Ryc. 1: Elektryczne złoża testowe siatki podstacji jest chronione za pomocą systemu osłony sieci cybernetycznej w Advanced Protection Laboratory w Oak Ridge National Laboratory. Pokazane są: (1) symulator w czasie rzeczywistym; (2) 5 wzmacniacze; (3) 1 wzmacniacze A/120 V; (4) źródło zasilania; (5) antena zegara; (6) podstawowy zegar wyświetlacza; (7) Przekaźniki SEL-451 z Schweitzer Engineering Laboratories, Inc. (SEL); (8) przełącznik Ethernet; (9) SEL-735 metrów; (10) SEL-3530-4 Kontroler automatyzacji w czasie rzeczywistym (RTAC); (11) SEL-734 metry; (12) wtórny zegar wyświetlacza; (13) SEL-3555 RTAC; (14) ekran kontroli nadzorczej i pozyskiwania danych; (15) ekran rozproszonej technologii księgi (DLT); (16) przełączniki Cisco Ethernet; (17) urządzenia DLT; (18) komputer hosta; (19) komputer interfejsu ludzkiego-maszyny; (20) komputer DLT; (21) komputer SEL Blueframe; (22) monitor symulacji w czasie rzeczywistym; oraz (23) Monitor wykrywania zdarzeń.

Nowoczesne siatki elektryczne mają inteligentne urządzenia elektroniczne (IED), takie jak przekaźniki ochronne, które wykorzystują logikę wewnętrzną do wykrywania uszkodzeń elektrycznych. Architektury zasilania, komunikacji i kontroli sieci elektrycznej stają się coraz bardziej złożone, w dużej mierze ze względu na integrację rozproszonych zasobów energii (DERS). Utrudniało to wykrycie błędów i zwiększyło słabości systemów komunikacji i sterowania do cyberataku. Aby rozwiązać ten problem, naukowcy z Oak Ridge National Laboratory (ORNL) Gary Hahn, Emilio Piesciorovsky, Raymond Borges Hink i Aaron Werth opracowali nowy system, Cyber ​​Grid Guard (CGG), aby zwiększyć istniejące systemy wykrywania uszkodzeń elektrycznych. Ich odkrycia, opublikowane w czasopiśmie Systemy energii elektrycznej i energiiOpisz ten nowy system. Wykorzystuje zaawansowaną technologię do wykrywania i potwierdzania uszkodzeń elektrycznych w siatkach średnio napięcia, dzięki czemu systemy zasilania są bezpieczniejsze i niezawodne. Siatka mocy wyposażona w system osłonowy cyber -siatki pokazano na ryc. 1.

Zespół ORNL opracował system ochrony cyber -siatki jako narzędzie kopii zapasowej do obsługi istniejących metod wykrywania błędów. Zespół przetestował ten system w symulowanym środowisku zaprojektowanym w celu odtworzenia warunków podstacji elektrycznych średniego napięcia, które są obiektami zarządzającymi rozkładem energii elektrycznej z elektrowni na obszary lokalne. „Nasze podejście zapewnia nie tylko wykrywanie błędów, ale także integralność i bezpieczeństwo danych wykorzystywanych w tych krytycznych ocenach”, stwierdził Hahn.

Naukowcy wykazali zdolność systemu do identyfikacji błędów elektrycznych poprzez analizę danych ze specjalistycznych sygnałów komunikacyjnych. Sygnały te, znane jako ogólne komunikaty o podstacji obiektowej (gęsi), są szybką komunikacją cyfrową, które przekazują krytyczne aktualizacje operacyjne w siatkach energetycznych. Cyber ​​Grid Guard wykorzystuje technologię rozproszonej księgi – bezpieczny system, który tworzy niezmienny i zdecentralizowany zapis danych, aby zapewnić dokładność i przejrzystość – aby sprawdzić i potwierdzić, że wszystkie informacje wykorzystywane w wykrywaniu błędów pozostają dokładne i nie podlega manipulacji.

Testowano cztery rodzaje uszkodzeń elektrycznych, na przykład w przypadku problemów obejmujących jedną lub wiele faz elektrycznych, które odnoszą się do poszczególnych linii energetycznych w układzie elektrycznym. Cyber ​​Grid Guard z powodzeniem zidentyfikował i potwierdził każdą uskok. W przeciwieństwie do tradycyjnych metod, które opierają się wyłącznie na wewnętrznych mechanizmach urządzeń sieciowych, Cyber ​​Grid Guard działa niezależnie, oferując dodatkową warstwę dokładności i bezpieczeństwa. Ta niezależna operacja jest szczególnie cenna w przypadkach, w których błędy, błędne konfiguracje lub cyberataki mogą zagrozić głównym systemom wykrywania błędów. Straż cybernetyczna nie ma na celu zastępowania istniejących systemów, ale raczej jest zaprojektowany do zwiększenia, a tym samym poprawy ich wydajności poprzez wypełnienie potencjalnych luk w diagnozowaniu uszkodzeń.

Centralną dla skuteczności systemu jest jego zdolność do weryfikacji integralności danych. Cyber ​​Grid Guard wykorzystuje techniki kryptograficzne – metody, które kodują informacje do celów bezpieczeństwa – aby zapewnić, że wszystkie informacje pozostają bezpieczne i nie można ich zmienić bez wykrycia. „Ta integracja zasad cyberbezpieczeństwa z wykrywaniem uszkodzeń elektrycznych zapewnia solidne zabezpieczenie przed coraz bardziej wyrafinowanym
Cybertreat ” – wyjaśnił Hahn.

Naukowcy planują rozszerzyć możliwości systemu w celu rozwiązania rosnącej złożoności sieci energetycznej. Odnawialne źródła energii, takie jak energia słoneczna i wiatrowa, stają się coraz bardziej powszechne, a wraz z nimi pojawiają się nowe wyzwania związane z zarządzaniem sieciami. Naukowcy wyobrażają sobie osłonę cybernetyczną jako narzędzie, które nie tylko wykrywa usterki, ale także nieustannie monitoruje wydajność siatki, aby zapewnić spójne działanie i stabilność.

Siły mocy stają w obliczu coraz większych wymagań bezpieczeństwa i odporności (tj. Ich zdolność do wytrzymywania i powrotu do zdrowia po zakłóceń), a technologie takie jak Cyber ​​Grid Guard odgrywają kluczową rolę w sprostaniu tym wyzwaniom. Praca naukowców pokazuje połączenie zaawansowanych metod wykrywania błędów z silnymi praktykami bezpieczeństwa danych w celu rozwiązywania długich problemów i ewolucji wyzwań związanych z niezawodnością systemu elektroenergetycznego.

Referencje dziennika

Gary Hahn, Emilio Piesciorovsky, Raymond Borges Hink, Aaron Werth, „Wykrywanie faz uskokowanych w głównym podajniku o średnim napięciu przy użyciu systemu osłony sieci cybernetycznej z rozproszoną technologią księgi”. Systemy energii elektrycznej i energii2024. Doi: https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2024.110162

Podziękowanie

Badania te są wspierane przez Departament Energii USA (DOE), Office of Electricity, na podstawie umowy DE-AC05-00OR22725 z UT-Battelle, LLC, dla USA. Ten manuskrypt został autorem UT-Battelle, LLC, zgodnie z umową DE-AC05-00OR22725 z Departamentem Energii USA (DOE). Rząd USA zachowuje, a wydawca, akceptując artykuł do publikacji, przyznaje, że rząd USA zachowuje nieskomplikową, opłaconą, nieodwołalną, ogólnoświatową licencję na publikowanie lub odtwarzanie opublikowanej formy tego manuskryptu lub umożliwienia innym, że. do celów rządu USA. DOE zapewni publiczny dostęp do tych wyników badań sponsorowanych przez federalnie zgodnie z planem dostępu publicznego DOE (http://energy.gov/downloads/doe-public-access-plan).

O autorach

Emilio C. Piesciorovsky Ukończył BS in Electrical Engineering na National Technological University, Argentyna (1995). Otrzymał stwardnienie rozsiane z marketingu międzynarodowego na La Plata National University, Argentyna (2001). Pracował jako inżynier dla Pirelli Power Cable and Systems, SDMO Industries, ABB i CASCO Systems. Po otrzymaniu stwardnienia rozsianego (2009) i doktora (2015) w inżynierii elektrycznej na Uniwersytecie Stanowym Kansas, pracował jako postdoc na Tennessee Technological University i ORNL. Obecnie jest profesjonalnym członkiem personelu technicznego i kierownikiem przestrzeni laboratoryjnej w obszarze ochrony systemów elektroenergetycznych w ORNL. Jest autorem/współautorem ponad 50 publikacji i jest starszym członkiem Institute of Electrical and Electronics Engineers. Kontakt: piescioroovec@ornl.gov

Raymond Borges Hink jest naukowcem ds. Bezpieczeństwa w zakresie cyberbezpieczeństwa w ORNL i współrejestrowanym badaczem dla kilku wysiłków w zakresie bezpieczeństwa cybernetycznego dla systemów cyberfizycznych, opracowywania analitycznych systemów rozproszonych oraz algorytmów wykrywania anomalii w sieci energii elektrycznej. Jako śledczy współdzielający opracował propozycje, które otrzymały ponad 6 milionów dolarów finansowania. Dzięki tym projektom Raymond współpracuje z naukowcami, inżynierami i technikami z Duke University; Electric Power Board of Chattanooga, Tennessee; biuro energii elektrycznej Departamentu Energii; oraz Dyrekcji Departamentu Bezpieczeństwa Wewnętrznego. Jest autorem kilku publikacji w tych dziedzinach i posiada wiele certyfikatów IT i bezpieczeństwa z Microsoft i Comptia. Kontakt: borgesrc@ornl.gov

Aaron W. jest badaczem ORNL, którego wysiłki koncentrują się na cyberbezpieczeństwie dla infrastruktury krytycznej, w tym sieci energetycznej. Otrzymał doktorat z inżynierii komputerowej na University of Alabama w Huntsville, gdzie opracował łóżka testowe dla systemów kontroli nadzorczej i akwizycji danych oraz do eksperymentalnych systemów zapobiegania włamaniom. Otrzymał stypendium CyberCorps za służbę i ukończył staże w Tennessee Valley Authority i Sandia National Laboratories. Otrzymał MS w zakresie inżynierii elektrycznej, koncentrując się na systemach cyber-fizycznych, na Uniwersytecie Vanderbilt i BS in Electrical Engineering na University of Alabama, Huntsville. Kontakt: werthaw@ornl.gov