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2015, June 24th Josef Ressel Center for User-Centric Smart Grid Privacy, Security and Control | www.en-trust.at
Das SGAM Modell und seine praktische Anwendung
Christian Neureiter Josef Ressel Center for User-Centric Smart Grid Privacy, Security and Control
christian.neureiter@en-trust.at
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?
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2015, June 24th Josef Ressel Center for User-Centric Smart Grid Privacy, Security and Control | www.en-trust.at
Begriffsbildung G
ebäu
de
Smar
t Grid
Architektur-Beschreibung Architektur-Entwicklung
Architektur Framework
Einheitliche Darstellung aller relevanten Aspekte gemeinsame Sprache
Architektur Modellierung /
Viewpoints
Modellierung mit CAD Werkzeugen beliebige „Schnitte“
Referenz- Architektur
„Blaupause“ z.B. Elektro-, Wasser- oder HKL Installation
Abstraktions- Level
Mein individualisiertes
Häuschen
© www.fertighaus.at
Konkrete Architekturen
Relevante Aspekte? Modellierungs- Werkzeug?
Abstraktions- Level? Referenz-Architektur?
Lösungen???
2015, June 24th 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
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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
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Relevante Aspekte für Darstellung von Smart Grid Systemen
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Begriffsbildung G
ebäu
de
Smar
t Grid
Architektur-Beschreibung Architektur-Entwicklung
Architektur Framework
Einheitliche Darstellung aller relevanten Aspekte gemeinsame Sprache
Architektur Modellierung /
Viewpoints
Modellierung mit CAD Werkzeugen beliebige „Schnitte“
Referenz- Architektur
„Blaupause“ z.B. Elektro-, Wasser- oder HKL Installation
Abstraktions- Level
Mein individualisiertes
Häuschen
© www.fertighaus.at
Konkrete Architekturen
Funktionale und technische Aspekte
Modellierungs-Werkzeug?
Abstraktions- Level? Referenz-Architektur?
Lösungen???
Component
Communication
Business
Function
Information
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GenerationTransmission
DistributionDER
CustomerPremise
Process
Field
Station
Operation
Enterprise
MarketProtocolProtocol
Data ModelData Model
Domains
Zones
Outline of Usecase
Subfunctions
Business ObjectivesPolit. / Regulat.. Framework
Inte
rope
rabi
lity
Dim
ensi
on
Smart Grid Modellierung
Modellierung von Smart Grid Systemen 1. Entwicklungsprozess 2. Domänenspezifische Modellierungssprache
Trennung von Funktionaliät und Technologie
1. Funktionalität („Was?“) 1. Business Layer 2. Function Layer
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System Analyse
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GenerationTransmission
DistributionDER
CustomerPremise
Process
Field
Station
Operation
Enterprise
Market
Domains
Zones
ProtocolProtocol
Data ModelData Model
Outline of Usecase
Subfunctions
Business ObjectivesPolit. / Regulat.. Framework
Inte
rope
rabi
lity
Dim
ensi
on
Smart Grid Modellierung
Modellierung von Smart Grid Systemen 1. Entwicklungsprozess 2. Domänenspezifische Modellierungssprache
Trennung von Funktionaliät und Technologie
1. Funktionalität („Was?“) 1. Business Layer 2. Function Layer
2. Technologie („Wie?) 1. Information Layer 2. Communication Layer 3. Component Layer
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System Analyse
System Architektur
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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
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Generation Transmission Distribution DER CustomerPremise
Market
Enterprise
Operation
Station
Field
Process
Demand Side Management
Gateway
CEMS
FirewallInternet
Home Automation
InternetDSM
Serv ice
E-Car Charging
CSMS
Firewall
Client COM
HA COME-Car COM
DSM Mgmt
HMI
Communication
ICT Connection
Legend
Protocol:
Protocol:
Protocol:
Protocol:
Protocol:
Protocol:
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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
Frei verfügbar www.en-trust.at Downloads Dokumentation inkl. Video-Tutorials
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Business Goal 1 Business Goal 2
«Business Actor»Business Actor 1
«Business Actor»Business Actor 2
«High Level Us...HLUC1
«High Level Us...HLUC2
(from Business Case 1)
«Business Use ...Business Case 1
«invokes» «invokes»
realize realize
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Wichtige Abstraktionslevel
Viewpoints und Abstraktionen frei gestaltbar Beispiele unterschiedlicher Viewpoints im „Component Layer“
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Generation Transmission Distribution DER Customer Premise
Market
Enterprise
Operation
Station
Field
Process
U17U16
20 - ISO/RTO/Wholesale
Market
U17U16
U17
U20
19 - Energy Market
Clearinghouse
U17
U20
U16
U10U13
37 - Transmission
SCADA
U16
U10U13
U10
U11 U12U15
U7
U8
U9 27 - Distribution
Management System
U10
U11 U12U15
U7
U8
U9
U27U9
29 - Distribution
SCADA
U27U9
U1
U2U5
U8
33 - Meter Data
Management System
U1
U2U5
U8
U2U21
U22
U24U25
U26
U3
U6
U7
21 - AMI Headend
U2U21
U22
U24U25
U26
U3
U6
U7
U14
U21
U31
U33
U37U38
23 - Customer
Information System
U14
U21
U31
U33
U37U38
U11
U13
U22
U32
U33
U36
32 - Load Management
System / Demand
Response Management
System
U11
U13
U22
U32
U33
U36
U12 U30
U31
U34U36
40 - Work Management
System
U12 U30
U31
U34U36
U38U40
24 - Customer Serv ice
Representativ e
U38U40
U26
U29
U30
U27
36 - Outage Management
System
U26
U29
U30
U27
U37
U3938 -
Customer Portal
U37
U39
U20
U4
U1541 -
Aggregator/Retail Energy
Prov ider
U20
U4
U15
U1
U4
42 - Billing
U1
U4
U18U5
U6 44 - Third Party
U18U5
U6
U3
15 Distribution
RTUs or IEDs
U3U14U29 U34
U3516 - Field Crew Tools
U14U29 U34
U35
U39
U40
2 - Customer
U39
U40
U46
U47
U48 U50
10 - Submeter
(EUMD)
U46
U47
U48 U50
U43 U44
3 - Customer Appliances
and Equipment
U43 U44
U41
U42U44
U45
U46
5 - Customer Energy Mgmt
System
U41
U42U44
U45
U46
U49U50
6 - Electric Vehicle
(EVSE/PEV)
U49U50
U18U25U32
U42
U43
U49U60
7 - Energy Serv ices
Interface / HAN Gateway
U18U25U32
U42
U43
U49U60
U24
U35
U41
U47
U60
8 - Meter
U24
U35
U41
U47
U60
U45
U48
4 - Customer DER:
Generation and Storage
U45
U48
Generation Transmission Distribution DER Customer Premise
Market
Enterprise
Operation
Station
Field
Process
20 - ISO/RTO/Wholesale
Market
19 - Energy Market
Clearinghouse
37 - Transmission
SCADA
27 - Distribution
Management System
29 - Distribution
SCADA
33 - Meter Data
Management System
21 - AMI Headend
23 - Customer
Information System
32 - Load Management
System / Demand
Response Management
System
40 - Work Management
System
24 - Customer Serv ice
Representativ e
36 - Outage Management
System
38 - Customer
Portal
41 - Aggregator/Retail
Energy Prov ider
42 - Billing
44 - Third Party
16 - Field Crew Tools
2 - Customer
10 - Submeter (EUMD)
3 - Customer Appliances
and Equipment
5 - Customer Energy Mgmt
System
6 - Electric Vehicle
(EVSE/PEV)
7 - Energy Serv ices
Interface / HAN Gateway
8 - Meter
4 - Customer DER:
Generation and Storage
HAN
Local Meter NW
Meter Serv ice IF NW
DMZ
DMZ FWInternet
Home FW
TP FW
AMI NW
Serv ice NW FW
Phone Connection
Enterprise NW
Enterprise/DMZ FW
Serv ice NW
Operations NW
Operations/DMZ FW
Market NW
Operations/Market FW
Market/Enterprise FW
Enterprise/Serv ice FW
Enterprise/Remote FW
Operations/Remote Serv ice FW
TP NW
Enterprise/Operations FW
Interfaces und Security Requirements IKT Netzwerk-Topologie
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Begriffsbildung G
ebäu
de
Smar
t Grid
Architektur-Beschreibung Architektur-Entwicklung
Architektur Framework
Einheitliche Darstellung aller relevanten Aspekte gemeinsame Sprache
Architektur Modellierung /
Viewpoints
Modellierung mit CAD Werkzeugen beliebige „Schnitte“
Referenz- Architektur
„Blaupause“ z.B. Elektro-, Wasser- oder HKL Installation
Abstraktions- Level
Mein individualisiertes
Häuschen
© www.fertighaus.at
Konkrete Architekturen
Funktionale und technische Aspekte
SGAM Toolbox IKT, Security, Interfaces, ET,…
Referenz-Architektur?
Lösungen???
Component
Communication
Business
Function
Information
Generation Transmission Distribution DER Customer Premise
Market
Enterprise
Operation
Station
Field
Process
High Level Use Case 1
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Referenz-Architektur
ENTSO-E Role Model Business Layer
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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
17
NIST Logical Reference Model
Aktor Interfaces Interface Category
Security Requirements
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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
18
NIST LRM
ENTSO-E RM
NIST UC
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Referenz-Architektur
Beispiel Modellierung mit SGAM Toolbox - Szenario „Smart Metering“
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Generation Transmission Distribution DER Customer Premise
Market
Enterprise
Operation
Station
Field
Process
U17U16
20 - ISO/RTO/Wholesale
Market
U17U16
U17
U20
19 - Energy Market
Clearinghouse
U17
U20
U16
U10U13
37 - Transmission
SCADA
U16
U10U13
U10
U11 U12U15
U7
U8
U9 27 - Distribution
Management System
U10
U11 U12U15
U7
U8
U9
U27U9
29 - Distribution
SCADA
U27U9
U1
U2U5
U8
33 - Meter Data
Management System
U1
U2U5
U8
U2U21
U22
U24U25
U26
U3
U6
U7
21 - AMI Headend
U2U21
U22
U24U25
U26
U3
U6
U7
U14
U21
U31
U33
U37U38
23 - Customer
Information System
U14
U21
U31
U33
U37U38
U11
U13
U22
U32
U33
U36
32 - Load Management
System / Demand
Response Management
System
U11
U13
U22
U32
U33
U36
U12 U30
U31
U34U36
40 - Work Management
System
U12 U30
U31
U34U36
U38U40
24 - Customer Serv ice
Representativ e
U38U40
U26
U29
U30
U27
36 - Outage Management
System
U26
U29
U30
U27
U37
U3938 -
Customer Portal
U37
U39
U20
U4
U1541 -
Aggregator/Retail Energy
Prov ider
U20
U4
U15
U1
U4
42 - Billing
U1
U4
U18U5
U6 44 - Third Party
U18U5
U6
U3
15 Distribution
RTUs or IEDs
U3U14U29 U34
U3516 - Field Crew Tools
U14U29 U34
U35
U39
U40
2 - Customer
U39
U40
U46
U47
U48 U50
10 - Submeter
(EUMD)
U46
U47
U48 U50
U43 U44
3 - Customer Appliances
and Equipment
U43 U44
U41
U42U44
U45
U46
5 - Customer Energy Mgmt
System
U41
U42U44
U45
U46
U49U50
6 - Electric Vehicle
(EVSE/PEV)
U49U50
U18U25U32
U42
U43
U49U60
7 - Energy Serv ices
Interface / HAN Gateway
U18U25U32
U42
U43
U49U60
U24
U35
U41
U47
U60
8 - Meter
U24
U35
U41
U47
U60
U45
U48
4 - Customer DER:
Generation and Storage
U45
U48
Interfaces mit Security Requirements
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Referenz-Architektur
Kommunikations- und Daten Standards Interaktive Übersicht der IEC: http: http://smartgridstandardsmap.com/
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Begriffsbildung G
ebäu
de
Smar
t Grid
Architektur-Beschreibung Architektur-Entwicklung
Architektur Framework
Einheitliche Darstellung aller relevanten Aspekte gemeinsame Sprache
Architektur Modellierung /
Viewpoints
Modellierung mit CAD Werkzeugen beliebige „Schnitte“
Referenz- Architektur
„Blaupause“ z.B. Elektro-, Wasser- oder HKL Installation
Abstraktions- Level
Mein individualisiertes
Häuschen
© www.fertighaus.at
Konkrete Architekturen
Funktionale und technische Aspekte
SGAM Toolbox Electric Network, ICT- Network, Security,…
ENTSO-E Role Model, NIST
LRM,…
Lösungen???
Component
Communication
Business
Function
Information
Generation Transmission Distribution DER Customer Premise
Market
Enterprise
Operation
Station
Field
Process
High Level Use Case 1
Generation Transmission Distribution DER CustomerPremise
Market
Enterprise
Operation
Station
Field
Process
Demand Side Management
Gateway
CEMS
FirewallInternet
Home Automation
InternetDSM
Serv ice
E-Car Charging
CSMS
Firewall
Client COM
HA COME-Car COM
DSM Mgmt
HMI
Communication
ICT Connection
Legend
Protocol:
Protocol:
Protocol:
Protocol:
Protocol:
Protocol:
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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
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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 christian.neureiter@en-trust.at Ableitung eines adaptierten Österreich Modells aus der Referenz-Architektur
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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 christian.neureiter@en-trust.at
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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit, gerne beantworte ich Ihre Fragen!
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