „ Ingenieur:innen “ im Bereich der cyber-physikalischen Simulation (CPS) von Energiesystemen.

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