EP2539985A2 - Vorrichtung und verfahren zur stabilisierung eines strombezuges - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur stabilisierung eines strombezuges

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EP2539985A2
EP2539985A2 EP11709895A EP11709895A EP2539985A2 EP 2539985 A2 EP2539985 A2 EP 2539985A2 EP 11709895 A EP11709895 A EP 11709895A EP 11709895 A EP11709895 A EP 11709895A EP 2539985 A2 EP2539985 A2 EP 2539985A2
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EP
European Patent Office
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subscriber
power
current reference
distribution network
control messages
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP11709895A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Rainer Falk
Steffen Fries
Hans-Joachim Hof
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
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    • Y04S20/00—Management or operation of end-user stationary applications or the last stages of power distribution; Controlling, monitoring or operating thereof
    • Y04S20/20—End-user application control systems
    • Y04S20/222—Demand response systems, e.g. load shedding, peak shaving

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for stabilizing a current reference from a power distribution network.
  • a plurality of different subscribers can be connected to a power distribution network, each having a plurality of power consumption units.
  • participants may be to households which have a variety of home appliances, such as washing m ⁇ NEN, refrigerators or the like.
  • subscribers can also include production plants that use machines that require electricity in the manufacture of products.
  • various power generation facilities and power generators may be connected, in particular works of force, but also photovoltaic systems and wind turbines.
  • electricity is also fed through decentralized power generators into the grid, for example, by a mounted on a roof of a subscriber photovoltaic system. To save energy, devices or machines are increasingly being controlled by subscribers.
  • the control of these subscriber devices can be done centrally by a control system of the electricity provider or decentralized at the participants, for example by an intelligent control that controls or regulates existing household appliances in ei ⁇ nem household.
  • the lighting in a building can be adjusted by a control provided there to the existing ambient ⁇ brightness by appropriate control or regulation of lighting devices.
  • Washing machine be activated by an existing at the subscriber local control when the available power in the power grid or the available Energy can be obtained by the participant on favorable terms.
  • Both the remote control by a remote central control of the electricity provider and the local control at the subscriber are based on a networked data transmission system.
  • Such control systems that can be implemented in a variety under ⁇ etzlich participants, the risk of attacks by third parties are increasingly exposed. Examples play as there is a risk that it ge ⁇ lingt an attacker to bring a large number of controls of various participants under its control and to destabilize by a targeted attack, the electricity distribution network.
  • an attacker can here a plurality of local or remote controlled devices Toggle the same time and from ⁇ switch to induce current consumption fluctuations in this manner, which destabilize the power distribution network. Due to the destabilization of the power grid, power failures may possibly be caused in the power distribution network.
  • Such unstable system state of the power distribution network can also be caused by an unstable inadvertent control behavior of Ge ⁇ entire system by a planned attack by third parties but. One reason for this may be an implementation error of existing control software or an error in the control algorithm used.
  • the invention provides a device for stabilizing a current reference from a power distribution network by at least one subscriber who is connected via a power connection to the power distribution network, wherein a Strombezuganomalie is detected when receiving electricity by the respective participants from the power distribution network based on transmitted control messages that are intended for each participant or come from the respective participants, and wherein after detecting a Stromobzugsanomalie power consumption units are accordingly angesteu ⁇ ert.
  • a plurality of power consumption units of the respective subscriber are connected via a gateway and the power connection of the subscriber to a distribution station of the power distribution network provided for the subscriber.
  • This distribution station is, for example, a transformer station of the electricity distribution network.
  • the Strombezuganomalie a subscriber is detected by a Strombezugsanomalieerkennungsaku, which is provided in the Ga ⁇ teway of each participant, provided for the respective participant distribution station or in a server of an electricity supplier.
  • a Strombezugsanomalieerkennungsaku which is provided in the Ga ⁇ teway of each participant, provided for the respective participant distribution station or in a server of an electricity supplier.
  • at least a part of the power consumption of the subscriber units and / or further subscriber is added or a normal operation mode to a limited operation mode completely deactivated after the detection of a current reference discrepancy in a part ⁇ participants.
  • a power consumption Determined ⁇ averaging unit is provided for the respective subscriber, which determines the power consumed by the power consumption of the respective subscriber units stream continuously or on demand, and reports to the electricity-anomaly detection unit of the respective participant.
  • the current reference anomaly detection unit detects a current reference anomaly on the basis of control messages which are sent by the subscriber's gateway or received by the subscriber's gateway.
  • control messages are transmitted via the subscriber's power connection or via a separate data network.
  • the current reference anomaly detection unit of a part ⁇ taker detects a current reference anomaly by comparing the transmitted control messages having predetermined attack patterns or with historically recorded data.
  • the current reference anomaly detection unit of a part ⁇ taker detects a power anomaly with respect thereto, that the transmitted control messages meet at least a configurable detection ⁇ rule for recognizing a current reference anomaly.
  • the current reference anomaly detection unit takes for detecting a current reference anomaly, one or more additional ⁇ inspections, in particular
  • control messages of the gateway are transmitted by means of a predetermined data transmission protocol and have a predetermined data format.
  • control messages comprise data packets which comprise management data and user data,
  • the Strombezuganomalieerkennungsech recognizes a Strombe ⁇ zugsanomalie based on conspicuous management data and / or conspicuous payload data of the transmitted control messages.
  • the Strombezuganomalieerkennungsaku detects a ⁇ attack destabilization of Stromverteilnetzes based on the control messages and reports a type and location of each attack to a server infrastructure operator of each Stromverteilnetzes.
  • a local Stromobzugsanomalieerkennungsaku which is provided in the gateway of a subscriber, predetermined attack pattern for detecting Strombezuganomalien from a database or receives predetermined attack pattern for detecting Strombezugsanomalien in a Annd horrus.
  • the invention further provides a method for stabilizing an electricity purchases from a power distribution network with the given in Pa ⁇ tent pipe 15 characteristics.
  • the invention provides a method for stabilizing a current reference from a power distribution network
  • a current reference anomaly is detected upon receipt of power by at least one subscriber from the power distribution network by analyzing transmitted control messages destined for the respective subscriber or originating from the respective subscriber, and
  • the invention further provides a control program for carrying out such a method for stabilizing a current reference from a power distribution network.
  • the invention further provides a data carrier which stores such a control program.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining a system in which the stabilization device according to the invention is used to stabilize a current reference from a current distribution network;
  • Fig. 2 is a block diagram illustrating a possible
  • Embodiment of the invention Sys tems ⁇ for stabilizing an electricity purchases
  • Fig. 3 is a block diagram illustrating a possible
  • Embodiment of the invention Sys tems ⁇ for stabilizing an electricity purchases; 4 shows a block diagram to illustrate an exemplary embodiment of a device according to the invention for stabilizing a current reference from a power distribution network; 5A-5F are signal diagrams for explaining thejanswei ⁇ se of the device according to the invention and the inventive method for stabilizing a current reference from a power distribution network.
  • a system 1 in which the device according to the invention can be used to stabilize a current reference has at least one
  • Power distribution network 2 in which power is fed by one or more power generators 3 of an electricity supplier.
  • the power generator 3 is, for example, a power plant, a wind power plant or a photovoltaic plant.
  • a server 4 of the respective electricity provider or infrastructure manager can be connected to the power distribution network 2.
  • two subscribers 5 - 1, 5 - 2 are connected to the power distribution network 2 via a distribution station 6.
  • the power distribution station 6 may be, for example, a transformer station.
  • the two participants 5-1, 5- 2 is, for example, households with meh ⁇ eral power consumption units or production facilities with energy consuming machines for the production of products.
  • an alternating current or an AC voltage AC is provided for the various subscribers 5-1, 5-2.
  • an alternating current or an AC voltage AC is provided for the various subscribers 5-1, 5-2.
  • a DC or DC voltage DC for the various participants 5-1, 5-2.
  • the subscribers 5-1, 5-2 are connected to the power distribution station 6 via a subscriber power connection and an associated power connection line 7-1, 7-2.
  • the power distribution station 6 is in turn connected via a line 8 to the power distribution network 2.
  • a voltage transformer may be provided, which transforms a high-voltage alternating voltage into a low alternating voltage with a lower voltage amplitude, wel ⁇ che the consumption units of the participants 5-1, 5-2 is provided.
  • a device for stabilizing a current reference from the power distribution network 2 may be provided.
  • a current reference anomaly is detected when current is drawn by the respective subscriber 5-i from the power distribution network 2 on the basis of transmitted control messages which are intended for the respective subscriber 5-i or originate from the respective subscriber 5-i.
  • control messages may be, for example switching commands or information on electricity purchases (available power, price information, current performance ⁇ recording), which are used for a switching function.
  • At least a portion of the subscriber's or other subscriber's power consumption units is transitioned from a normal operating mode to a restricted operating mode or fully disabled.
  • more locally provided power consumption units, such as household appliances, of the respective sub ⁇ taker are 5-i via a gateway and the current terminal of the part ⁇ taker 5-i via the associated power supply line 7-i to the subscriber 5- i provided distribution station 6 of the power distribution network 2 connected.
  • a Strombezugsanomalie at a sectionneh ⁇ mer 5-i by a Strombezugsanomalieerkennungsech he ⁇ known which is provided in the gateway of the respective subscriber 5-i.
  • a power reference anomaly of a subscriber is detected by a power reference abnormality detection unit provided in the respective dispatch station 6 of the subscriber 5-i.
  • the Strombezugsanomalieerkennungs- unit of the subscriber 5-i is located in the server 4 of the electricity provider ⁇ ters.
  • a power consumption determination unit is provided for each subscriber 5-i.
  • This power consumption determining unit is beispielswei ⁇ se at the gateway of the respective subscriber 5-i.
  • the Stromméser- determines the 5-i consumed by the power consumption units of the respective subscriber current kontinuier ⁇ Lich averaging unit of the respective participant 5-i and reports the determined or measured power consumption of the associated electricity-anomaly detection unit of the respective participant 5-i .
  • the power consumption detecting unit detects the power consumption of a part ⁇ taker 5-i if required or when receiving a corresponding input command, for example via a user interface parts.
  • the current consumption acquiring unit receives the corresponding command for determining the spent stream, it reports the consumed current of the subscriber 5-i to the associated current reference anomaly detection unit of the subscriber jeweili ⁇ gen 5-i.
  • the current reference anomaly detection unit of a subscriber 5- i recognizes the current reference anomaly of a subscriber based on control messages sent from the gateway of the subscriber are received, or 5- i ⁇ gene by the gateway of the subscriber 5-i. These control messages are transmitted in a possible embodiment via the power connection of the subscriber 5-i and the power connection line 7-i of the respective subscriber 5-i.
  • control messages sent by the subscriber's 5-i gateway or received by the subscriber's 5-i gateway are transmitted over a separate data network, for example via the Internet.
  • This attack patterns and recorded data can be located in a data store that is locally ver ⁇ connected to the electricity supply abnormality detection unit.
  • the data store is, for example, a hard disk.
  • one or more configurable detection rules for detecting a current reference anomaly may be stored in the data memory of the subscriber 5-i.
  • the current reference anomaly detection unit of a subscriber 5- i detects a current reference anomaly in which participants that the data sent from the gateway of the subscriber or specific to the gate ⁇ way of the subscriber control messages meet at least one of the stored configurable detection rules for detecting a current reference anomaly.
  • control messages of a gateway of a subscriber 5-i are transmitted by means of a predetermined data transmission protocol and have a predetermined data format. These control messages may, for example, be data packets that have administration data (headers) and user data (payload).
  • the power reference anomaly detection unit of a subscriber 5-i detects a power reference anomaly by way of more conspicuous ones
  • the power draw anomaly detection unit detects a power reference anomaly. Hand conspicuous user data of the transmitted data packets or control messages.
  • a power reference abnormality detection unit of a subscriber 5-i detects an attack to destabilize the power distribution network 2 based on the control messages originating from the subscriber's 5-i gateway or received from the subscriber's 5-i gateway and reporting a type and / or a location of the respective attack on the server 4 of the infrastructure manager of the
  • the Strombezugs- anomaly detection unit reports the detection of an attack to destabilize the Stromverteilozoes the address of the gate ⁇ ways of each participant 5-i to the server 4 of the infrastructure manager.
  • the Strombezugsanoma- lue recognition unit is provided locally in the gateway of the subscriber.
  • the detection of a Strombezuganomalie carried out by comparison with known attack patterns these attack patterns are in a possible embodiment of a database by the Strombezugsanomalieerkennungsaku of the subscriber 5-i forth ⁇ downloaded.
  • This database may for example be provided by the infrastructure manager of the power distribution network 2.
  • the power reference malfunction detection unit of a subscriber 5-i charges these attack patterns for detecting power reference anomalies from the server 4 of the infrastructure manager.
  • the current reference anomaly detection unit obtains such attack pattern for detecting anomalies in a reference current Annd Anlagensmodus.
  • Fig. 2 shows an embodiment of the system 1 according to the invention for stabilizing a current reference from a power distribution network.
  • Both subscribers 5-1, 5-2 which may, for example, be households of private customers, can be supplied with power via a subscriber gateway 9-1, 9-2 via the respective power consumption units 10, 11.
  • each private household 5-1, 5-2 has two power consumption units 10-1, 11-1 and 10-2, 11-2, respectively.
  • the power consumption units 10, 11 is, for example, domestic appliances such as Washing machines ⁇ machines or lighting devices.
  • the two gateways 9-1, 9-2 of the two subscribers 5-1, 5-2 are, as shown in FIG. 2, connected via current reference lines 7-1, 7-2 to the power distribution station 6, for example a transformer station, which in turn is connected via a line 8 to the power distribution network 2.
  • the power distribution station 6 for example a transformer station, which in turn is connected via a line 8 to the power distribution network 2.
  • a device according to the invention 12-1 for stabilizing a current reference from the power distribution ⁇ network 2 is provided by the participants 5-1 at the gateway 9-1 of the first participant 5-1.
  • the device 12-1 can detect a Strombezuganomalie when receiving power through the subscriber 5-1 from the power distribution network 2 via the Stromverteilstation 6 based on transmitted control messages that come from the associated gateway 9-1 of the subscriber 5-1 or from the Gateway 9-1 of the subscriber 5-1 are received or intended.
  • a Strombezugsanomalie power consumption units or power reference units for stabilizing the power reference by the subscriber 5-i can be controlled accordingly by the device 12-1.
  • the consumption units of the respective subscriber that is, in the illustrated example of the subscriber 5-1, are driven locally by the device 5-1 for stabilizing the current reference.
  • the Stromdesein ⁇ units 10-1, 11-1 of the subscriber 5-1 can be driven by the associated device 12-1 via control lines 13 locally.
  • the disconnection of power consumption units 10, 11, for example of household appliances is carried th, initially the less important for the subscriber power consumption units are switched off in accordance with a configurable configuration list.
  • the device 12 may be provided for stabilizing a current reference from the power distribution network in a possible embodiment of the respective gateway 9-i of the respective subscriber 5-i.
  • the device 12 may be provided for stabilizing a current reference from the power distribution network in a possible embodiment of the respective gateway 9-i of the respective subscriber 5-i.
  • the subscriber 5-i has such a stabilizing device 12-i.
  • several or all participants 5-i may have a respective stabilization device 12.
  • a device for stabilizing a current reference 12-1 is provided at the subscriber 5-1. Additionally or alternatively, such a stabilization device can also be used in the
  • the stabilization device provided in the distribution station 6 includes a power consumption determination unit 14A that continuously or as needed determines the power consumed by the power consumption units of the subscribers 5-1, 5-2 and a power reference abnormality detection unit 14B reports.
  • the current reference anomaly detection unit detects 14B the stabilizing device 14 within the distribution station 6, a current reference anomaly is caused by one or at ⁇ de subscriber 5-1, 5-2 based on control messages exchanged between the distribution station 6 and the Power distribution network 2 are transmitted via the line 8.
  • the current reference abnormality detection unit 14B in the power distribution station 6 may use the reported total power consumption amount of the two subscribers 5-1, 5-2, which is notified by the power consumption determination unit 14A, to detect a power reference anomaly.
  • a current reference anomaly or attack in the exemplary embodiment illustrated in FIG.
  • the current reference malfunction detection unit 14B can actuate a switching unit 14C which switches corresponding switches 15-1, 15-2 via which the power supply lines 7-1, 7-2 are connected to the distribution station 6. Recognizes, for example, the electricity-anomaly detection unit 14B of the distribution station 6 an attack or a current reference anomaly, it may include one or both of the switches 15-1, 15-2 loading, operating to stabilize the power distribution network 2 at a Moegli ⁇ chen embodiment.
  • the gateway 9-2 of the subscriber 5-2 has been infiltrated by an attacker, it is possible for the attacker to periodically activate and deactivate power consumption units or loads in the household of the subscriber 5-2.
  • power consumption determination unit 14A determines beispielswei ⁇ se regularly the power consumption of the two participants 5-1, 5-2 and shares the measured power consumption of the electricity purchase anomaly detection unit 14B.
  • the Strombezuganomalieer- recognition unit 14B can, for example, on the basis of a Signa ⁇ tur Scheme in which attack patterns are stored, recognize that due to the transmitted control messages at the participant 5-2 an attack or an Implement istsfeh- 1er or a virus attack exists.
  • the current reference anomaly detection unit 14B controls the switching input ⁇ standardized 14C accordingly, which then opens the switch 15-2 to the subscriber 5-2 to minimize felnetz in this way the effects of the attack or of the implementation error on the overall.
  • the distribution station 6 additionally has a communication unit 16, via which the distribution station 6 communicates with the gateways 9-1, 9-2 of the subscribers connected thereto. mer 5-1, 5-2 communicates. The communication can take place via a separate data network or via Powerline Communication PLC.
  • Fig. 3 shows a further embodiment for explaining the device according to the invention for power reference stabilization in a power distribution network. In the embodiment shown in FIG.
  • both subscribers 5-1, 5-2 have a corresponding device 12-1, 12-2 for stabilizing a current reference from the power distribution network 2.
  • a device 14 for stabilizing a power reference If, in the example shown in Fig. 3 embodiment, detected for example by a current reference anomaly detection unit of the apparatus 12-1 at the gateway of the subscriber 9-1 5-1 a current reference anomaly at the subscriber 5-1, can the detected Strombe ⁇ zugsanomalie the subscriber 5-1 are transmitted via the Stroman gleichlei ⁇ tung 7-1 the subscriber's 5-1 or a separate data network to an analysis module of Stromverteilstation 6, for example with respect to the power anomaly detection means 14B.
  • the current reference anomaly detected by a subscriber 5-i can thus lead, in addition to the power consumption units of the respective subscriber 5-i, additionally, power consumption units of other subscribers 5-i which are connected to the same distribution station 6 to stabilize the power supply unit.
  • network 2 disabled or limited.
  • the various ⁇ nen devices or power consumption units 10, 11 can be controlled differently locally according to their configured prioritization or by their type.
  • As Exampless- safety-critical devices or power ⁇ consumption units to illuminate a building facade or air conditioning can not be completely disabled while si ⁇ cherheitskritician power consumption units, such example ⁇ , a home lighting, not be disabled or in a limited operation mode, such as emergency lighting be offset.
  • a refrigerator may also regulate a predetermined temperature at which it consumes less power.
  • the stabilization device 12-1 is located at the home gateway 9-1 of a subscriber 5-1, which is connected directly to the power distribution network 2 via a power supply line 7-1. In the embodiment shown in Fig. 4 thus no power distribution station 6 is provided.
  • the current stabilization device 12-1 provided at the gateway 9-1 of the subscriber 5-1 includes an integrated power consumption determination unit 12A-1 which continuously or as needed consumes the power consumed by the power consumption units 10-1, 11-1 of the subscriber 5-1 determined and reported to a power consumption abnormality detection unit 12B-1 of the subscriber 5-1. This controls via a switching unit 12C-1 the
  • the Loka ⁇ le power consumption anomaly detection unit 12B-1 is further connected to a data memory 12D-1.
  • the current reference abnormality detection unit 12A-1 detects a current reference abnormality when current is drawn by the subscriber 5-1 from the power distribution network 2 based on control messages to be transmitted designated for the subscriber 5-1 or the respective one Participants 5-2 come.
  • a Stromongs- anomaly detection unit 12b-1 of the part ⁇ taker 5-1 can by means of the switching input ⁇ standardized 12C-1, the current consumption units 10-1, 11-1 are controlled accordingly, for example by sockets of the respective current consumption units 10- 1, 11- 1 are driven accordingly.
  • the Strombezugsano- takes malieerkennungsaku 12A-1 for detecting an abnormality in electricity purchase the respective subscriber, one or more white ⁇ tere inspections.
  • the power consumption abnormality detection unit 12B-1 checks the amount of electricity received from the power distribution network 2 by the subscriber 5-1 via the power connection 7-1 or the amount of power fed into the power distribution network 2. For example, a plausibility check of the injected or emitted amount of current can be carried out, for example, to detect a cyclical switching on or off of power consumption units 10, 11.
  • the power reference abnormality detection unit 12B-1 additionally checks integrity of the respective gateway 9-1 of the subscriber 5-1. This integrity check can be performed, for example, by using Trusted Platform Modules (TPM) or External
  • Smart cards which may also contain user data, take place.
  • the power consumption abnormality detection unit 12B-1 of the subscriber 5-1 provided at the gateway 9-1 of the subscriber 5-1 detects the power reference anomaly based on attack patterns locally stored in the memory 12D-1.
  • these attack patterns for the detection of current reference anomalies can be loaded from a database of the server 4 or be configured in another operating mode.
  • the power consumption anomaly detection unit 12B-1 additionally carries out a
  • the power reference abnormality detection unit 12B-1 may in one possible embodiment itself set to a safe operation mode in which the impact possibilities on power consumption units of the subscriber are restricted or inhibited.
  • the current reference abnormality detection unit 12B-1 for detecting an unstable system behavior or attack to locally connected smart power consumption units 10-1, 11-1 of the subscriber 5-1 may send messages indicating the attack unstable system behavior reports these smart power consumption units 10-1, 11-1.
  • the stabilization device 12-1 for stabilizing the current reference exercises a watchdog function with regard to the energy consumption and a protective function against attacks.
  • the power consumption units that are deactivated by the power consumption stabilizing device 12-1 may, in one possible embodiment manually or by the device 12-1 automatically reactivated, for example, by a manual Inter ⁇ action of the subscriber or user or after a predetermined period of time.
  • attack messages are also sent periodically and integrity-protected to a communication unit of a power distribution station 6 or to locally connected power consumption units 10-1, 11-1.
  • the power consumption calculation unit 12A-1 may determine the power consumption of the respective subscriber 5-1 kontinuier ⁇ Lich or on demand. In one possible embodiment, the determined power consumption of a communication unit 16 of the power distribution station 6 can be reported.
  • the configuration of the stabilization device 12-1 with attack patterns for detection of current reference anomalies can be carried out remotely in one possible embodiment.
  • an individual adjustment to a specific household or to a specific subscriber can take place locally.
  • FIGS. 5A, 5B, 5C, 5D, 5E, 5F show examples of explanations out the method according to the invention and the invention shown SEN device for stabilization of a current reference from a current distribution network.
  • FIGS. 5A-5F show examples of a communication between a subscriber 5-i and a power distribution station 6, for example via the power connection lines 7-i or a separate data network.
  • control messages of the distribution station 6, which are transmitted to a subscriber 5-i within a certain period of time are displayed.
  • the control units are messages which indicate to the subscriber 5-i a current electricity price P of an electricity provider.
  • the subscriber 5-i within a constantly fluctuating electricity prices which fluctuate between a price PI and a price PO, so that this can lead to a continuous switching on or off of the device 5-i in the case of the subscriber 5-i.
  • the stabilization device 12-i provided at the subscriber 5-i can detect a corresponding attack and correspondingly control the power consumption units, for example deactivate them.
  • a corresponding error message can be transmitted to a server 4 of the power operator.
  • a household appliance parked at the subscriber 5-i namely the household appliance G1 as a power consumption unit 10, 11, is constantly switched on or off. If such an attack pattern is detected, for example, the corresponding household appliance G1 or the corresponding power consumption unit can be set over a restricted operating mode or completely deactivated. Another possibility is to inform the affected device to ignore the corresponding control command.
  • Fig. 5C shows another example of a possible attack.
  • the attack illustrated in FIG. 5C is a so-called denial-of-service attack in which the distribution station 6 transmits a large number of control commands or control messages to a gateway 9-1 of a subscriber 5-i within a specific period of time sends to block the ent ⁇ speaking gateway 9-1. For example, within a few milliseconds, a few thousand control messages are generated by the attack and sent to the gateway 9-1 of the subscriber 5-i.
  • Fig. 5D shows another example of an attack pattern against which a potential attack can be detected.
  • a subscriber 5-i transmits At within a relatively short period of time
  • control messages to a distribution station 6 or to a server to achieve an appropriate congestion or congestion.
  • FIG. 5E shows another example for detecting a possible attack pattern.
  • the distribution station 6 transmits two control commands, for example switch-on commands to a destination address of a device at the subscriber 5-i with different source addresses SRC, which are, for example, IP addresses.
  • SRC source addresses
  • IP1 IP1
  • the other source address is in a fal ⁇ rule invalid address range IP2.
  • the second control message CTRL can be ignored by the per subscriber ⁇ schreib 5-i or blocked with the source address IP2.
  • the fiction, modern ⁇ device 12, a firewall functionality out ⁇ clearly a control command or a control message sawn riding.
  • the subscriber 5-i receives control messages from the power distribution station 6 with different receive addresses DA (destruction address) to different devices Gl, G2 of the subscriber 5-i.
  • the control command for the second power consumption unit G2 a power consumption unit of Operaneh ⁇ mers 5-i concern, which is safety-critical and therefore must not be controlled externally.
  • the device 12 according to the invention can block the corresponding control command for the safety-critical device G2.
  • a corresponding message can be generated, which reports the possibly detected attack.
  • the monitoring of the control message or of the network traffic can take place by means of comparison with known attack signatures for checking on the basis of historical data.
  • the method according to the invention reduces the susceptibility of the power network 2 to malfunctions or attacks.
  • a reliable operation of the smart grid or the power ⁇ network 2 is ensured, even if it comes through attacks or unforeseen system behavior to an unstable operation.
  • the stabilization process of the invention redu ⁇ also adorns collateral damage that can be caused by power outages.
  • effects of a local power procurement problem remain localized.
  • FAL le of an attack or a previous system behavior are preferably only participants who may infi ⁇ sheet, separated from the power supply 2 and placed in an emergency operating mode.
  • a current reference sequence is detected when current is drawn through at least one subscriber from the power distribution network 2 by analyzing transmitted control messages which are intended for the respective subscriber 5-i or originate from the respective subscriber. After detection of a Strombezuganomalie at a participant 5-i power consumption units of the subscriber and / or other participants 5-i are controlled to stabilize the power reference.
  • the inventive method is preferably carried out in real time by a corresponding control program.
  • This control program can be stored in a possible embodiment in a program memory.
  • detected or possible attacks are logged with ⁇ and stored in a log memory.
  • recognized conspicuous control messages or control data packets are blocked or reformatted so that they can no longer cause destabilization of the power distribution network.
  • the Strombezugsanoma- recognition unit recognizes a Stromobzugsanomalie auflig ⁇ liger administration data of the control messages or Steuerda tendene.
  • the power reference anomaly detection unit detects a power reference anomaly based on conspicuous payload data of the transmitted control messages or control data packets.
  • Reformatting a aufbib- time control message may for example be that oscillating reformatted data values within the payload of the control message to a mean value or vice ⁇ be calculated. Oscillates, for example, the Preisinformati ⁇ on between a price PO and PI to effect a permanent switching on or off of power consumption contents 10, 11, the user data of the respective control messages may be overwritten with a mean value or with a predetermined value for identifying that the corresponding Control message is to be ignored.
  • the Strombezuganomalieerkennungsech can if they recognize ei ⁇ NEN attack destabilization of Stromverteilnetzes 2 based on the control message, a type and a location of each attack to the server 4 of the nostibetrei- bers of Stromverteilnetzes 2 report. Furthermore, the conspicuous control messages can be redirected to the server 4 of the infrastructure manager, so that he can make a detailed analysis.

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Abstract

Vorrichtung und Verfahren zur Stabilisierung eines Strombezuges aus einem Stromverteilnetz (2) durch mindestens einen Teilnehmer (5), der über einen Stromanschluss an das Stromverteilnetz (2) angeschlossen ist. Eine Strombezugsanomalie beim Bezug von Strom durch den jeweiligen Teilnehmer (5) aus dem Stromverteilnetz (2) wird anhand von übertragenen Steuernachrichten erkannt wird, die für den jeweiligen Teilnehmer (5) bestimmt sind oder von dem jeweiligen Teilnehmer stammen. Nach Erkennen einer Strombezugsanomalie werden Stromverbrauchseinheiten (10, 11) oder Stromerzeugungseinheiten entsprechend angesteuert. Die erfindungsgemäße Vorrichtung schützt das Stromverteilungsnetz (2) wirksam vor Angriffen Dritter oder Implementierungsfehlern, die ein instabiles Systemverhalten hervorrufen können.

Description

Beschreibung
Vorrichtung und Verfahren zur Stabilisierung eines Strombezuges
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Stabilisierung eines Strombezuges aus einem Stromverteilnetz.
An einem Stromverteilnetz können eine Vielzahl unterschiedli- eher Teilnehmer angeschlossen sein, die jeweils über mehrere Stromverbrauchseinheiten verfügen. Bei derartigen Teilnehmern kann es sich um Haushalte handeln, die eine Vielzahl unterschiedlicher Haushaltsgeräte, wie beispielsweise Waschmaschi¬ nen, Kühlschränke oder dergleichen aufweisen. Weiterhin kön- nen derartige Teilnehmer auch Produktionsanlagen umfassen, die bei der Herstellung von Produkten Maschinen einsetzen, die Strom benötigen. An ein derartiges herkömmliches Strom¬ verteilnetz können verschiedene Stromerzeugungseinrichtungen bzw. Stromgeneratoren angeschlossen sein, insbesondere Kraft- werke, aber auch Photovoltaikanlagen und Windkraftanlagen. Zunehmend wird auch Strom durch dezentrale Stromerzeuger in das Netz eingespeist, beispielsweise durch eine auf einem Dach eines Teilnehmers angebrachte Photovoltaikanlage . Zur Einsparung von Energie werden Geräte bzw. Maschinen von Teil- nehmern zunehmend gesteuert. Die Steuerung dieser Teilnehmergeräte kann zentral durch ein Steuerungssystem des Stromanbieters erfolgen oder dezentral bei den Teilnehmern, beispielsweise durch eine intelligente Aussteuerung, die in ei¬ nem Haushalt vorhandene Haushaltsgeräte steuert bzw. regelt. Beispielsweise kann die Beleuchtung in einem Gebäude durch eine dort vorgesehene Steuerung an die vorhandene Umgebungs¬ helligkeit durch entsprechende Steuerung bzw. Regelung von Beleuchtungseinrichtungen angepasst werden. Weiterhin ist es möglich, Stromverbrauchsvorgänge, die durch Geräte verursacht werden, entsprechend zu steuern. Beispielsweise kann eine
Waschmaschine durch eine bei dem Teilnehmer vorhandene lokale Steuerung dann aktiviert werden, wenn der in dem Stromnetz zur Verfügung stehende Strom bzw. die zur Verfügung stehende Energie durch den Teilnehmer zu günstigen Bedingungen beziehbar ist. Sowohl die Fernsteuerung durch eine entfernt gelegene zentrale Steuerung des Stromanbieters als auch die lokale Steuerung beim Teilnehmer basieren auf einem vernetzten Da- tenübertragungssystem.
Derartige Steuerungssysteme, die bei einer Vielzahl unter¬ schiedlicher Teilnehmer implementiert sein können, sehen sich zunehmend der Gefahr von Angriffen Dritter ausgesetzt. Bei- spielsweise besteht die Gefahr, dass es einem Angreifer ge¬ lingt, eine große Anzahl von Steuerungen verschiedener Teilnehmer unter seine Kontrolle zu bringen und durch einen gezielten Angriff das Stromverteilnetz zu destabilisieren. Beispielsweise kann ein Angreifer hier eine Vielzahl von lokal oder dezentral gesteuerten Geräten gleichzeitig an- und ab¬ schalten, um auf diese Weise Stromverbrauchsschwankungen herbeizuführen, die das Stromverteilnetz destabilisieren. Durch die Destabilisierung des Stromnetzes können gegebenenfalls Stromausfälle in dem Stromverteilnetz verursacht werden. Ein derartiger instabiler Systemzustand des Stromverteilnetzes kann durch einen beabsichtigten Angriff Dritter aber auch durch ein instabiles unbeabsichtigtes Regelverhalten des Ge¬ samtsystems hervorgerufen werden. Ein Grund hierfür kann ein Implementierungsfehler einer vorhandenen Steuerungssoftware oder einem Fehler in dem eingesetzten Regelalgorithmus sein.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, welche ein derartiges Stromverteilnetz auch bei Angriffen Dritter oder Imple- mentierungsfehlern stets stabil hält.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Die Erfindung schafft eine Vorrichtung zur Stabilisierung eines Strombezuges aus einem Stromverteilnetz durch mindestens einen Teilnehmer, der über einen Stromanschluss an das Stromverteilnetz angeschlossen ist, wobei eine Strombezugsanomalie beim Bezug von Strom durch den jeweiligen Teilnehmer aus dem Stromverteilnetz anhand von übertragenen Steuernachrichten erkannt wird, die für den jeweiligen Teilnehmer bestimmt sind oder von dem jeweiligen Teilnehmer stammen, und wobei nach Erkennen einer Strombezugsanomalie Strom-Verbrauchseinheiten entsprechend angesteu¬ ert werden.
Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind mehrere Stromverbrauchseinheiten des jeweiligen Teilnehmers über ein Gateway und den Stromanschluss des Teilnehmers an eine für den Teilnehmer vorgesehene Verteilstation des Stromverteilnetzes angeschlossen . Bei dieser Verteilstation handelt es sich beispielsweise um eine Trafostation des Stromverteilnetzes.
Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Strombezugsanomalie eines Teilnehmers durch eine Strombezugsanomalieerkennungseinheit erkannt, die in dem Ga¬ teway des jeweiligen Teilnehmers, in der für den jeweiligen Teilnehmer vorgesehenen Verteilstation oder in einem Server eines Stromanbieters vorgesehen ist. Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird nach Erkennung einer Strombezugsanomalie bei einem Teil¬ nehmer zumindest ein Teil der Stromverbrauchseinheiten des Teilnehmers und/oder weiterer Teilnehmer von einem normalen Betriebsmodus in einen eingeschränkten Betriebsmodus versetzt oder vollständig deaktiviert.
Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist für den jeweiligen Teilnehmer eine Stromverbrauchsermitt¬ lungseinheit vorgesehen, die kontinuierlich oder bei Bedarf den durch die Stromverbrauchseinheiten des jeweiligen Teilnehmers verbrauchten Strom ermittelt und an die Strombezugs- anomalieerkennungseinheit des jeweiligen Teilnehmers meldet. Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung erkennt die Strombezugsanomalieerkennungseinheit eine Strombezugsanomalie anhand von Steuernachrichten, die von dem Gateway des Teilnehmers gesendet oder durch das Gate- way des Teilnehmers empfangen werden.
Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden die Steuernachrichten über den Stromanschluss des Teilnehmers oder über ein separates Datennetzwerk übertragen.
Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung erkennt die Strombezugsanomalieerkennungseinheit eines Teil¬ nehmers eine Strombezugsanomalie, indem sie die übertragenen Steuernachrichten mit vorgegebenen Angriffsmustern oder mit historisch aufgezeichneten Daten vergleicht.
Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung erkennt die Strombezugsanomalieerkennungseinheit eines Teil¬ nehmers eine Strombezugsanomalie daran, dass die übertragenen Steuernachrichten mindestens eine konfigurierbare Erkennungs¬ regel zur Erkennung einer Strombezugsanomalie erfüllen.
Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung nimmt die Strombezugsanomalieerkennungseinheit zur Erkennung einer Strombezugsanomalie eine oder mehrere zusätzliche Über¬ prüfungen vor, insbesondere
eine Überprüfung der von dem Teilnehmer über den Stromanschluss aus dem Stromverteilnetz bezogenen oder in das Stromverteilnetz eingespeisten Strommenge,
eine Überprüfung der Integrität des Gateways des Teilnehmers, eine Überprüfung von Schaltbefehlen, die durch das Gateway des Teilnehmers erzeugt werden, hinsichtlich deren zeitlicher Abfolge und hinsichtlich deren Häufigkeit. Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden die Steuernachrichten des Gateways mittels eines vorgegebenen Datenübertragungsprotokolls übertragen und weisen ein vorgegebenes Datenformat auf. Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weisen die Steuernachrichten Datenpakete auf, die Verwaltungsdaten und Nutzdaten umfassen,
wobei die Strombezugsanomalieerkennungseinheit eine Strombe¬ zugsanomalie anhand auffälliger Verwaltungsdaten und/oder auffälliger Nutzdaten der übertragenen Steuernachrichten erkennt . Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung erkennt die Strombezugsanomalieerkennungseinheit einen An¬ griff zur Destabilisierung des Stromverteilnetzes anhand der Steuernachrichten und meldet einen Typ und einen Ort des jeweiligen Angriffs an einen Server eines Infrastrukturbetrei- bers des jeweiligen Stromverteilnetzes.
Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung lädt eine lokale Strombezugsanomalieerkennungseinheit , die in dem Gateway eines Teilnehmers vorgesehen ist, vorgegebene An- griffsmuster zur Erkennung von Strombezugsanomalien aus einer Datenbank oder erhält vorgegebene Angriffsmuster zur Erkennung von Strombezugsanomalien in einem Anlernbetriebsmodus .
Die Erfindung schafft ferner ein Verfahren zum Stabilisieren eines Strombezuges aus einem Stromverteilnetz mit den in Pa¬ tentanspruch 15 angegebenen Merkmalen.
Die Erfindung schafft ein Verfahren zum Stabilisieren eines Strombezuges aus einem Stromverteilnetz,
wobei eine Strombezugsanomalie beim Bezug von Strom durch mindestens einen Teilnehmer aus dem Stromverteilnetz durch Analysieren von übertragenen Steuernachrichten, welche für den jeweiligen Teilnehmer bestimmt sind oder von dem jeweiligen Teilnehmer stammen, erkannt wird, und
wobei nach Erkennen einer Strombezugsanomalie bei einem Teil¬ nehmer Stromverbrauchseinheiten des Teilnehmers und/oder weiterer Teilnehmer zur Stabilisierung des Strombezuges angesteuert werden. Die Erfindung schafft ferner ein Steuerprogramm zur Durchführung eines derartigen Verfahrens zum Stabilisieren eines Strombezuges aus einem Stromverteilnetz.
Die Erfindung schafft ferner einen Datenträger, der ein derartiges Steuerprogramm speichert.
Im Weiteren werden bevorzugte Ausführungsformen der erfin- dungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Stabilisieren eines Strombezuges aus einem Stromverteil¬ netz unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben . Es zeigen: ein Diagramm zur Erläuterung eines Systems, bei dem die erfindungsgemäße Stabilisierungsvorrich tung zur Stabilisierung eines Strombezuges aus einem Stromverteilnetz eingesetzt wird;
Fig. 2 ein Blockdiagramm zur Darstellung eines möglichen
Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Sys¬ tems zur Stabilisierung eines Strombezuges;
Fig. 3 ein Blockdiagramm zur Darstellung eines möglichen
Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Sys¬ tems zur Stabilisierung eines Strombezuges; Fig. 4 ein Blockdiagramm zur Darstellung eines Ausführungsbeispieles einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Stabilisierung eines Strombezuges aus einem Stromverteilnetz; Fig. 5A-5F Signaldiagramme zur Erläuterung der Funktionswei¬ se der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Stabilisierung eines Strombezuges aus einem Stromverteilnetz. Wie man aus Fig. 1 erkennen kann, weist ein System 1, in welchem die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Stabilisierung eines Strombezuges eingesetzt werden kann, mindestens ein
Stromverteilnetz 2 auf, in welches Strom durch einen oder mehrere Stromgeneratoren 3 eines Stromanbieters eingespeist wird. Bei dem Stromgenerator 3 handelt es sich beispielsweise um ein Kraftwerk, eine Windkraftanlage oder eine Photovol- taikanlage. An dem Stromverteilnetz 2 kann ferner ein Server 4 des jeweiligen Stromanbieters bzw. Infrastrukturbetreibers angeschlossen sein. In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei Teilnehmer 5-1, 5-2 über eine Ver¬ teilstation 6 an das Stromverteilnetzwerk 2 angeschlossen. Bei der Stromverteilstation 6 kann es sich beispielsweise um eine Trafostation handeln. Bei den beiden Teilnehmern 5-1, 5- 2 handelt es sich beispielsweise um Privathaushalte mit meh¬ reren Stromverbrauchseinheiten oder Produktionsanlagen mit stromverbrauchenden Maschinen zur Herstellung von Produkten. Durch das Stromverteilnetz 2 wird bei einer möglichen Ausführungsform ein Wechsel-Strom bzw. eine Wechselspannung AC für die verschiedenen Teilnehmer 5-1, 5-2 bereitgestellt. Bei ei¬ ner alternativen Ausführungsform kann durch das Stromverteilnetz 2 ein Gleichstrom bzw. eine Gleichspannung DC für die verschiedenen Teilnehmer 5-1, 5-2 zur Verfügung gestellt werden .
Die Teilnehmer 5-1, 5-2 sind über einen Teilnehmer- Stromanschluss und eine zugehörige Stromanschlussleitung 7-1, 7-2 an die Stromverteilstation 6 angeschlossen. Die Stromverteilstation 6 ist ihrerseits über eine Leitung 8 mit dem Stromverteilnetz 2 verbunden. Bei der Stromverteilstation 6 kann ein Spannungstransformator vorgesehen sein, der eine hochspannige Wechselspannung in eine niedrige Wechselspannung mit geringerer Spannungsamplitude heruntertransformiert, wel¬ che den Verbrauchseinheiten der Teilnehmer 5-1, 5-2 zur Verfügung gestellt wird. In jedem oder einem der beiden Teilnehmer 5-1, 5-2 kann eine Vorrichtung zur Stabilisierung eines Strombezuges aus dem Stromverteilnetz 2 vorgesehen sein. Dabei wird eine Strombezugsanomalie beim Bezug von Strom durch den jeweiligen Teil- nehmer 5-i aus dem Stromverteilnetz 2 anhand von übertragenen Steuernachrichten erkannt, die für den jeweiligen Teilnehmer 5-i bestimmt sind oder von dem jeweiligen Teilnehmer 5-i stammen. Nach Erkennen einer Strombezugsanomalie bei einem Teilnehmer 5-i werden Stromverbrauchseinheiten oder Stromer- zeugungseinheiten des jeweiligen Teilnehmers entsprechend zur Stabilisierung des Strombezuges lokal angesteuert. Alternativ können auch Stromverbrauchseinheiten oder Stromerzeugungseinheiten von anderen Teilnehmern, insbesondere von benachbarten Teilnehmern, die an der gleichen Stromverteilstation 6 ange- schlössen sind, zur Stabilisierung des Strombezuges lokal angesteuert werden. Bei den Steuernachrichten kann es sich z.B. um Schaltbefehle handeln oder um Informationen zum Strombezug (verfügbare Leistung, Preisinformation, aktuelle Leistungs¬ aufnahme) , die für eine Schaltfunktion verwendet werden.
Nach Erkennung einer Strombezugsanomalie bei einem Teilnehmer 5-i wird zumindest ein Teil der Stromverbrauchseinheiten des Teilnehmers oder weiterer Teilnehmer von einem normalen Betriebsmodus in einen eingeschränkten Betriebsmodus versetzt oder vollständig deaktiviert. Bei einer möglichen Ausfüh¬ rungsform sind mehrere lokal vorgesehene Stromverbrauchseinheiten, beispielsweise Haushaltsgeräte, des jeweiligen Teil¬ nehmers 5-i über ein Gateway und den Stromanschluss des Teil¬ nehmers 5-i über die zugehörige Stromanschlussleitung 7-i an die für den Teilnehmer 5-i vorgesehene Verteilstation 6 des Stromverteilnetzes 2 angeschlossen. Bei einer möglichen Ausführungsform wird eine Strombezugsanomalie bei einem Teilneh¬ mer 5-i durch eine Strombezugsanomalieerkennungseinheit er¬ kannt, die in dem Gateway des jeweiligen Teilnehmers 5-i vor- gesehen ist. Bei einer alternativen Ausführungsform wird eine Strombezugsanomalie eines Teilnehmers durch eine Strombezugs- anomalieerkennungseinheit erkannt, die in der jeweiligen Ver¬ teilstation 6 des Teilnehmers 5-i vorgesehen ist. Weiterhin ist es möglich, dass sich die Strombezugsanomalieerkennungs- einheit des Teilnehmers 5-i in dem Server 4 des Stromanbie¬ ters befindet. Bei einer möglichen Ausführungsform ist für jeden Teilnehmer 5-i eine Stromverbrauchsermittlungseinheit vorgesehen. Diese Stromverbrauchsermittlungseinheit befindet sich beispielswei¬ se an dem Gateway des jeweiligen Teilnehmers 5-i. Bei einer möglichen Ausführungsform ermittelt die Stromverbrauchser- mittlungseinheit des jeweiligen Teilnehmers 5-i kontinuier¬ lich den durch die Stromverbrauchseinheiten des jeweiligen Teilnehmers 5-i verbrauchten Strom und meldet den ermittelten bzw. gemessenen Stromverbrauch an die zugehörige Strombezugs- anomalieerkennungseinheit des jeweiligen Teilnehmers 5-i. Bei einer alternativen Ausführungsform ermittelt die Stromverbrauchsermittlungseinheit den Stromverbrauch eines Teil¬ nehmers 5-i bei Bedarf bzw. bei Empfang eines entsprechenden Eingabebefehls beispielsweise über eine Nutzerschnittsteile . Sobald die Stromverbrauchsermittlungseinheit den entsprechen- den Befehl zur Ermittlung des verbrauchten Stroms erhält, meldet sie den verbrauchten Strom des Teilnehmers 5-i an die zugehörige Strombezugsanomalieerkennungseinheit des jeweili¬ gen Teilnehmers 5-i. Die Strombezugsanomalieerkennungseinheit eines Teilnehmers 5- i erkennt die Strombezugsanomalie eines Teilnehmers anhand von Steuernachrichten, die von dem Gateway des Teilnehmers 5- i gesendet oder durch das Gateway des Teilnehmers 5-i empfan¬ gen werden. Diese Steuernachrichten werden bei einer mögli- chen Ausführungsform über den Stromanschluss des Teilnehmers 5-i und die Stromanschlussleitung 7-i des jeweiligen Teilnehmers 5-i übertragen.
Bei einer alternativen Ausführungsform werden die Steuernach- richten, die von dem Gateway des Teilnehmers 5-i gesendet oder durch das Gateway des Teilnehmers 5-i empfangen werden, über ein separates Datennetzwerk übertragen, beispielsweise über das Internet. Bei einer möglichen Ausführungsform erkennt die Strombezugs- anomalieerkennungseinheit eines Teilnehmers 5-i eine Strombe¬ zugsanomalie, indem sie die übertragenen Steuernachrichten mit vorgegebenen Angriffsmustern oder mit historisch aufgezeichneten Daten vergleicht. Diese Angriffsmuster und aufgezeichnete Daten können sich in einem Datenspeicher befinden, der mit der Strombezugsanomalieerkennungseinheit lokal ver¬ bunden ist. Bei dem Datenspeicher handelt es sich beispiels- weise um eine Festplatte. In dem Datenspeicher des Teilnehmers 5-i können zusätzlich eine oder mehrere konfigurierbare Erkennungsregeln zur Erkennung einer Strombezugsanomalie abgespeichert sein. Bei einer möglichen Ausführungsform erkennt die Strombezugsanomalieerkennungseinheit eines Teilnehmers 5- i eine Strombezugsanomalie bei dem Teilnehmer daran, dass die von dem Gateway des Teilnehmers gesendeten oder an das Gate¬ way des Teilnehmers bestimmten Steuernachrichten zumindest eine der gespeicherten konfigurierbaren Erkennungsregeln zur Erkennung einer Strombezugsanomalie erfüllen. Bei einer mög- liehen Ausführungsform erkennt die Strombezugsanomalieerken- nungseinheit eines Teilnehmers 5-i eine Strombezugsanomalie bei dem Teilnehmer daran, dass die Steuernachrichten und der durch die Stromverbrauchsermittlungseinheit gemessene Strom¬ verbrauch nicht zueinander konsistent sind, z.B. das ein Ein- schaltbefehl oder ein Ausschaltbefehl nicht zu einer entsprechenden Änderung des gemessenen Stromverbrauchs führen.
Die Steuernachrichten eines Gateways eines Teilnehmers 5-i werden mittels einen vorgegebenen Datenübertragungsprotokolls übertragen und weisen ein vorgegebenes Datenformat auf. Bei diesen Steuernachrichten kann es sich beispielsweise um Datenpakete handeln, die Verwaltungsdaten (Header) und Nutzerdaten (Payload) aufweisen. Bei einer möglichen Ausführungsform erkennt die Strombezugsanomalieerkennungseinheit eines Teilnehmers 5-i eine Strombezugsanomalie anhand auffälliger
Verwaltungsdaten der übertragenen Steuernachrichtendatenpake- te . Bei einer alternativen Ausführungsform erkennt die Strom- bezugsanomalieerkennungseinheit eine Strombezugsanomalie an- hand auffälliger Nutzdaten der übertragenen Datenpakete bzw. Steuernachrichten .
Bei einer möglichen Ausführungsform erkennt eine Strombezugs- anomalieerkennungseinheit eines Teilnehmers 5-i einen Angriff zur Destabilisierung des Stromverteilnetzes 2 anhand der Steuernachrichten, die von dem Gateway des Teilnehmers 5-i stammen oder von dem Gateway des Teilnehmers 5-i empfangen werden und meldet einen Typ und/oder einen Ort des jeweiligen Angriffs an den Server 4 des Infrastrukturbetreibers des
Stromverteilnetzes 2. Beispielsweise meldet die Strombezugs- anomalieerkennungseinheit nach Erkennung eines Angriffs zur Destabilisierung des Stromverteilnetzes die Adresse des Gate¬ ways des jeweiligen Teilnehmers 5-i an den Server 4 des Inf- rastrukturbetreibers .
Bei einer möglichen Ausführungsform ist die Strombezugsanoma- lieerkennungseinheit lokal in dem Gateway des Teilnehmers vorgesehen. Bei einer möglichen Ausführungsform erfolgt die Erkennung einer Strombezugsanomalie dabei durch Vergleich mit bekannten Angriffsmustern, wobei diese Angriffsmuster bei einer möglichen Ausführungsform aus einer Datenbank durch die Strombezugsanomalieerkennungseinheit des Teilnehmers 5-i her¬ untergeladen werden. Diese Datenbank kann beispielsweise durch den Infrastrukturbetreiber des Stromverteilnetzwerks 2 bereitgestellt werden.
Bei einer möglichen Ausführungsform lädt die Strombezugsano- malieerkennungseinheit eines Teilnehmers 5-i diese Angriffs- muster zur Erkennung von Strombezugsanomalien von dem Server 4 des Infrastrukturbetreibers. Bei einer alternativen Ausfüh¬ rungsform erhält die Strombezugsanomalieerkennungseinheit derartige Angriffsmuster zur Erkennung von Strombezugsanomalien in einem Anlernbetriebsmodus .
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Systems 1 zur Stabilisierung eines Strombezuges aus einem Stromverteilnetz. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel verfügen beide Teilnehmer 5-1, 5-2, bei denen es sich beispielsweise um Haushalte von Privatkunden handeln kann, über ein Teilnehmer-Gateway 9-1, 9-2, über das jeweilige Strom¬ verbrauchseinheiten 10, 11 mit Strom versorgt werden. Bei dem dargestellten einfachen Beispiel verfügt jeder Privathaushalt 5-1, 5-2 über zwei Stromverbrauchseinheiten 10-1, 11-1 bzw. 10-2, 11-2. Bei den Stromverbrauchseinheiten 10, 11 handelt es sich beispielsweise um Haushaltsgeräte wie etwa Waschma¬ schinen oder Beleuchtungseinrichtungen.
Die beiden Gateways 9-1, 9-2 der beiden Teilnehmer 5-1, 5-2 sind, wie in Fig. 2 dargestellt, über Strombezugsleitungen 7- 1, 7-2 mit der Stromverteilstation 6, beispielsweise eine Trafostation, verbunden, die ihrerseits über eine Leitung 8 mit dem Stromverteilnetz 2 verbunden ist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist an dem Gateway 9-1 des ersten Teilnehmers 5-1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung 12-1 zur Stabilisierung eines Strombezuges aus dem Stromverteil¬ netz 2 durch den Teilnehmer 5-1 vorgesehen. Dabei kann die Vorrichtung 12-1 eine Strombezugsanomalie beim Bezug von Strom durch den Teilnehmer 5-1 aus dem Stromverteilnetz 2 über die Stromverteilstation 6 anhand von übertragenen Steuernachrichten erkennen, die von dem zugehörigen Gateway 9-1 des Teilnehmers 5-1 stammen oder von dem Gateway 9-1 des Teilnehmers 5-1 empfangen bzw. dafür bestimmt sind. Zum Er¬ kennen einer Strombezugsanomalie können durch die Vorrichtung 12-1 Stromverbrauchseinheiten oder Strombezugseinheiten zur Stabilisierung des Strombezuges durch den Teilnehmer 5-i entsprechend angesteuert werden. Dabei werden vorzugsweise die Verbrauchseinheiten des jeweiligen Teilnehmers, das heißt in dem dargestellten Beispiel des Teilnehmers 5-1, lokal durch die Vorrichtung 5-1 zur Stabilisierung des Strombezuges angesteuert. Dazu können beispielsweise die Stromverbrauchsein¬ heiten 10-1, 11-1 des Teilnehmers 5-1 durch die zugehörige Vorrichtung 12-1 über Steuerleitungen 13 lokal angesteuert werden. Bei einer möglichen Ausführungsform werden nach Erkennung einer Strombezugsanomalie durch den Teilnehmer 5-1 durch die Vorrichtung 12-1 zumindest ein Teil der Strom- verbrauchseinheiten 10-1, 11-1 des jeweiligen Teilnehmers 5-1 vollständig deaktiviert bzw. abgeschaltet. Bei einer mögli¬ chen Ausführungsform erfolgt die Abschaltung von Stromverbrauchseinheiten 10, 11, beispielsweise von Haushaltsgerä- ten, entsprechend einer konfigurierbaren Konfigurationsliste, wobei zunächst die für den Teilnehmer weniger wichtige Stromverbrauchseinheiten abgeschaltet werden. Wie in Fig. 2 dargestellt, kann die Vorrichtung 12 zur Stabilisierung eines Strombezuges aus dem Stromverteilnetz bei einer möglichen Ausführungsform an dem jeweiligen Gateway 9-i des jeweiligen Teilnehmers 5-i vorgesehen sein. Bei dem in Fig. 2 darge¬ stellten Ausführungsbeispiel verfügt lediglich der Teilnehmer 5-i über eine derartige Stabilisierungsvorrichtung 12-i. Alternativ können mehrere oder alle Teilnehmer 5-i über eine jeweilige Stabilisierungsvorrichtung 12 verfügen.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Vorrichtung zur Stabilisierung eines Strombezuges 12-1 bei dem Teilnehmer 5-1 vorgesehen. Zusätzlich oder alternativ kann eine derartige Stabilisierungsvorrichtung auch in der
Stromverteilstation 6 des Netzwerkes vorgesehen sein. Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform befindet sich in der Stromverteilstation 6 eine zusätzliche Vorrichtung 14 zur Stabilisierung eines Strombezuges aus dem Stromverteilnetz 2, wobei diese Vorrichtung 14 den Strombezug durch die Teilnehmer 5-1, 5-2 stabilisiert. Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel enthält die in der Verteilstation 6 vor¬ gesehene Stabilisierungsvorrichtung eine Stromverbrauchsermittlungseinheit 14A, die kontinuierlich oder bei Bedarf den durch die Stromverbrauchseinheiten der Teilnehmer 5-1, 5-2 verbrauchten Strom ermittelt und an eine Strombezugsanomalie- erkennungseinheit 14B meldet. Bei einer möglichen Ausfüh¬ rungsform erkennt die Strombezugsanomalieerkennungseinheit 14B der Stabilisierungsvorrichtung 14 innerhalb der Verteil- Station 6 eine Strombezugsanomalie, die durch einen oder bei¬ de Teilnehmer 5-1, 5-2 hervorgerufen wird anhand von Steuernachrichten, die zwischen der Verteilstation 6 und dem Stromverteilnetz 2 über die Leitung 8 übertragen werden. Zusätz- lieh kann die Strombezugsanomalieerkennungseinheit 14B in der Stromverteilstation 6 die gemeldete Gesamtstromverbrauchsmenge der beiden Teilnehmer 5-1, 5-2, welche von der Stromverbrauchsermittlungseinheit 14A gemeldet wird zur Erkennung einer Strombezugsanomalie heranziehen. Bei Auftreten einer Strombezugsanomalie bzw. bei einem Angriff kann, in dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel, die Strombezugsano- malieerkennungseinheit 14B eine Schalteinheit 14C ansteuern, die entsprechende Schalter 15-1, 15-2 schaltet, über welche die Stromversorgungsleitungen 7-1, 7-2 an die Verteilstation 6 angeschlossen sind. Erkennt beispielsweise die Strombezugs- anomalieerkennungseinheit 14B der Verteilstation 6 einen Angriff bzw. eine Strombezugsanomalie, kann es bei einer mögli¬ chen Ausführungsform einen oder beide Schalter 15-1, 15-2 be- tätigen, um das Stromverteilnetz 2 zu stabilisieren.
Ist beispielsweise das Gateway 9-2 des Teilnehmers 5-2 von einem Angreifer infiltriert worden, besteht für den Angreifer die Möglichkeit, periodisch Stromverbrauchseinheiten bzw. Lasten in dem Haushalt des Teilnehmers 5-2 zu aktivieren und zu deaktivieren. Die in der Stromverteilstation 6 vorgesehene Stromverbrauchsermittlungseinheit 14A ermittelt beispielswei¬ se regelmäßig den Stromverbrauch der beiden Teilnehmer 5-1, 5-2 und teilt den gemessenen Stromverbrauch der Strombezugs- anomalieerkennungseinheit 14B mit. Die Strombezugsanomalieer- kennungseinheit 14B kann beispielsweise anhand einer Signa¬ turdatenbank, in welcher Angriffsmuster gespeichert sind, erkennen, dass aufgrund der übertragenen Steuernachrichten bei dem Teilnehmer 5-2 ein Angriff oder ein Implementierungsfeh- 1er bzw. ein Virusbefall vorliegt. In diesem Falle steuert die Strombezugsanomalieerkennungseinheit 14B die Schaltein¬ heit 14C entsprechend an, welche dann den Schalter 15-2 für den Teilnehmer 5-2 öffnet, um auf diese Weise die Auswirkungen des Angriffs bzw. des Implementierungsfehlers auf das Ge- samtnetz zu minimieren. Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform weist die Verteilstation 6 zusätzlich eine Kommunikationseinheit 16 auf, über welche die Verteilstation 6 mit dem Gateways 9-1, 9-2 der daran angeschlossenen Teilneh- mer 5-1, 5-2 kommuniziert. Dabei kann die Kommunikation über ein separates Datennetzwerk oder mittels Powerline Communica- tion PLC erfolgen. Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Strombezugsstabilisierung in einem Stromverteilnetz. Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel verfügen beide Teilnehmer 5-1, 5-2 über eine entsprechende Vorrichtung 12-1, 12-2 zur Stabili- sierung eines Strombezuges aus dem Stromverteilnetz 2. Wie bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist in der Stromverteilstation 6 ebenfalls eine Vorrichtung 14 zur Stabilisierung eines Strombezugs vorgesehen. Wird bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel etwa durch eine Strombezugsanomalieerkennungseinheit der Vorrichtung 12-1 an dem Gateway 9-1 des Teilnehmers 5-1 eine Strombezugsanomalie bei dem Teilnehmer 5-1 erkannt, kann die erkannte Strombe¬ zugsanomalie des Teilnehmers 5-1 über die Stromanschlusslei¬ tung 7-1 des Teilnehmers 5-1 oder ein separates Datennetzwerk an ein Analysemodul der Stromverteilstation 6, beispielsweise an die Strombezugsanomalieerkennungseinrichtung 14B, übertragen werden. Diese kann beispielsweise mittels der Kommunika¬ tionseinheit 16 der Verteilstation 6 eine Strombezugsanoma- lieerkennungseinheit innerhalb der Vorrichtung 12-2 zur Sta- bilisierung eines Strombezuges bei dem Gateway 9-2 des ande¬ ren Teilnehmers 5-2 über eine potentielle Strombezugsanomalie informieren. Gegebenenfalls kann dort auch ein Pattern Update der dort lokal gespeicherten Anomaliedaten bzw. Angriffsmuster durchgeführt werden. Aufgrund der beim Teilnehmer 5-1 er- kannten Strombezugsanomalie können somit durch die Vorrich¬ tung 12-2 bei dem anderen Teilnehmer 5-2 Stromverbrauchseinheiten 10-2, 11-2 lokal deaktiviert werden bzw. in einen eingeschränkten Betriebsmodus versetzt werden. Die bei einem Teilnehmer 5-i erkannte Strombezugsanomalie kann also dazu führen, dass zusätzlich zu den Stromverbrauchseinheiten des jeweiligen Teilnehmers 5-i zusätzlich Stromverbrauchseinhei¬ ten von anderen Teilnehmern 5-i, die an der gleichen Verteilstation 6 angeschlossen sind, zur Stabilisierung des Strom- netzes 2 deaktiviert bzw. beschränkt werden. Die verschiede¬ nen Geräte bzw. Stromverbrauchseinheiten 10, 11 können entsprechend ihrer konfigurierten Priorisierung bzw. anhand ihres Typs unterschiedlich lokal angesteuert werden. Beispiels- weise können nicht sicherheitskritische Geräte bzw. Strom¬ verbrauchseinheiten zur Beleuchtung einer Hausfassade oder eine Klimaanlage vollständig deaktiviert werden, während si¬ cherheitskritische Stromverbrauchseinheiten, wie beispiels¬ weise eine Hausbeleuchtung, nicht deaktiviert werden bzw. in einen nur eingeschränkten Betriebsmodus, beispielsweise eine Notbeleuchtung, versetzt werden. Ein Kühlschrank kann sich in einem eingeschränkten Betriebsmodus beispielsweise auch eine vorgegebene Temperatur regeln, bei der er weniger Strom verbraucht .
Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungs¬ gemäßen Vorrichtung 12 zum Stabilisieren eines Strombezuges. Im in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich die Stabilisierungsvorrichtung 12-1 an dem Home-Gateway 9-1 eines Teilnehmers 5-1, das über eine Stromversorgungsleitung 7-1 direkt an dem Stromverteilnetz 2 angeschlossen ist. Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist somit keine Stromverteilungsstation 6 vorgesehen. Die an dem Gateway 9-1 des Teilnehmers 5-1 vorgesehene Stromstabilisierungs- Vorrichtung 12-1 enthält eine integrierte Stromverbrauchsermittlungseinheit 12A-1, die kontinuierlich oder bei Bedarf den durch die Stromverbrauchseinheiten 10-1, 11-1 des Teilnehmers 5-1 verbrauchten Strom ermittelt und an eine Strom- verbrauchsanomalieerkennungseinheit 12B-1 des Teilnehmers 5-1 meldet. Diese steuert über eine Schalteinheit 12C-1 die
Stromverbrauchseinheiten 10-1, 11-1 des Teilnehmers 5-1. Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die loka¬ le Stromverbrauchsanomalieerkennungseinheit 12B-1 ferner mit einem Datenspeicher 12D-1 verbunden. Die Strombezugsanomalie- erkennungseinheit 12A-1 erkennt eine Strombezugsanomalie bei Bezug von Strom durch den Teilnehmer 5-1 aus dem Stromverteilnetz 2 anhand zu übertragener Steuernachrichten, die für den Teilnehmer 5-1 bestimmt sind oder von dem jeweiligen Teilnehmer 5-2 stammen. Zum Erkennen einer Stromverbrauchs- anomalieerkennungseinheit 12B-1 können mittels der Schaltein¬ heit 12C-1 die Stromverbrauchseinheiten 10-1, 11-1 des Teil¬ nehmers 5-1 entsprechend angesteuert werden, beispielsweise indem Steckdosen der jeweiligen Stromverbrauchseinheiten 10- 1, 11-1 entsprechend angesteuert werden.
Bei einer möglichen Ausführungsform nimmt die Strombezugsano- malieerkennungseinheit 12A-1 zur Erkennung einer Strombezugs- anomalie bei dem jeweiligen Teilnehmer eine oder mehrere wei¬ tere Überprüfungen vor. Bei einer möglichen Ausführungsform überprüft die Stromverbrauchsanomalieerkennungseinheit 12B-1 die von dem Teilnehmer 5-1 über den Stromanschluss 7-1 aus dem Stromverteilnetz 2 bezogene Strommenge oder die in das Stromverteilnetz 2 eingespeiste Strommenge. Beispielsweise kann eine Plausibilitätsprüfung der eingespeisten bzw. abgegebenen Strommenge durchgeführt werden, beispielsweise zum Erkennen eines zyklischen An- oder Abschaltens von Stromverbrauchseinheiten 10, 11.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform überprüft die Strombezugsanomalieerkennungseinheit 12B-1 zusätzlich eine Integrität des jeweiligen Gateways 9-1 des Teilnehmers 5-1. Diese Integritätsüberprüfung kann beispielsweise unter Aus- nutzung von Trusted-Platform-Modulen (TPM) oder External
Smartcards, die gegebenenfalls auch Nutzerdaten enthalten, erfolgen .
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform kann eine Über- prüfung von Schaltbefehlen, die durch das Gateway 9-1 des
Teilnehmers erzeugt werden, hinsichtlich deren zeitlicher Abfolge und Häufigkeit durch die Stromverbrauchsanomalieerken- nungseinheit 12B-1 erfolgen. Beispielsweise erfolgt eine Plausibilitätsprüfung der von der Schalteinheit 12C-1 ausge- henden Schaltbefehle hinsichtlich deren zeitlicher Abfolge und hinsichtlich deren Auftrittsfrequenz . Weiterhin kann ein Abgleich mit gerätespezifischen Profilen bzw. Policy erfol- gen, die auf dem jeweiligen Gateway 9-1 des Teilnehmers hin¬ terlegt sein können.
Bei einer möglichen Ausführungsform erkennt die Strom- verbrauchsanomalieerkennungseinheit 12B-1 des Teilnehmers 5- 1, die an dem Gateway 9-1 des Teilnehmers 5-1 vorgesehen ist, die Strombezugsanomalie anhand von Angriffsmustern, die in dem Speicher 12D-1 lokal abgelegt sind. Diese Angriffsmuster zur Erkennung von Strombezugsanomalien können bei einer mög- liehen Ausführungsform aus einer Datenbank des Servers 4 geladen werden oder in einem anderen Betriebsmodus konfiguriert werden .
Bei einer weiteren Ausführungsform erfolgt durch die Strom- verbrauchsanomalieerkennungseinheit 12B-1 zusätzlich eine
Überprüfung von Systemdateien auf verdächtige Vorgänge, wie beispielsweise unautorisierte Datenänderungen oder Replace- ments . Hat die Stromverbrauchsanomalieerkennungseinheit 12B-1 ein instabiles Systemverhalten bzw. einen Angriff entdeckt, so kann sich die Strombezugsanomalieerkennungseinheit 12B-1 bei einer möglichen Ausführungsform selbst in einen sicheren Betriebsmodus versetzen, in welchem die Einwirkungsmöglichkei- ten auf Stromverbrauchseinheiten des Teilnehmers eingeschränkt bzw. unterbunden sind. Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform kann die Strombezugsanomalieerkennungseinheit 12B-1 zum Erkennen eines instabilen Systemverhaltens bzw. eines Angriffs an lokal mit ihr verbundene intelligente Strom- verbrauchseinheiten 10-1, 11-1 des Teilnehmers 5-1 Nachrichten senden, welche den Angriff bzw. das instabile Systemverhalten diesen intelligenten Stromverbrauchseinheiten 10-1, 11-1 meldet. Die Stabilisierungsvorrichtung 12-1 zur Stabilisierung des Strombezuges übt eine Watchdog-Funktion hinsicht- lieh des Energieverbrauchs und eine Schutzfunktion gegenüber Angriffen aus. Die Stromverbrauchseinheiten, die durch die Vorrichtung 12-1 zur Stabilisierung des Stromverbrauchs deaktiviert werden, können bei einer möglichen Ausführungsform manuell oder durch die Vorrichtung 12-1 wieder automatisch reaktiviert werden, beispielsweise durch eine manuelle Inter¬ aktion des Teilnehmers bzw. Nutzers oder nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne. Bei einer möglichen Ausführungsform werden ferner Angriffsmitteilungen an eine Kommunikationseinheit einer Stromverteilstation 6 oder an lokal angeschlossene Stromverbrauchseinheiten 10-1, 11-1 periodisch und integritätsgeschützt versendet. Die Stromverbrauchsermittlungseinheit 12A-1 kann kontinuier¬ lich oder bei Bedarf den Stromverbrauch des jeweiligen Teilnehmers 5-1 ermitteln. Bei einer möglichen Ausführungsform kann der ermittelte Stromverbrauch einer Kommunikationseinheit 16 der Stromverteilstation 6 gemeldet werden.
Die Konfiguration der Stabilisierungsvorrichtung 12-1 mit Angriffsmustern zur Erkennung von Strombezugsanomalien kann bei einer möglichen Ausführungsform remote durchgeführt werden. Alternativ kann für die Stromverbrauchsanomalieerkennungsein- heit 12B-1 der Vorrichtung 12-1 in einem Anlernbetriebsmodus ein individueller Abgleich auf einen bestimmten Haushalt bzw. bei einem bestimmten Teilnehmer lokal erfolgen.
Die Fig. 5A, 5B, 5C, 5D, 5E, 5F zeigen Beispiele zur Erläute- rung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemä¬ ßen Vorrichtung zur Stabilisierung eines Strombezugs aus einem Stromverteilnetz. Die Fig. 5A-5F zeigen Beispiele für eine Kommunikation zwischen einem Teilnehmer 5-i und einer Stromverteilstation 6, beispielsweise über die Stroman- Schlussleitungen 7-i oder ein separates Datennetzwerk.
Bei dem in Fig. 5A dargestellten Beispiel werden Steuernachrichten der Verteilstation 6, die an einen Teilnehmer 5-i innerhalb eines bestimmten Zeitraumes übertragen werden, darge- stellt. Bei dem dargestellten Beispiel sind die Steuernach¬ richten Nachrichten, welche dem Teilnehmer 5-i einen aktuellen Strompreis P eines Stromanbieters anzeigen. Im darge¬ stellten Beispiel werden dem Teilnehmer 5-i innerhalb eines kurzen Zeitraums ständig sich verändernde Strompreise, die zwischen einem Preis PI und einem Preis PO schwanken, mitgeteilt, so dass dies bei dem Teilnehmer 5-i zu einem ständigen Ein- oder Ausschalten von Geräten führen kann. Nach Auftreten eines derartigen Angriffsmusters kann die bei dem Teilnehmer 5-i vorgesehene Stabilisierungsvorrichtung 12-i einen entsprechenden Angriff erkennen und die Stromverbrauchseinheiten entsprechend ansteuern, beispielsweise deaktivieren. Ferner kann eine entsprechende Fehlermeldung an einem Server 4 des Strombetreibers übertragen werden.
Wie in dem in Fig. 5B dargestellten Angriffsbeispiel wird ein bei dem Teilnehmer 5-i abgestelltes Haushaltsgerät, nämlich das Haushaltsgerät Gl als Stromverbrauchseinheit 10, 11 stän- dig ein- oder ausgeschaltet. Wird ein derartiges Angriffsmus¬ ter erkannt, kann beispielsweise das entsprechende Haushalts¬ gerät Gl bzw. die entsprechende Stromverbrauchseinheit über einen eingeschränkten Betriebsmodus versetzt werden oder vollständig deaktiviert werden. Eine weitere Möglichkeit be- steht darin, das betroffene Gerät darüber zu informieren, den entsprechenden Steuerbefehl zu ignorieren.
Die Fig. 5C zeigt ein weiteres Beispiel für einen möglichen Angriff. Bei dem in Fig. 5C dargestellten Angriff handelt es sich um einen sogenannten Denial-of-Service-Angriff, bei dem die Verteilstation 6 eine große Anzahl von Steuerbefehlen bzw. Steuernachrichten an ein Gateway 9-1 eines Teilnehmers 5-i innerhalb eines bestimmten Zeitraumes sendet, um das ent¬ sprechende Gateway 9-1 zu blockieren. Beispielsweise werden innerhalb von wenigen Millisekunden einige Tausend Steuernachrichten durch den Angriff generiert und an das Gateway 9- 1 des Teilnehmers 5-i gesendet.
Fig. 5D zeigt ein weiteres Beispiel für ein Angriffsmuster, anhand dessen ein möglicher Angriff erkannt werden kann. Bei dem in Fig. 5D dargestellten Beispiel sendet ein Teilnehmer 5-i innerhalb eines relativen kurzen Zeitraumes At eine
Vielzahl von Steuernachrichten an eine Verteilstation 6 oder an einen Server, um eine entsprechende Blockierung bzw. Überlastung zu erreichen.
Fig. 5E zeigt ein weiteres Beispiel zur Erkennung eines mög- liehen Angriffsmusters. Bei dem in Fig. 5E dargestellten Beispiel übersendet die Verteilstation 6 zwei Steuerbefehle, beispielsweise Einschaltbefehle an eine Bestimmungsadresse eines Gerätes bei dem Teilnehmer 5-i mit unterschiedlichen Source-Adressen bzw. Ursprungsadressen SRC, bei denen es sich zum Beispiel um IP-Adressen handelt. Beispielsweise kann es sich bei der IP-Adresse IP1 um eine zulässige Source-Adresse handeln, während die andere Source-Adresse IP2 in einem fal¬ schen unzulässigen Adressbereich liegt. Bei einem Erkennen eines derartigen Angriffs kann beispielsweise die zweite Steuernachricht CRTL mit der Source-Adresse IP2 durch den je¬ weiligen Teilnehmer 5-i ignoriert bzw. blockiert werden. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel stellt die erfindungs¬ gemäße Vorrichtung 12 somit eine Firewall-Funktionalität hin¬ sichtlich eines Steuerbefehls bzw. eine Steuernachricht be- reit.
Bei dem in Fig. 5F dargestellten Beispiel erhält der Teilnehmer 5-i Steuernachrichten von der Stromverteilstation 6 mit unterschiedlichen Empfangsadressen DA (Destruktion Address) unterschiedliche Geräte Gl, G2 des Teilnehmers 5-i. Bei¬ spielsweise kann der Steuerbefehl für die zweite Stromverbrauchseinheit G2 eine Stromverbrauchseinheit des Teilneh¬ mers 5-i betreffen, welche sicherheitskritisch ist und daher nicht extern angesteuert werden darf. In diesem Falle kann die erfindungsgemäße Vorrichtung 12 den entsprechenden Steuerbefehl für das sicherheitskritische Gerät G2 blockieren. Weiterhin kann eine entsprechende Meldung generiert werden, die den möglicherweise erkannten Angriff meldet. Die Überwachung der Steuernachricht bzw. des Netzverkehrs kann mittels Vergleich mit bekannten AngriffSignaturen zur Überprüfung auf Basis historischer Daten erfolgen. Das erfindungsgemäße Verfahren reduziert die Anfälligkeit des Stromnetzes 2 gegenüber Fehlfunktionen bzw. Angriffen. Dabei wird ein zuverlässiger Betrieb des Smartgrid bzw. des Strom¬ netzes 2 gewährleistet, selbst wenn es durch Angriffe oder unvorhergesehenes Systemverhalten zu einem instabilen Betrieb kommt. Das erfindungsgemäße Stabilisierungsverfahren redu¬ ziert zudem Kolateralschäden, die durch Netzabschaltungen hervorgerufen werden können. Insbesondere bleiben Auswirkungen eines lokalen Strombezugsproblems lokal begrenzt. Im Fal- le eines Angriffs bzw. eines vorhergehenden Systemverhaltens werden vorzugsweise nur Teilnehmer, die möglicherweise infi¬ ziert sind, von dem Stromnetz 2 getrennt bzw. in einen Notbetriebsmodus versetzt. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Stabilisieren eines Strombezuges wird eine Strombezugsanoma- lie beim Bezug von Strom durch mindestens einen Teilnehmer aus dem Stromverteilnetz 2 durch Analysieren von übertragenen Steuernachrichten, welche für den jeweiligen Teilnehmer 5-i bestimmt sind oder von dem jeweiligen Teilnehmer stammen, erkannt. Nach Erkennung einer Strombezugsanomalie bei einem Teilnehmer 5-i werden Stromverbrauchseinheiten des Teilnehmers und/oder weiterer Teilnehmer 5-i zur Stabilisierung des Strombezuges angesteuert.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise in Echtzeit durch ein entsprechendes Steuerprogramm ausgeführt. Dieses Steuerprogramm kann bei einer möglichen Ausführungsform in einem Programmspeicher abgelegt werden. Bei einer möglichen Ausführungsform werden erkannte oder mögliche Angriffe mit¬ protokolliert und in einem Protokollspeicher abgelegt.
Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden erkannte auffällige Steuernachrichten bzw. Steuerdatenpakete gesperrt oder umformatiert, so dass sie keine Destabilisie- rung des Stromverteilnetzes mehr hervorrufen können. Bei ei¬ ner möglichen Ausführungsform erkennt die Strombezugsanoma- lieerkennungseinheit eine Strombezugsanomalie anhand auffäl¬ liger Verwaltungsdaten der Steuernachrichten bzw. Steuerda- tenpakete. Bei einer alternativen Ausführungsform erkennt die Strombezugsanomalieerkennungseinheit eine Strombezugsanomalie anhand auffälliger Nutzdaten der übertragenen Steuernachrichten bzw. Steuerdatenpakete. Eine Umformatierung einer auffäl- ligen Steuernachricht kann beispielsweise darin bestehen, dass oszillierende Datenwerte innerhalb der Nutzdaten der Steuernachricht auf einen Mittelwert umformatiert bzw. umge¬ rechnet werden. Oszilliert beispielsweise die Preisinformati¬ on zwischen einem Preis PO und PI, um ein ständiges An- oder Ausschalten von Stromverbrauchsinhalten 10, 11 zu bewirken, können die Nutzdaten der entsprechenden Steuernachrichten mit einem Mittelwert überschrieben werden oder mit einem vorgegebenen Wert zur Kennzeichnung, dass die entsprechende Steuernachricht zu ignorieren ist.
Die Strombezugsanomalieerkennungseinheit kann sofern sie ei¬ nen Angriff zur Destabilisierung des Stromverteilnetzes 2 anhand der Steuernachricht erkennt, einen Typ und einen Ort des jeweiligen Angriffs an den Server 4 des Infrastrukturbetrei- bers des Stromverteilnetzes 2 melden. Weiterhin können die auffälligen Steuernachrichten an den Server 4 des Infrastrukturbetreibers umgeleitet werden, so dass dieser eine genaue Analyse vornehmen kann.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Stabilisierung eines Strombezuges aus einem Stromverteilnetz (2) durch mindestens einen Teilneh- mer (5) , der über einen Stromanschluss an das Stromverteilnetz (2) angeschlossen ist,
wobei eine Strombezugsanomalie beim Bezug von Strom durch den jeweiligen Teilnehmer (5) aus dem Stromverteilnetz (2) anhand von übertragenen Steuernachrichten erkannt wird, die für den jeweiligen Teilnehmer (5) bestimmt sind oder von dem jeweiligen Teilnehmer stammen, und wobei nach Erkennen einer Strombezugsanomalie Stromverbrauchs¬ einheiten (10, 11) oder Stromerzeugungseinheiten entsprechend angesteuert werden.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
wobei mehrere Stromverbrauchseinheiten (10, 11) des je¬ weiligen Teilnehmers (5) über ein Gateway (9) und den Stromanschluss des Teilnehmers an eine für den Teilnehmer vorgesehene Verteilstation (6) des Stromverteilnetzes (2) angeschlossen sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2,
wobei die Strombezugsanomalie eines Teilnehmers (5) durch eine Strombezugsanomalieerkennungseinheit (12B, 14B) er¬ kannt wird, die an dem Gateway (9) des jeweiligen Teil¬ nehmers (5), in der für den jeweiligen Teilnehmer vorgesehenen Verteilstation (6) oder in einem Server (4) eines Stromanbieters vorgesehen ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1-3,
wobei nach Erkennung einer Strombezugsanomalie bei einem Teilnehmer (5) zumindest ein Teil der Stromverbrauchseinheiten (10, 11) des Teilnehmers (5) und/oder weiterer Teilnehmer von einem normalen Betriebsmodus in einen eingeschränkten Betriebsmodus versetzt oder vollständig de¬ aktiviert werden.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1-4,
wobei für den Teilnehmer (5) eine Stromverbrauchsermitt¬ lungseinheit (12A, 14A) vorgesehen ist, die kontinuierlich oder bei Bedarf den durch die Stromverbrauchseinhei¬ ten (10, 11) des jeweiligen Teilnehmers (5) verbrauchten Strom ermittelt und an die Strombezugsanomalieerkennungs- einheit (12B, 14B) des jeweiligen Teilnehmers (5) meldet.
6. Vorrichtung nach Anspruch 2-5,
wobei die Strombezugsanomalieerkennungseinheit (12B, 14B) eine Strombezugsanomalie anhand von Steuernachrichten er¬ kennt, die von dem Gateway (9) des Teilnehmers (5) gesen¬ det oder durch das Gateway (9) des Teilnehmers (5) emp¬ fangen werden.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1-6,
wobei die Steuernachrichten über den Stromanschluss (7) des Teilnehmers oder über ein separates Datennetzwerk übertragen werden.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1-7,
wobei die Strombezugsanomalieerkennungseinheit (12B, 14B) eines Teilnehmers (5) eine Strombezugsanomalie erkennt, indem sie die übertragenen Steuernachrichten mit vorgegebenen Angriffsmustern oder mit historisch aufgezeichneten Daten vergleicht.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1-8,
wobei die Strombezugsanomalieerkennungseinheit (12B, 14B) eines Teilnehmers (5) eine Strombezugsanomalie daran er¬ kennt, dass die übertragenen Steuernachrichten mindestens eine konfigurierbare Erkennungsregel zur Erkennung einer Strombezugsanomalie erfüllen.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1-9,
wobei die Strombezugsanomalieerkennungseinheit (12B, 14B) zur Erkennung einer Strombezugsanomalie eine oder mehrere der folgenden zusätzlichen Überprüfungen vornimmt, nämlich
eine Überprüfung der von dem Teilnehmer (5) über den Stromanschluss (7) aus dem Stromverteilnetz (2) bezogenen oder in das Stromverteilnetz (2) eingespeisten Strommenge,
eine Überprüfung der Integrität des Gateways (9) des Teilnehmers (5) , und
eine Überprüfung von Schaltbefehlen, die durch das Gateway (9) des Teilnehmers (5) erzeugt werden, hinsichtlich deren zeitlicher Abfolge und deren Häufigkeit.
Vorrichtung nach Anspruch 2-10,
wobei die Steuernachrichten des Gateways (9) mittels ei¬ nes vorgegebenen Datenübertragungsprotokolls übertragen werden und ein vorgegebenes Datenformat aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 11,
wobei die Steuernachrichten Datenpakete sind, die Verwal¬ tungsdaten und Nutzdaten aufweisen,
wobei die Strombezugsanomalieerkennungseinheit (12B, 14B) eine Strombezugsanomalie anhand auffälliger Verwaltungs¬ daten und/oder auffälliger Nutzdaten der übertragenen Steuernachrichten erkennt.
Vorrichtung nach Anspruch 1-12,
wobei die Strombezugsanomalieerkennungseinheit (12B, 14B) einen Angriff zur Destabilisierung des Stromverteilnetzes (2) anhand der Steuernachrichten erkennt und einen Typ und den Ort des jeweiligen Angriffs an einen Server (4) eines Infrastrukturbetreibers des Stromverteilnetzes mel¬ det .
Vorrichtung nach Anspruch 2-13,
wobei eine lokale Strombezugsanomalieerkennungseinheit (12B), die an dem Gateway (9) eines Teilnehmers (5) vor¬ gesehen ist, vorgegebene Angriffsmuster zur Erkennung von Strombezugsanomalien aus einer Datenbank lädt oder in einem Anlernbetriebsmodus erhält.
Verfahren zum Stabilisieren eines Strombezuges aus einem Stromverteilnetz ,
wobei eine Strombezugsanomalie beim Bezug von Strom durch mindestens einen Teilnehmer (5) aus dem Stromverteilnetz (2) durch Analysieren von übertragenen Steuernachrichten, welche für den jeweiligen Teilnehmer (5) bestimmt sind oder von dem jeweiligen Teilnehmer (5) stammen, erkannt wird, und
wobei nach Erkennen der Strombezugsanomalie bei einem Teilnehmer (5) Stromverbrauchseinheiten (10, 11) des Teilnehmers (5) und/oder weiterer Teilnehmer zur Stabilisierung des Strombezuges angesteuert werden.
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