Smart Metering und PTB-Anforderungen 50.8

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Smart Metering und PTB-Anforderungen 50.8
Ulrich Grottker
PTB, 8.51
9. Internationale EMATEM Sommerschule
Kloster Seeon
18.-20. September 2013
Smart Metering und PTB-Anforderung 50.8, EMATEM, 18. September 2013
1
Überblick
• Einordnung der A50.8, Bezug zu BSI-PP / TR
• Messsystem mit Smartmeter Gateway
o
Bestandteile nach Eichgesetz
• Anforderungen an SMGW
o
Datenakquisition
o
Regelwerk, Auswerteprofile, TAF
o
Messwertdarstellung, Anzeige
o
Speicherung und Visualisierung zur Rechnungskontrolle
o
Zeitrealisierung, Fehlererkennung, Eichlog,
Manipulationsschutz
o
Schnittstellen, Rückwirkungsfreiheit (rollenbezogen)
o
Softwarearchitektur
• Anforderungen an Kundenanzeige
• Anforderungen an Kommunikationsadapter
• Anforderungen an Zeitserver
2
Einordnung der A50.8, Bezug zu BSI-PP / TR
•
Gesetzliche Basis
o
•
EnWG / MSysV
EG/EO, MEG
Zusammenarbeit BSI, PTB, Eichbehörden
o
Integration der eichrechtlichen Anforderung in PP/TR
o
BSI, CC: Vertrauenswürdige Rollenvertreter, Befugnisse und Verbote
EG: Niemandem ist Zugriff erlaubt, technische Maßnahmen
o
Integrationsgrad von eichrechtlichen Anforderungen geringer als
anfänglich erwartet, A50.8 umfangreicher
o
A50.8 baut auf PP/TR auf und interpretiert und ergänzt sie
3
Messsystem mit Smartmeter Gateway
SMGW-Messsystem aus eichrechtlicher Sicht
Neue Zähler
(LMN-kompatibel)
Kap. 5
TOE
LMN
Kommunikationsadapter
Kap. 7
Eichpflichtige
Teile
Gateway,
Zusatzeinrichtung
Security Module
Bestandszähler,
MID-Zähler
HAN
Zeitserver
Kap. 8
Kundendisplay
WAN
Kap. 6
4
Eichrechtlich relevante Bestandteile des
Smartmeter Gateways
Datenflussplan
Auswerteprofil,
Zählerprofil,
TAF, TR 4.2.2
TR 4.3
Zählerstand
Originäre
Abgeleitete
Messwertliste
Messwertliste
(LMN)
Datenakquisition
Regelwerk,
Tarifanwendungsfälle
Archiv
23
Abgeleitete
Messwertliste
Ablaufsprache (AS) oder
Sequential Function Chart (SFC),
EN 61131-3
Aktuelle
MesswertDarstellung
(HTML-Seite)
Generierung
MesswertDarstellung
TR 4.5
Speicherung
zum Abschluss
des Vorgangs
TR 3.4
Browser
(HAN)
http-Server
Rechnungskompatible
Darstellung
(HTML-Seite)
Visualisierung
zur
Rechnungsprüfung
5
Anforderungen an das Smartmeter Gateway
PTB-A 50.8 Gliederung
Kap. 5.1.1
Zählerstand
(LMN)
Kap. 5.1.2
Originäre
Messwertliste
Datenakquisition
Kap. 5.1.2.3.2(a)
Abgeleitete
Messwertliste
Regelwerk,
Tarifanwendungsfälle
Kap. 5.1.2.3.1
Aktuelle
MesswertDarstellung
(HTML-Seite)
Generierung
MesswertDarstellung
Kap. 6
Browser
(HAN)
http-Server
Kap. 11
Archiv
23
Abgeleitete
Messwertliste
Speicherung
zum Abschluss
des Vorgangs
Kap. 5.1.2.4
Rechnungskompatible
Darstellung
(HTML-Seite)
Visualisierung
zur
Rechnungsprüfung
Kap. 5.1.2.5,
5.1.2.3.2(d)
6
5.1.1
Anforderungen an Datenakquisition
Datenakquisition
• Anforderungen an Funktionen:
− Transformation aller Datenformate im LMN in die
Kap. 5.1.1
Datenstruktur „originäre Messwertliste“
− Fehlererkennung und
-registrierung
Aktuelle
Zählerstand
Browser
Messwert- für
Originäre
Abgeleitete
− Einhaltung
der Fehlergrenzen
Darstellung
Messwertliste
Messwertliste
(LMN)
(HAN)
Registrierungszeitpunkte
(Kap. 11)
(HTML-Seite)
− Downloadanforderungen bei Ladefähigkeit
serialisierter Zählerprofile (COSEM-Objekte)
Regelwerk,
Generierung
• Anforderung an Datenrepräsentation:
DatenTarifanwenhttp-Server
− Je realem ZählerMesswerteine Instanz der
originären
akquisition
dungsfälle
Darstellung
Messwertliste
• Parametrierung der Zählerprofile:
Kap. 11
− Geräte-ID, Registrierperiode,
Wandlerfaktor, OBIS, …
RechnungsArchiv
− Eichlog-Eintrag
bei Parameteränderung
kompatible
23
Abgeleitete
Darstellung
Messwertliste
Speicherung
zum Abschluss
des Vorgangs
(HTML-Seite)
Visualisierung
zur
Rechnungsprüfung
7
Anhang A3: Anforderungen an die Datenakquisition
Zeitüberwachung bei Datenakquisition, uni-direktionale Kommunikation:
SMGW
Zähler
tr
Tr
Empfang gelungen,
Weiterleitung zum
Kundendisplay
t
Empfang nicht gelungen
tr-TrFlr
Empfang gelungen,
Verwendung zur
Abrechnung
tr
tr+TrFlr
8
Anhang A3: Anforderungen an die Datenakquisition
SMGW
Zeitüberwachung bei
Datenakquisition,
bi-direktionale
Kommunikation:
t
tr-TrFlr
Zähler
Übertragung nicht gelungen
tr
tr+TrFlr
Empfang gelungen,
Weiterleitung zum
Kundendisplay
Tr
Tr
tr-TvFlr
Empfang gelungen, aber nicht
innerhalb aller Fehlergrenzen,
keine Verwendung zur Abrechnung
tr
tr-TrFlr
tr+TrFlr
tr+TvFlr
Empfang gelungen, innerhalb
aller Fehlergrenzen,
Verwendung zur Abrechnung
9
5.1.2
Anforderungen an Auswerteprofile und Regelwerk
Datenflussplan
− Verknüpfung ein oder mehrerer originärer
Kap. 5.1.2
Messwertlisten durch Regelwerk
Aktuelle
− Fehlerregistrierung,
Fehlergrenzen
Zählerstand
Browser
MesswertOriginäre
Abgeleitete− Kontrolle
der Eingaben des GW-Admin
Darstellung
Messwertliste
Messwertliste
(LMN)
(HAN)
− Ggf. „Innere
Signatur“
(HTML-Seite)
− Funktionen gesteuert durch Regelwerk des
aktiven TAF
• Anforderung
an Datenrepräsentation:
Regelwerk,
Generierung
Daten− Genau
eine abgeleitete
Messwertliste je
TarifanwenMesswerthttp-Server
akquisition
aktivem
TAF
dungsfälle
Darstellung
− Kein direkter Schreibzugriff auf Daten durch
LV, GW-Admin usw.
− Schreibschutz
wenn Gültigkeitszeitraum
Rechnungsabgelaufen
Archiv
kompatible
3
2
• Parametrierung:
Abgeleitete
Darstellung
−
Parameter
in Auswerteprofile, eingebbar
(HTML-Seite)
Messwertliste
durch GW-Admin, Registrierung in LV-Log
Speicherung
zum Abschluss
des Vorgangs
Visualisierung
zur
Rechnungsprüfung
10
5.1.2.3 Anforderungen an das Smartmeter Gateway
Datenflussplan
Kap. 5.1.2.3.2(a)
Kap. 5.1.2.3.1
Kap. 6
Aktuelle
• Anforderungen
an
Funktionen:
Zählerstand
Browser
MesswertOriginäre
Abgeleitete
− Erzeugung
von
HTMLoder
XML-Dateien
zur
Darstellung
Messwertliste
Messwertliste
(LMN)
(HAN)
Darstellung der eichrechtlich relevanten
(HTML-Seite)
Informationen
− Bereitstellung in http-Server oder als Webservice
Regelwerk,
Generierung
für Kundendisplay
im HAN
DatenTarifanwenMesswerthttp-Server
akquisition
dungsfälle
Darstellung
− HTML-Dateien mit minimalen
Interaktionsmöglichkeiten, nur interne
Verlinkung
Rechnungs− Ergonomische Gestaltung
Archiv
kompatible
• Darzustellende Informationen:
23
Abgeleitete
Darstellung
− Aktuelle Messwerte, abgeleitete Messwertliste,
(HTML-Seite)
Messwertliste
abhängig vom aktivierten TAF
− Benutzerschnittstelle bei LV-Autorisierung
Speicherung
zum Abschluss
des Vorgangs
Visualisierung
zur
Rechnungsprüfung
11
Datenflussplan
Aktuelle
−
Speicherung
der Messwertlisten
am
Zählerstand
Browser
MesswertOriginäre
Abgeleitete
Ende der
Abrechnungsperiode
Darstellung
Messwertliste
Messwertliste
(LMN)
(HAN)
− Automatische
Löschung nach
(HTML-Seite)
vorgegebenen Fristen, keine manuelle
Löschung
• Anforderung
Regelwerk,
Generierung an Datenrepräsentation:
DatenTarifanwen−MesswertAufbewahrung von
Zählerkonfiguration,
http-Server
akquisition
dungsfälle
Darstellung
Auswerteprofil, Messwertlisten je
Abrechnungsperiode, LV-Log
Archiv
23
Abgeleitete
Messwertliste
Speicherung
zum Abschluss
des Vorgangs
Rechnungskompatible
Darstellung
(HTML-Seite)
Visualisierung
zur
Rechnungsprüfung
Kap. 5.1.2.4
12
Datenflussplan
− Sammeln der vom LV gewählten historischen Daten
− Zugriff nur auf die Domäne des eingeloggten LV
Aktuelle
− Generierung
von
HTMLoder
XML-Dateien
aus
den
Zählerstand
Browser
MesswertOriginäre
Abgeleitete
archivierten
Darstellung
Messwertliste
Messwertliste
(LMN)Daten
(HAN)
(HTML-Seite)
− Übergabe an http-Server oder Webservice
− Gestaltung so, dass ein Vergleich mit der Rechnung
Regelwerk,
Generierung
ermöglicht wird. DatenTarifanwenMesswerthttp-Server
• Darzustellende Inhalte:
akquisition
dungsfälle
Darstellung
− LV-Log, Benutzerschnittstelle bei LV-Autorisierung,
Daten zur Rechnungsprüfung
Archiv
23
Abgeleitete
Messwertliste
Speicherung
zum Abschluss
des Vorgangs
Rechnungskompatible
Darstellung
(HTML-Seite)
Visualisierung
zur
Rechnungsprüfung
Kap. 5.1.2.5,
5.1.2.3.2(d)
13
Anforderungen entsprechend PTB-A 50.7
5.2
Zeitrealisierung und Synchronisation
o
o
o
5.3
Fehlererkennung
o
o
o
o
5.4
Erweiterung gegenüber A50.7
Vorschlag eines einheitlichen 5stufigen Fehlercodes
2stufige Testtiefe
Tests automatisch zyklisch oder manuell von Ferne; Ergebnisse im Eichlog
Eichlog
o
o
5.5
Gangreserve für sofortige Fortsetzung der Messungen nach
Spannungswiederkehr
Synchronisation mit PTB-Zeitserver, kryptografische Sicherung
Fehlergrenzen: Länge von Zeitspannen ±1%, Verschiebung der
Registrierperioden gegen die gesetzliche Zeit ±3 %
Erweiterung gegenüber A50.7
Ergänzungen zur Tab. 43 der TR
Maßnahmen zum Schutz gegen Manipulationen
o
o
Mechanisch-physische Sicherungen gemäß TR
„Innere Signatur“ bei zentraler Tarifierung
14
5.6 Spezielle eichrechtliche Anforderungen an die
Software
Rückwirkungsfreiheit, Rechte der Rollenvertreter
SMGW
Zulässige
GW-AdminBefehle
Kap. 5.6.1
TR 3.2.3, 4.4.4
GW-AdminBefehle
Unzulässige
GW-AdminBefehle
Befehlsfilter
WAN
Autorisierung
15
5.6 Spezielle eichrechtliche Anforderungen an die
Software
Rückwirkungsfreiheit, Rechte der Rollenvertreter
Zulässige Befehle für die Rolle GW-Admin:
− Abruf des Eichlogs
− Konfiguration der Messwerterfassung und
–verarbeitung
− Parametrisierung der TAF
− …
SMGW
Zulässige
GW-AdminBefehle
Unzulässige
GW-AdminBefehle
Kap. 5.6.1
TR 3.2.3, 4.4.4
GW-AdminBefehle
WAN
Unzulässige Befehle, Ausführung verhindert:
− Download von nicht zertifizierten Updates, COSEMBefehlsfilter
Autorisierung
Objekten, …
− Eingabe Parameterwerten außerhalb der zulässigen
Grenzen
− Direktes Schreiben oder Löschen von eichrechtlich
relevante Messwertvariablen, Logs, …
16
5.6 Anforderungen an die Architektur
Multiuser-Architektur, Beispiel für die Aggregation der LV-Daten und Parameter
SMGW
LV-Instanz
LV-Instanz
LV-Instanz
LV-Domäne
LV-Domäne
Aktuelle Daten
GW-Admin-Instanz
Historische Daten
Zähler-Instanz
Zähler-Instanz
Zähler-Instanz
Parameter:
Parameter:
Parameter:
• Geräte-ID
Geräte-ID
• • •Geräte-ID
Reg.-Periode
Reg.-Periode
• • Reg.-Periode
Abgeleitete
Abgeleitete
Archiv:
Originäre
Messwertliste
Messwertliste
Messwertlisten
Abgeleitete
Abgeleitete
Archiv:
Abgeleitete
Messwertliste
Messwertliste
Messwertlisten
Messwerte:
Messwerte:
Messwerte:
• Originäre
Originäre
• • Originäre
Messwertliste
Messwertliste
Messwertliste
LV-Log
EMT-, Servicetechniker-Instanz
usw.
Abgeleitete
Abgeleitete
Abgeleitete
Messwertliste
Messwertliste
Messwertliste
Stammdaten LV
Auswerteprofile
(Parameter für
Regelwerk)
Betriebssystem, Laufzeitsystem, Firmware
17
5.6 Anforderungen an die Architektur
Multiuser-Architektur, Softwaretrennung, Rückwirkungsfreiheit
LV-Instanz
LV-Domäne
LV-Domäne
Aktuelle Daten
Zähler-Instanz
Zähler-Instanz
Zähler-Instanz
Parameter:
Parameter:
Parameter:
• Geräte-ID
Geräte-ID
• • •Geräte-ID
Reg.-Periode
Reg.-Periode
• • Reg.-Periode
Messwerte:
Messwerte:
Messwerte:
• Originäre
Originäre
• • Originäre
Messwertliste
Messwertliste
Messwertliste
SMGW
Historische Daten
Abgeleitete
Abgeleitete
Archiv:
Originäre
Messwertliste
Messwertliste
Messwertlisten
Unmittelbarer
Wert,
Parameter
Abgeleitete
Abgeleitete
Archiv:
Abgeleitete
Messwertliste
Messwertliste
Messwertlisten
WAN
LV-Log
SystemBefehl
Abgeleitete
Abgeleitete
Abgeleitete
Messwertliste
Messwertliste
Messwertliste
Stammdaten LV
GW-Admin-Instanz
Auswerteprofile
(Parameter für
Regelwerk)
Betriebssystem,
Laufzeitsystem,
Firmware
Indirekter
Befehl
(Zulässige) GWAdmin-Aktion
(schreiben)
18
6
Kundendisplay
Funktionen, Hardware
Von SMGW
HAN
− Zum http-Server des SMGW
kompatibler Browser oder
kompatibler Client für Webservices
− Bedienerführung und Navigation
− Authentifizierung des Benutzers
• Anforderung an Hardware:
− Vorrichtung zur Aufnahme eines
Zertifikatsträgers
− Vorrichtung zur Eingabe von
Kennung/Passwort
− Vorrichtung zur Navigation
HTML
HTML
HTML
HTML
Browser
Lieferant: naturstrom
Name:
Grottker
Tarif:
TAF2
T1:
T2:
P:
Aktiv:
0004309,27 kWh
0000701,43 kWh
2331 W
T1
7
8
9
4
5
6
1
2
3
C
0
E
<
^
>
v
19
7
Eingangsvarianten: Impuls, parallel (Encoder), unidirektional, bidirektional:
SchnittstellenAdapter
Bildung neuer
Messwerte
Umcodierung
Impuls
wMBus, EN 13757
Zählerstandsencoder
LMN
MSB, EDL21/40
RS485, HDLC
TCP/IP-SML
Modbus
andere nicht LMNkompatible
Konverter
Telegrammpuffer,
einheitliches
LMN-Format
20
7
Eingangsvarianten: Impuls, parallel (Encoder), unidirektional, bidirektional:
Impuls
Zählerstandsencoder
MSB, EDL21/40
TCP/IP-SML
Modbus
andere nicht LMNkompatible
Konverter
Bildung neuer
Messwerte
Umcodierung
Schnittstellen− Impulsschnittstelle: Fehlergrenze ±1%
Adapter
Quantisierung und Auflösung
− Möglichst geringe Verzögerung bei
Weiterleitung des Messwertes (z.B. durch PushwMBus, EN 13757
Telegramm)
− Umformung in ein LMN-kompatibles
LMN
Protokollformat
• Weitere Anforderung:
RS485, HDLC
− Schnittstellen rückwirkungsfrei
− Versand des Firmware/SoftwareIdentifikators
− Schutz der Parameter (Impulswertigkeit,
Hersteller-ID, …) und Messwertspeicher
(Arbeit/Volumen bei Impulszählung) gegen
Schreibzugriff
Telegrammpuffer,− Sicherung der Übertragung vom Zähler zum
K. oder „Wiederholzählwerk“ im SMGW
einheitliches
LMN-Format
21
8
Externer Zeitserver
Zeitinfrastruktur und Zeitserver
PTBZeitserver
ntp mit Preshared Keys
WWW
GWAdminZeitserver
SMGW
SMGW
SMGW
WAN
WWW
ntp-HTTPS (Webservice)
ntp-TLS (ntp-Service)
22
8
Externer Zeitserver
Zeitinfrastruktur und Zeitserver
• Infrastruktur:
− Ein Zeitserver oder Zeitserververbund beim GW-Admin,
hohe Verfügbarkeit
− Synchronisation mit PTB-Zeitserver, gesichert mit „Preshared Keys“
• GW-Admin-Zeitserver:
− Fehlergrenze ±1% der Fehlergrenze des SMGW (±90 ms)
− Synchronisation der SMGW mit GW-Admin-Zeitserver
gemäß [TR, 3.2.6.3.3.1], TLS-gesichert
− Umrechnung von UTC auf die gesetzliche Zeit
(MEZ/MESZ); SMGW dürfen intern für Zeitstempel auch
UTC verwenden
− RTC mit Gangreserve, Unterbrechungsfreie
Stromversorgung
SMGW
SMGW
PTBZeitserver
ntp mit Preshared Keys
WWW
GWAdminZeitserver
SMGW
WAN
WWW
ntp-HTTPS (Webservice)
ntp-TLS (ntp-Service)
23
A1 Anforderungen an Betriebssysteme
(1)
Sicherheit des Bootvorgangs
(2)
Beschränkung der Bedienmöglichkeiten
(3)
Abschottung der Programm- und Datenbereiche gegeneinander
(4)
"Rückwirkungsfreiheit" der Schnittstellen
(5)
Beschränkung der Dienste
(6)
Update des Betriebssystems
24
Zusammenfassung
•
PTB-A50.8 ergänzt PP/TR um eichrechtliche Aspekte.
•
Gilt nur für diese Art von Geräten, PTB-A50.7 bleibt erhalten für andere
Zusatzeinrichtungen.
•
Noch zu ergänzen bzw. anzupassen: TAF nach Feinspezifikation der
COSEM/DLMS-Objekte.
•
Ggf. Verfeinerung der Anforderungen an Betriebssysteme in Abstimmung
mit BSI.
•
Jetziger Entwurf enthält technische Anforderungen an das Gerät.
Prüfmethoden, Verwenderauflagen und mitgeltende Vorschriften sollen
noch ergänzt werden.
25

Smart Metering und PTB-Anforderungen 50.8

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