WO2013045287A1 - Verfahren zur ermittlung von manipulationen an einer energieverbrauchsmesseinrichtung - Google Patents

Verfahren zur ermittlung von manipulationen an einer energieverbrauchsmesseinrichtung Download PDF

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    • Y04S20/30—Smart metering, e.g. specially adapted for remote reading

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for detecting manipulations on an energy meter.
  • Smart meters are usually called electronic energy meters, which are equipped with additional functions in addition to pure consumption measurement.
  • smart meters can, for example, measure the consumption periods, store them and communicate these data to customers or third parties.
  • a smart meter of the prior art is shown in FIG.
  • the smart meter has connections 101, 102 (E-IF-int, E-IF-ext) to which an energy transport carrier 103, 104 (power cable, water pipe, gas line, etc.) can be connected.
  • the energy-carrying medium to be measured (electricity, water, gas, heat) is passed through the smart meter and measured by one or more sensors 105, such as current, voltage or mass flow. These are fed to a control unit 106 and processed in digitized form by a control program contained in the memory 107. From this, energy consumption values are determined, for example kW / h (electricity, gas), liters (water). These energy consumption values are stored in the memory 107. They are displayed on a normally existing display 108.
  • a data section 109 may also be provided in order to transmit the recorded energy consumption values to a reading device or via a communication connection, such as Internet, mobile radio network or power line communication, to a server.
  • the object of the present invention is to provide a power meter which is protected against such manipulation.
  • This object is achieved by a method and an apparatus having the features of claims 1 and 6.
  • Advantageous embodiments of the invention are specified in the dependent claims.
  • the device via Energyt ansportlike with energy producers and energy consumers connected.
  • a connected energy transport carrier is supplied with a test signal and a reflected test signal is measured.
  • the reflected test signal is compared with a stored reference signal. In the case of a predefinable deviation between the reflected test signal and the stored reference signal, a manipulation action is triggered.
  • the reference signal used to test a reflected test signal may be fixed or configurable ("teachable").
  • the reference signal is detected and stored by the smart meter, for example, when the smart meter is installed.
  • the smart meter must be put into a service mode or installation mode by a maintenance technician, for example by an authentication of the service technician.
  • a test signal is suitable, for example
  • a physical manipulation of the wiring of a smart meter or. on the supply lines (gas, water, heat, ...) of a smart meter It is also recognized when a smart meter is remounted, i. is connected to a completely different wiring.
  • a manipulation on the energy transport carrier (power cable, water pipe or the like) to the energy theft against the energy provider, such as the branches before the metering device, or against other legally paying energy forecasts, the branches after a metering device of a roommate, can thus be detected.
  • the manipulation warning is an error entry in a memory, an error message to a receiver or an acoustic and / or optical error alarm.
  • the test signal is applied to a first connected energy transport carrier and the reflected test signal is measured on a further connected energy transport carrier.
  • This is suitable, for example, for the three phases of a three-phase connection.
  • the reflected test signal is compared with the stored reference signal with Hil fe a correlation function.
  • the inventive device for measuring energy consumption is connected via energy transport carrier with energy consumers.
  • the device comprises:
  • test signal generator for acting on connected energy transport carriers with a test signal
  • test signal sensor for measuring a reflected
  • a control unit connected to the excretion generator and the excretionsensor arranged for comparing the re fl ective test signal with a stored reference signal and for triggering a Manipulationswarn forcing at a predetermined deviation between the reflected test signal and the stored reference signal.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a prior art energy meter
  • FIG. 2 is a schematic representation of an energy meter according to the invention
  • FIG. 3 shows a signal diagram of a first reflected test signal
  • Figure 4 is a signal diagram of a second reflected
  • FIG. 2 shows a smart meter according to the invention. To avoid repetition, identical functional elements are identified by the reference symbols from FIG.
  • the smart meter has connections 101, 102 (E-IF-int, E-IF-ext) to which an energy transport carrier 103, 104 (power cable, water pipe, gas line, etc.) can be connected.
  • the energy-carrying medium to be measured (electricity, water, gas, heat) is passed through the smart meter and measured by one or more sensors 105, such as current, voltage or mass flow. These are supplied to a control unit 106 and processed in digitized form by a control program contained in the memory 107. From this energy consumption values are determined, for example kW / h (electricity, gas), liters (water).
  • energy consumption values are stored in memory 107 stored. They are displayed on a commonly-used display 108.
  • a data interface 109 can also be provided in order to transmit the recorded energy consumption values to a read-out device or via a communication connection, such as Internet, mobile radio network or power line communication, to a server.
  • the smart meter in FIG. 2 has a test signal generator 110 (PSG), which is connected to the control unit 106 and controlled by it.
  • the fürsignalgenera- gate generates a test signal and applied in this embodiment at the interface 102, the energy transport carrier with the test signal.
  • the test signal is designed, for example, as an electrical pulse / vibration / noise or as a mechanical pulse / vibration / noise.
  • the smart meter has a test signal sensor 111 (PSS), which detects the reflected signal in this exemplary embodiment at the interface 102 and supplies it to the connected control unit for evaluation.
  • the test signal is reflected in particular at kinks or branches of the energy transport carrier or other components connected thereto and leads to an increased signal strength at the respective time point of the signal measured by the test signal sensor 111.
  • a reflected signal has a typical characteristic (shape, frequency spectrum) and corresponds to the reference signal.
  • a physical manipulation on the energy transport carrier such as drilling or attaching an additional
  • the control unit 106 determines by a comparison with a stored, expected reference signal deviations of reflected signal and thus can reliably detect such manipulation.
  • test signal is applied to a first interface and the reflected signal measured at a second interface.
  • filters or other interruptions may be provided to attenuate or prevent transmission of the test signal beyond a particular location of the energy transport carrier.
  • FIG. 3 shows the reflected signal measured after the emission of a test signal pulse. There are three reflections can be seen in the time range provided, which corresponds to a corresponding distance range. This signal is the reference signal for this embodiment.
  • FIG. 4 shows a reflected signal in which an additional reflection is contained in comparison to the reference signal from FIG. Therefore, it can be presumed that there is a physical change at the corresponding portion of the energy delivery carrier. Based on the transit time delay td and the distance to the reflection parts can be estimated. At an assumed propagation velocity vm im
  • the distance range up to a first known target reflection or. up to a maximum distance.
  • test signal In addition to the measurement of the signal reflected on a transmitted pulse, another test signal can also be transmitted, for example a rectangular signal. It can also be emitted a noise signal, such as white noise. Based on the measured frequency spectrum can be concluded, for example by means of a Fourier transform on the impulse response. In the case of the measuring methods used, it is particularly important to detect a change in the reflected signal which is to be expected during a physical manipulation. An exact measurement is usually not required.
  • An inventive smart meter can be used at different locations. In addition to being used by end users, it can also be used on energy distribution nodes (sub- Station, Trafopitschen) may be provided. In one variant, a plurality of smart meters according to the invention can also realize a common monitoring by monitoring the test signals emitted by one or more other smart meters.

Abstract

Aufgrund ständig steigender Energieverbrauchspreise, besteht ein hoher Anreiz zur Manipulation von Energieverbrauchszählern. Hierzu werden beispielsweise physikalische Manipulationen an der Verkabelung eines Smart Meters oder an den Versorgungs-Leitungen (Gas, Wasser, Wärme) eines Smart Meters vorgenommen. Die Erfindung schlägt ein Smart Meter vor, bei dem anhand eines reflektierten Prüfsignals derartige Manipulationen erkannt werden.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Ermittlung von Manipulationen an einer Energieve brauchsmesseinrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung von Manipulationen an einer Energieverbrauchsmesseinrichtung . Smart Meter werden üblicherweise elektronische Energiezähler genannt, die über die reine Verbrauchsmessung hinaus mit zusätzlichen Funktionen ausgestattet sind . Smarte Messgeräte können neben der verbrauchten Energiemenge beispielsweise die Verbrauchszeiträume messen, speichern und diese Daten an Kun- den oder Dritte kommunizieren .
Ein Smart Meter aus dem Stand der Technik ist in Figur 1 dargestellt . Das Smart Meter verfügt über Anschlüsse 101 , 102 (E-IF-int, E-IF-ext) , an die ein Energietransportträger 103, 104 (Stromkabel, Wasserrohr, Gasleitung etc . ) anschließbar ist. Das Energie-führende, zu messende Medium (Strom, Wasser, Gas , Wärme) wird durch das Smart Meter geführt und durch einen oder mehrere Sensoren 105 werden Messgrößen wie Strom, Spannung oder Massefluss gemessen . Diese werden einer Steuer- einheit 106 zugeführt und in digitalisierter Form durch ein im Speicher 107 enthaltenes Steuerprogramm bearbeitet . Daraus werden EnergieVerbrauchswerte ermittelt , beispielsweise kW/h (Strom, Gas) , Liter (Wasser) . Diese Energieverbrauchswerte werden im Speicher 107 abgelegt . Sie werden auf einem übli- cherweise vorhandenen Anzeige 108 angezeigt . Auch kann eine Datenschnittsteile 109 vorgesehen sein, um die erfassten Energieverbrauchswerte an ein Auslesegerät oder über eine KommunikationsVerbindung, wie beispielsweise Internet, Mobil- funknetz oder Power Line Communication, an einen Server zu übertragen .
Aufgrund ständig steigender EnergieVerbrauchspreise, besteht ein hoher Anreiz zur Manipulation von Energieverbrauchszäh- lern . Hierzu wi d beispielsweise auf der Energie zuführenden
Seite vor Eintritt in den Energieverbrauchszähler Strom, Wasser oder Gas ausgekoppelt und nach Austritt aus dem Energieverbrauchszähler wieder eingekoppelt.
Somit ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Energieverbrauchszähler zu schaffen, der gegen derartige Manipulationen geschützt ist . Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Vorrichtung mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 6 gelöst . Vorteilhafte Ausgestaltungen de Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben . In dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Ermittlung von Manipulationen an eine Vorrichtung zur Messung eines Energieverbrauchs ist die Vorrichtung über Energiet ansportträger mit Energiee zeugern und Energieverbrauchern verbunden . Ein verbundener Energietransportträger wird mit einem Prüfsignal beaufschlagt wi d und ein reflektiertes Prüfsignal gemessen . Das reflektierte Prüfsignal wird mit einem gespeicherten Referenzsignal verglichen . Bei einer vorgebbaren Abweichung zwischen reflektiertem Prüfsignal und gespeiche tem Referenzsignal wird eine Manipulationswa naktion ausgelöst .
Das für die Prüfung eines reflektierten Prüfsignals verwendete Referenzsignal kann fest vorgegeben sein oder konfigurierbar ( "anlernbar" ) sein . Hierzu wird das Refe enzsignal beispielsweise bei de Installation des Smart Meters durch die- ses erfasst und gespeichert . Dazu muss das Smart Meter durch einen Wa tungstechniker in einen Service-Modus ode Installations-Modus versetzt werden, beispielsweise durch eine Au- thentisierung des Wartungstechnikers . Als Prüfsignal eignet sich beispielsweise
- Sinuswelle, Impuls, Rechtecksignal , Sägezahnsignal (ggf . mit modulierter Frequenz ) , - ein moduliertes, codiertes Signal, bei dem anstatt eines Nutzsignals ein fester Wert , ein Zufallswert oder ein Zählwert übertragen wird,
- ein Rauschsignal.
Durch die Erfindung kann eine physikalische Manipulation an der Verkabelung eines Smart Meters bzw . an den Versorgungs- Leitungen (Gas , Wasser, Wärme, ... ) eines Smart Meters erkannt werden . Auch wird erkannt, wenn ein Smart Meter ummontiert wird, d.h. mit einer gänzlich anderen Verkabelung verbunden wird . Eine Manipulation am Energietransport-Träger (Stromkabel , Wasserrohr o.ä.) zum Energiediebstahl gegenüber dem Energieanbieter, wie das Abzweigen vor der Messeinrichtung, oder gegenüber anderen legal bezahlenden Energiekünden, das Abzweigen nach einer Messeinrichtung eines Mitbewohners, kann somit erkannt werden .
In einer Ausgestaltung ist die Manipulationswarnaktion ein Fehlereintrag in einen Speicher, eine Fehlermeldung an einen Empfänger oder ein akustischer und/oder optischer Fehleralarm .
In einer Ausgestaltung der Erfindung wird an einem ersten verbundenen Energietransportträger das Prüfsignal beauf- schlagt und an einem weiteren verbundenen Energietransportträger das reflektierte Prüfsignal gemessen . Dies eignet sich beispielsweise für die 3 Phasen eines Drehstromanschlusses .
In einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird das reflektierte Prüfsignal mit dem gespeicherten Referenzsignal mit Hil fe einer Korrelationsfunktion verglichen .
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Messung eines Energieverbrauchs ist über Energietransportträger mit Energie- Verbrauchern verbunden . Die Vorrichtung weist auf :
- einen Prüfsignalgenerator zur Beaufschlagung von verbundenen Energietransportträgern mit einem Prüfsignal , - einen Prüfsignalsensor zur Messung eines reflektierten
Prüfsignals,
- einer Steuereinheit verbunden mit dem Prüfsignalgenerator und dem Prüfsignalsensor eingerichtet zum Vergleich des re- flektierten Prüfsignals mit einem gespeicherten Referenzsignal und zum Auslösen einer Manipulationswarnaktion bei einer vorgebbaren Abweichung zwischen reflektiertem Prüfsignal und gespeichertem Referenzsignal . Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Ausführungsbeispielen anhand der Figuren näher erläutert . Es zeigen
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Energieverbrauchszählers nach dem Stand der Technik,
Figur 2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen EnergieverbrauchsZählers,
Figur 3 ein Signaldiagramm eines ersten reflektierten Prüf- signals,
Figur 4 ein Signaldiagramm eines zweiten reflektierten
Prüfsignals . Die Figur 2 zeigt ein erfindungsgemäßes Smart Meter . Zur Vermeidung von Wiederholungen sind gleiche Funktionselemente mit den Bezugszeichen aus Figur 1 gekennzeichnet . Das Smart Meter verfügt über Anschlüsse 101 , 102 (E-IF-int, E-IF-ext) , an die ein Energietransportträger 103, 104 (Stromkabel, Wasserrohr, Gasleitung etc . ) anschließbar ist . Das Energie-führende, zu messende Medium (Strom, Wasser, Gas, Wärme) wird durch das Smart Meter geführt und durch einen oder mehrere Sensoren 105 werden Messgrößen wie Strom, Spannung oder Massefluss gemessen . Diese werden einer Steuereinheit 106 zugeführt und in digitalisierter Form durch ein im Speicher 107 enthaltenes Steuerprogramm bearbeitet . Daraus werden EnergieVerbrauchswerte ermittelt , beispielsweise kW/h (Strom, Gas) , Liter (Wasser) . Diese EnergieVerbrauchswerte werden im Speicher 107 abgelegt. Sie werden auf einem üblicherweise vorhandenen Anzeige 108 angezeigt . Auch kann eine Datenschnittstelle 109 vorgesehen sein, um die erfassten EnergieVerbrauchswerte an ein Auslesegerät oder über eine KommunikationsVerbindung, wie beispielsweise Internet , Mobilfunknetz oder Power Line Commu- nication, an einen Server zu übertragen .
Zusätzlich weist das Smart Meter in Figur 2 einen Prüfsignal- generator 110 (PSG) auf, der mit der Steuereinheit 106 ver- bunden und von dieser angesteuert wird . Der Prüfsignalgenera- tor generiert ein Prüfsignal und beaufschlagt in diesem Ausführungsbeispiel an der Schnittstelle 102 den Energietransportträger mit dem Prüfsignal . Das Prüfsignal ist beispielsweise als elektrischer Impuls/Schwingung/Rauschen oder als mechanischer Impuls/Schwingung/Rauschen ausgebildet .
Zudem weist das Smart Meter einen Prüfsignalsensor 111 (PSS) auf, der das reflektierte Signal in diesem Ausführungsbei- spiel an der Schnittstelle 102 erfasst und der verbundenen Steuereinheit zur Auswertung zuführt . Insbesondere an Knickstellen oder Abzweigungen der Energietransportträgers oder weiteren damit verbundenen Komponenten wird das Prüfsignal reflektiert und führt zu einer erhöhten Signalstärke an der jeweiligen zeitlichen Stelle des von dem Prüfsignalsensor 111 gemessenen Signals . So ist bei unveränderter Konstellation des Energietransportträgers zu erwarten, dass ein reflektiertes Signal eine typische Charakteristik ( Form, Frequenzspektrum) aufweist und dem Referenzsignal entspricht . Bei einer physikalischen Manipulation am Energietransportträger, wie beispielsweise Anbohren oder Anbringen eine zusätzlichen
Komponente, wird diese Charakteristik verändert . Insbesondere an den durch die Manipulation verursachten Unregelmä igkeiten in der physikalischen Struktur des Energietransportträgers werden zusätzliche Reflektionen auftreten, oder andere, vor- her vorhandenen Reflektionen ausgelöscht .
Die Steuereinheit 106 ermittelt durch einen Vergleich mit einem gespeicherten, erwarteten Referenzsignal Abweichungen des reflektierten Signals und kann somit derartige Manipulation zuverlässig detektieren .
Eine entsprechende Prüfung kann auch an einem anderen oder weiteren Energietransport-Schnittstellen vorgesehen sein . Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird das Prüfsignal an einer ersten Schnittstelle beaufschlagt und das reflektierte Signal an einer zweiten Schnittstelle gemessen.
Weiterhin können Filter oder sonstige Unterbrechungen vorgesehen sein, um eine Übertragung des Prüfsignals über einen bestimmten Ort des Energietransportträgers hinaus zu dämpfen oder zu verhindern .
Die Figur 3 zeigt das nach Aussenden eines Prüfsignalimpulses gemessene reflektierte Signal . Es sind drei Reflektionen im da gestellten Zeitbereich erkennbar, denen ein korrespondierender Entfernungsbereich entspricht . Dieses Signal ist für dieses Ausführungsbeispiel das Referenzsignal .
Die Figur 4 zeigt ein reflektiertes Signal , bei dem im Vergleich zum Referenzsignal aus Figur 3 eine zusätzliche Re- flektion enthalten ist . Daher kann vermutet werden, dass eine physikalische Veränderung an dem entsprechenden Abschnitt des Energiet ansportträgers vorhanden ist . Anhand der Laufzeit- Verzögerung td kann auch die Entfernung zur Reflektionssteile abgeschätzt werden . Bei einer angenommenen Ausbreitungsgeschwindigkeit vm im
Energietransportmedium von vm=200.000.000 m/s und einer Verzögerung td=3, 7ns (27*10A-9 s) ergibt sich eine Schätzung der Entfernung d von
d= * vm * td= 0 , 37 m (Faktor H wegen Hin- und Rückrich- tung) . Es kann also eine Manipulation an dem Energietransportträger vermutet werden, die sich in einer Entfernung von ca. 0,37m vom Energiemessgerät befindet. Neben elektrischen Signalen, die sich schnell ausbreiten, können auch andere Signale, insbesondere akustische Signale bzw. mechanische Schwingungen verwendet werden . Durch die relativ geringe Ausbreitungsgeschwindigkeit kann der messtechnische Aufwand gering gehalten werden .
Es ist j edoch auch möglich, einen Abschnitt zu überwachen, der mehrere Reflektionen aufweist, um so beispielsweise eine Manipulation an einer Hausverkabelung eines Mehrfamilienhauses zwischen dem Stromzählers einer Wohnung im Keller und dem Sicherungskasten/Anschlusskästen in der Wohnung zu erkennen .
Zudem ist es möglich, speziell nur den Zeitbereich auszuwerten, der einen Entfernungsbereich bis zu einer ersten, bekannten Soll-Reflektion bzw . bis zu einer maximalen Entfer- nung umfasst .
Neben der Messung des auf einen ausgesendeten Puls reflektierten Signals kann auch ein anderes Testsignal ausgesendet werden, beispielsweise ein Rechtecksignal . Es kann auch ein Rauschsignal ausgesendet werden, beispielsweise weißes Rauschen . Anhand des gemessenen Frequenzspektrums kann beispielsweise mittels einer Fourier-Transformation auf die Impulsantwort geschlossen werden . Bei den verwendeten Messverfahren kommt es insbesondere darauf an, eine Veränderung des reflektierten Signals, die bei einer physikalischen Manipulation zu erwarten ist , zu erkennen . Eine exakte Messung ist dabei in der Regel nicht erforderlich .
Ein erfindungsgemäßes Smart Meter kann an unterschiedlichen Stellen eingesetzt werden . Neben einer Anwendung bei Endverbrauchern kann sie auch an Energieverteilknoten (Sub- Station, Trafohäuschen) vorgesehen sein . In einer Variante können auch mehrere erfindungsgemäße Smart Meter eine gemei same Überwachung realisieren, indem sie die von einem oder mehreren anderen Smart Metern ausgesendete Prüfsignale über wachen .

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Ermittlung von Manipulationen an einer Vo richtung zur Messung eines Energieverbrauchs, welche über Energietransportträger mit Energieerzeugern und Energieverbrauchern verbunden ist, bei dem
- ein verbundener Energietransportträger mit einem Prüfsignal beaufschlagt wird,
- ein reflektiertes Prüfsignal gemessen wird,
- das reflektierte Prüfsignal mit einem gespeicherten Referenzsignal verglichen wird,
- bei eine vorgebbaren Abweichung zwischen reflektiertem Prüfsignal und gespeichertem Refe enzsignal eine Manipulationswarnaktion ausgelöst wird .
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei
die Manipulationswarnaktion ein Fehle eint ag in einen Speicher, eine Fehle meldung an einen Empfänge ode ein akustischer und/oder optischer Fehleralarm ist .
3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei
das Prüfsignal als elektrisches, mechanisches ode optisches Signal ausgestaltet ist .
4. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei
- an einem ersten verbundenen Energiet ansportträge das Prüfsignal beaufschlagt wi d,
- an einem weiteren verbundenen Energiet ansportträger das reflektierte Prüfsignal gemessen wird .
5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei
das reflektierte Prüfsignal mit dem gespeiche ten Referenzsignal mit Hilfe einer Korrelationsfunktion verglichen wird .
6. Vorrichtung zur Messung eines Energieverbrauchs , welche über Energietransportträger mit Ene gieVerbrauchern verbunden ist, ausweisend - einen Prüfsignalgenerator zur Beaufschlagung von verbundenen Energietransportträgern mit einem Prüfsignal,
- einen Prüfsignalsensor zur Messung eines reflektierten
Prüfsignals,
- einer Steuereinheit verbunden mit dem Prüfsignalgenerator und dem Prüfsignalsensor eingerichtet zum Vergleich des reflektierten Prüfsignals mit einem gespeicherten Referenzsignal und zum Auslösen einer Manipulationswarnaktion bei einer vorgebbaren Abweichung zwischen reflektiertem Prüfsignal und gespeichertem Referenzsignal .
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