Padrões para veículos elétricos e rede
“No futuro, as concessionárias deverão se tornar como maestros de orquestra”
Frances Cleveland, uma das principais especialistas da IEC em segurança cibernética e interconexão de recursos energéticos distribuídos (DERs) à rede, dize-tecnologiasobre os padrões mais recentes para conectar veículos elétricos (EVs) à rede elétrica e como mantê-los seguros.
A IEC está a preparar o caminho para normas sobre VE utilizados como DER para a rede, o que significa que os VE podem carregar eletricidade da rede, mas também descarregar energia quando necessário. Existem novos padrões nessa área?
Houve muito progresso, alguns deles na IEC e outros fora da IEC. Um marco da IEC é a publicação da IEC 63584 em 2024, baseada num protocolo importante, o protocolo de ponto de carregamento aberto ou OCPP. No passado, o OCPP prestava apoio apenas ao carregamento de VEs. No entanto, em resposta aos requisitos de gestão da rede para a descarga de VE, o protocolo oferece agora comunicações interoperáveis entre estações de carregamento (EVSE) e diferentes operadores ou agregadores de flexibilidade, capazes assim de apoiar diferentes fornecedores e os muitos requisitos regulamentares diferentes. O próprio protocolo está sendo atualizado para atender às recomendações IEC 63460 desenvolvidas no Comitê de Sistemas IEC para Energia Inteligente (SyC SE), que incluem EVs atuando como DERs durante o carregamento, bem como ao descarregar para casa ou para a rede. Este padrão acaba de ser publicado. Em adições futuras, a IEC 63584 incluirá mais funcionalidades do DER, incluindo limitação de carga e descarga, resposta autônoma à frequência e tensões e gerenciamento como qualquer outro DER.
Outra norma nesta área é a ISO 15118-20, que estende as comunicações do EVSE aos próprios VE, conforme necessário. Este protocolo também está a ser ativamente atualizado para refletir os requisitos para os VEs atuarem como DERs.
Todos esses padrões são complementares ou concorrentes?
Todos eles trabalham em níveis diferentes. A norma ISO 15118-20 é usada para comunicação entre o EVSE e o EV. A norma IEC 63584 é utilizada para a comunicação entre os EVSEs e os sistemas externos, por exemplo os agregadores de eletricidade. Ambos são usados em conjunto para comunicar as trocas de dados necessárias para atender aos requisitos funcionais do sistema de energia da IEEE 1547.
Como diferentes comitês técnicos trabalharam juntos nisso?
A IEC TC 57 publicou a IEC 61850-7-420, que define os modelos de informação semântica (nomes e significados dos objetos de dados) necessários para gerenciar DERs. Os nomes dos objetos de dados IEC 61850 e seus significados estão sendo usados pelos seguintes seis protocolos de comunicação relacionados ao DER: IEC 61850-7-420, IEEE 2030.5, IEEE 1815.2 (DNP3), SunSpec Modbus, OCPP e ISO/IEC 15118-20. Isso significa que a IEC 61850-7-420 realmente se tornou a fonte de nomes e significados de dados e é a pepita de ouro no centro de todos os padrões que tratam da interação da rede com os DERs.
Os especialistas do TC 69, que publica normas sobre sistemas de transferência de energia elétrica para VEs, perceberam, portanto, que a norma IEC 61850-7-420 era a base apropriada para a comunicação com VEs conectados à rede. Têm um grupo de trabalho conjunto (JWG11) com o TC 57, que trata da gestão de infraestruturas de carga e descarga de VE. Outro grupo de trabalho conjunto (JWG15) inclui o TC 57 e o TC 120, que prepara padrões para sistemas de armazenamento de energia. O JWG15 aborda os casos de uso e os requisitos de dados entre operadores de flexibilidade, agregadores e estações de carregamento de veículos elétricos.
O SyC SE identifica as lacunas no trabalho realizado por esses grupos. CEI 63460"EVs como DER"sugere métodos para resolvê-los. Este esforço do SyC, juntamente com o trabalho de muitos especialistas IEC e ISO neste campo de EV, tem sido fundamental para a atualização do OCPP e da ISO/IEC 15118-20, e ajudou no reconhecimento de que os EV são apenas mais uma fonte de energia armazenada para apoiar a rede (e os seus proprietários!).
Com o enorme crescimento nas vendas de VE em 2024, será que as empresas de serviços públicos estavam interessadas na publicação destas normas para as ajudar a acomodar a crescente procura de eletricidade proveniente de VE?
Sim. Vou dar o exemplo da Califórnia nos EUA, que tem o maior número de VEs neste país. As empresas de serviços públicos estavam inicialmente a atrasar a interligação das estações de carregamento maiores porque não conseguiam acomodar o aumento da procura sem atualizar a rede para atendê-los. Mas os legisladores do estado emitiram regulamentos que os obrigaram a agir. E de repente, assim que a legislação foi aprovada, as concessionárias agiram muito rapidamente para abrir caminho para esses novos usos. Naturalmente, tinham algumas ressalvas e estão a introduzir requisitos regulamentares que limitam a taxa de carregamento durante períodos de elevada procura, válidos até que as atualizações da rede sejam instaladas. Além disso, para residências e pequenas empresas, as tarifas de{6}}tempo de{7}}uso foram modificadas para incentivar os consumidores a cobrar durante horários de baixa demanda, como depois da meia-noite. A questão é que o panorama de normas existentes ajudou-os a adaptar-se rapidamente e a abrir caminho para estas novas utilizações. É necessário ter comunicações entre a concessionária, o agregador, a casa ou a empresa, os dispositivos domésticos e o próprio VE, que sejam ao mesmo tempo contínuas e seguras e é isso que os padrões permitem.
Você pode nos contar mais sobre os padrões de segurança cibernética IEC para a rede e DERs?
Sim. Existem esforços contínuos do meu grupo de trabalho dentro do TC 57 que desenvolve os padrões de segurança cibernética IEC 62351, que chamo de padrões "Como fazer". A IEC também desenvolveu as Normas IEC 62443 que dizem “O que você precisa fazer”, mas não como fazê-lo. As Normas IEC 62443 estão a ser alargadas para incluir requisitos horizontais de segurança cibernética, o que significa que diferentes áreas, como a energia e os equipamentos médicos, estão a modificar as Normas básicas da IEC 62443 para refletirem as suas necessidades mais específicas. Estamos trabalhando nos requisitos de segurança cibernética para subestações no momento e trabalharemos em requisitos específicos-de DER. A IEC 62443-4-2 também pode ser usada para testar a segurança cibernética de dispositivos, como DERs.
Fora da IEC, a IEEE 1547.3 fornece recomendações para segurança cibernética em DERs, que podem ser usadas como guia pelas concessionárias. Além disso, a UL Solutions, uma organização-de certificação e segurança de produtos com sede nos EUA, está desenvolvendo o padrão UL 2941 para testar a segurança cibernética de DERs.
Quais são os desafios a enfrentar na segurança cibernética de subestações e DERs?
Subestações e DERs são muito diferentes no que diz respeito aos seus requisitos de segurança cibernética. As subestações são 100% controladas pela concessionária, que tem total comando sobre as medidas que devem tomar para protegê-las. Os DERs, ao contrário, têm diferentes proprietários, agregadores, fabricantes, instaladores e até diferentes utilidades. Para a segurança cibernética de DER, seria necessário obter um acordo entre todas essas diferentes entidades sobre qual nível de segurança e quais protocolos usar, e esse tipo de acordo pode ser bastante problemático. Os fabricantes de VEs querem que fiquemos fora do mundo deles - eles não querem que as concessionárias, por exemplo, lhes digam o que fazer.
As subestações são equipamentos críticos para a rede elétrica que podem ser atraentes para os invasores devido ao seu papel visível no fornecimento de energia elétrica, uma infraestrutura crítica. Entretanto, atacar um único DER poderia irritar seu dono, mas não muito mais. Somente se o ataque afetar muitos DERs ele se tornará uma ameaça crítica. A maioria das subestações possui alguma forma de segurança física: possuem cercas, portões e cadeados e, às vezes, até câmeras, enquanto os DER raramente são protegidos fisicamente.
Do ponto de vista das comunicações, os sistemas DER utilizam a Internet, que pode ser insegura, e os fabricantes geralmente implementam Modbus, que não tem segurança, nos seus sistemas DER. Portanto, mesmo que protocolos mais seguros sejam usados externamente, os sites DER são particularmente vulneráveis. Uma das áreas de desacordo entre os serviços públicos e os fabricantes de DER é sobre onde a segurança deve começar e quem é responsável por proteger que equipamento – e quem responde a que tipos de ataques à segurança. Então essas são algumas das questões com as quais estamos lidando.
Você pode danificar a rede hackeando um DER?
O risco está no canal de comunicação. Se um DER estiver conectado à rede por meio de um canal de comunicação, e o malware passar pelo canal de comunicação até outros DERs, até o agregador e até mesmo a concessionária, e fornecer comandos de controle para ligar e desligar os sistemas de forma aleatória e repetida, isso causará estragos na rede. É uma das nossas principais preocupações.
Quais são as principais áreas de foco do TC 57 e do SyC SE no futuro?
A curto prazo, precisamos de garantir que todos os diferentes protocolos no espaço EV cumprem os mesmos requisitos. A longo prazo, exigiríamos que o ambiente regulamentar mudasse a sua perspectiva sobre o papel dos serviços públicos. As concessionárias são obrigadas a atender todas as cargas de eletricidade no atual ambiente regulatório. Mas no futuro podemos ver que haverá mais equilíbrio entre os usuários e a concessionária, com mais comunicação e mais entendimento entre eles. No futuro, os serviços públicos deverão tornar-se como maestros de orquestra, com os utilizadores importando e exportando energia para a rede de uma forma flexível, com base em restrições, se necessário, e em incentivos, sempre que possível. A concessionária gerenciará a rede como um sistema cibernético seguro e confiável. Ainda estamos bastante longe disso. Mas estamos pensando nesses termos. A inteligência artificial provavelmente nos ajudará a todos a atingir esses objetivos.
Frances Cleveland é formada em engenharia elétrica e física aplicada pela Universidade de Harvard e pós-{0}}graduada em engenharia elétrica e ciência da computação pela Universidade da Califórnia em Berkeley.
Ela gerencia e presta consultoria em projetos de sistemas de controle e informação de redes inteligentes no setor de energia elétrica há mais de 35 anos. Sua experiência se concentrou principalmente em padrões de interoperabilidade de informações de redes inteligentes, questões de segurança cibernética, resiliência da rede elétrica, funcionalidades de inversores inteligentes para recursos energéticos distribuídos (DERs) e integração de sistemas, incluindo DERs, veículos elétricos plug-in, infraestruturas avançadas de medição, automação de distribuição, automação de subestações e operações de mercado de energia.