Tecnologia da informação e comunicação para recarga inteligente

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1 Tecnologia da informação e comunicação para recarga inteligente Citation for published version (APA): Montes Portela, C., Geldtmeijer, D. A. M., Slootweg, J. G., & van Eekelen, M. (2014). Tecnologia da informação e comunicação para recarga inteligente. Eletricidade Moderna, 42(482), Document status and date: Published: 01/01/2014 Document Version: Publisher s PDF, also known as Version of Record (includes final page, issue and volume numbers) Please check the document version of this publication: A submitted manuscript is the version of the article upon submission and before peer-review. There can be important differences between the submitted version and the official published version of record. People interested in the research are advised to contact the author for the final version of the publication, or visit the DOI to the publisher's website. The final author version and the galley proof are versions of the publication after peer review. The final published version features the final layout of the paper including the volume, issue and page numbers. Link to publication General rights Copyright and moral rights for the publications made accessible in the public portal are retained by the authors and/or other copyright owners and it is a condition of accessing publications that users recognise and abide by the legal requirements associated with these rights. Users may download and print one copy of any publication from the public portal for the purpose of private study or research. You may not further distribute the material or use it for any profit-making activity or commercial gain You may freely distribute the URL identifying the publication in the public portal. If the publication is distributed under the terms of Article 25fa of the Dutch Copyright Act, indicated by the Taverne license above, please follow below link for the End User Agreement: Take down policy If you believe that this document breaches copyright please contact us at: openaccess@tue.nl providing details and we will investigate your claim. Download date: 08. Jul. 2019

2 VEÍCULOS ELÉTRICOS Tecnologia da informação e comunicação para recarga inteligente Carlos Montes Portela (Enexis/Universidade Aberta da Holanda), Danny Geldtmeijer (Enexis/Universidade Avans de Ciências Aplicadas), Han Slootweg (Enexis/Universidade de Tecnologia de Eindhoven) e Marko Van Eekelen (Universidade Aberta da Holanda/ Universidade Radboud de Nijmegen) - Holanda Este artigo apresenta uma arquitetura de tecnologia da informação e comunicação flexível, com privacidade de dados, para o carregamento inteligente de veículos elétricos, implementada para demonstração pelo operador do sistema de distribuição holandês. Seu objetivo é incorporar infraestruturas públicas de recarga ao mercado de eletricidade liberalizado. Aimplementação das infraestruturas de carregamento de veículos elétricos (VEs) é uma tarefa complexa, haja vista a necessidade de otimização de objetivos conflitantes. A principal meta é maximizar a conveniência do condutor do VE para utilizar a infraestrutura de carregamento disponível e a capacidade da rede local da forma mais eficiente possível. Greenlots A figura 1 exibe problemas técnicos que o carregamento de VEs em larga escala pode causar quando realizado de maneira descontrolada. Em primeiro lugar, o transformador MT/BT pode ser sobrecarregado se a demanda total de eletricidade exceder sua capacidade. Além disso, um único alimentador pode ser sobrecarregado por exemplo, se muitos VEs forem carregados na mesma rua. Finalmente, as últimas casas conectadas ao cabo podem enfrentar problemas no nível de tensão devido às cargas pesadas correspondentes aos VEs durante o período de recarga. O Operador do Sistema de Dis - tribuição (OSD) pode evitar tais problemas técnicos por meio do controle do processo de carga, otimizando o uso da rede e facilitando a integração das fontes de energia renováveis (RES - Re - newable Energy Sources). Dessa forma, investimentos adicionais, necessários para o carregamento de VEs em larga escala, podem ser evitados ou, pelo menos, minimizados. Isso é definido como carregamento inteligente pela Eurelectric [2]. Em uma abordagem eficiente dessas questões técnicas, o carregamento inteligente representa uma estratégia promissora (ou seja, pela limitação dos investimentos relacionados à capacidade extra da rede). No entanto, a implementação do carregamento inteligente em um contexto liberalizado requer uma interação e troca de informações correspondentes entre OSDs, pontos de carga, VEs, condutores de VEs, fornecedores de energia e, possivelmente, novos participantes/funções do mercado (entres estes, um provedor de serviços de carregamento (CSP - Charge 36 EM MAIO, 2014

3 Fig. 1 Problemas técnicos relacionados ao carregamento de VEs em larga escala descontrolado Service Provider), que lida com o atendimento à solicitação de carga do condutor do VE, e um operador dos pontos de carga (CSO - Charge Spot Opera - tor), que lida com a operação dos pontos de carga). Sem adoção de medidas, pontos de carga de VEs podem ser derivados ao longo do tempo. Se estes locais puderem ser associados aos condutores dos VEs, isso representaria uma fonte de dados sensíveis em termos de privacidade, uma vez que revelaria a posição destes. A partir de experiências negativas acerca de privacidade obtidas durante a implementação em larga escala de medidores inteligentes na Holanda, isso pode se tornar um problema para o conceito do carregamento inteligente. Além disso, o interesse dos hackers e grupos comerciais nos dados sigilosos Fig. 2 Modelo de mercado proposto [1] aumenta a probabilidade de divulgação. Pa ra lidar com essas questões, a privacidade e a segurança devem ser consideradas desde o início (privacidade e segurança by design). Este trabalho foca principalmente as - pectos de privacidade. O fato de o mo - delo de mercado pro posto para o carregamento público de VEs ainda estar em fase de evolução requer uma arquitetura de Tecnologia da Informação e Comunicação (TIC) flexível o suficiente para suportar alterações futuras. Para facilitar a compreensão deste artigo, a figura 2 apresenta o modelo de mercado proposto para o carregamento público de VEs [1], mostrando uma interação entre as diferentes funções existentes (em azul claro) e as novas possíveis (em verde). Observe que o provedor de serviços de mobilidade foi renomeado para provedor de serviços de carregamento visando o alinhamento com os esforços de padronização da Europa sobre carregamento de VEs e, mais especificamente, com o caso de uso genérico sobre carregamento inteligente de VEs [4], para o qual o projeto de demonstração de carregamento inteligente da Enexis tem sido usado como input. Roteiro para uma arquitetura TIC flexível e amigável com privacidade de dados para o carregamento inteligente de VEs Esta seção explica as principais características do caso de uso do carregamento inteligente de VEs. Além disso, são apresentados os métodos utilizados no projeto de demonstração da Enexis para implementação de uma arquitetura TIC que considera requisitos relacionados à flexibilidade e privacidade do caso de uso do carregamento inteligente. Como é o caso de uso do carregamento inteligente? Consiste de interações entre vários agentes, as quais são mostradas na figura 3 em um diagrama de caso de uso UML (Unified Modeling Language). No projeto de demonstração, cada VE/condutor do VE tem um CSP. Quando o VE chega em um ponto de carga, ele expressa seu desejo de carregamento para o respectivo CSP, incluindo informações como o estado da carga (SoC - State of Charge) da bateria, montante de quilômetros/energia solicitado e tempo de partida (ToD - Time of De - parture). Com base nessas informações, o CSP cria um plano de carga para o VE, submetendo-o ao CSO. Este, por sua vez, encaminha a solicitação ao OSD para aprovação, e o OSD então compartilha a capacidade disponível de forma justa, razoável e não discriminatória (Frand - Fair, Reasonable And Non-Discriminatory). Se estiver de acordo com as restrições da rede local, o plano de carga é executado. Do contrário, o plano de carga pode ser recalculado de acordo com as informações recebidas sobre a previsão da capacidade da rede local. O CSP pode então criar novo plano de carga baseado nas negociações efetuadas com o condutor do VE que fez a solicitação e/ou outros condutores de VEs da mesma área da rede. Em seguida, o CSP pode alterar o plano de carga, ou um conjunto de planos de carga ativos no local, em concordância com os respectivos condutores de VEs. MAIO, 2014 EM 37

4 VEÍCULOS ELÉTRICOS Requisitos de flexibilidade e métodos aplicados A flexibilidade no domínio do carregamento inteligente é necessária devido à evolução do modelo de mercado da recarga de VEs. No modelo proposto, um condutor de VE poderá escolher seu CSP. Para promover um mercado livre e flexível, onde haja facilidade para introdução de novos participantes, os fluxos de informações que facilitam o carregamento inteligente de VEs precisam ser projetados de forma independente do participante. Essas interfaces de informações não podem impor quaisquer barreiras para os (novos) participantes do mercado, assim como não podem exigir opções de projeto (tecnológico) para os sistemas TIC internos dos participantes do mercado. Além disso, os fabricantes dos componentes do carregamento inteligente e software correspondente precisam saber interagir com os diferentes participantes. Exemplos des ses componentes são: pontos de carga, VEs, dispositivos de interação com o usuário do VE e dispositivos das TICs internas às subestações MT/BT do OSD. Dessa forma, os fabricantes têm flexibilidade para fazer suas próprias es colhas da TIC (por exemplo, Java vs..net, tipo de ban co de dados relacional, arquiteturas centralizadas ou menos cen tralizadas, data centers próprios ou soluções baseadas na nuvem, etc.) sem receio de não ter capacidade para se conectar a outros participantes do mercado. Considerando que o número de participantes do mercado, como CSPs, CSOs e condutores de VEs, deve aumentar no futuro, a arquitetura TIC para carregamento inteligente tem de facilitar esta evolução. As setas azuis da figura 4 mos - tram os fluxos de informações entre os participantes e destaca a necessidade de as interfaces entre eles serem genéricas. Caso contrário, o CSP 1 precisaria, por exemplo, implementar diferentes soluções TIC para sua interação com o CSO 1 e CSO 2. A entrada do CSO 3 no mercado poderia gerar mudanças em todos os CSPs existentes. Como solução, um conjunto de serviços da Web foi projetado e implementado. Basica men te, os serviços Web permitem uma abordagem agnóstica da tecnologia para intercâmbio de informações via Internet. Isso é feito Fig. 3 Diagrama do caso de uso UML do carregamento inteligente através das mensagens SOAP - Simple Object Access Protocol (Protocolo Sim - ples de Acesso a Objetos), que contêm informações funcionais que precisam ser enviadas em ambos os sentidos. Os seguintes serviços Web foram projetados: create EVChar geplan ( criar um pla no de carga para o VE ) entre CSP e CSO para executar o plano de carga apropriado; executeevchargeplans Fig. 4 Participantes do carregamento inteligente e fluxos de informações 38 EM MAIO, 2014

5 VEÍCULOS ELÉTRICOS ( exe cutar os planos de carga dos VEs ) entre CSO e OSD para executar todos os planos de carga pertencentes a um CSP; e ex presschargewish ( expressar o desejo de carga ) entre o condutor do VE e CSP para troca da solicitação de carga do condutor do VE. Os serviços da Web podem ser descritos através das linguagens WSDLs - Web Services Descrip tion Language, que possibilitam definir um contrato entre todos os participantes envolvidos, estabelecendo quais informações precisam ser enviadas e quais serão recebidas de volta. No en tanto, isso não implica o uso de uma tec nologia específica para o participante (ou seja, o CSP 1 pode implementar sua TIC com linguagem de programação Java e o CSO 2 com C# na.net, e ainda assim poderão interagir um com o outro). Da mesma forma que a eletricidade provou ser fácil de se transmitir e distribuir, pode-se dizer que isto também vale para os serviços da Web em relação à troca de informações. Atual mente, os serviços Web estão ganhando impulso no mundo da energia, conforme refletido na norma IEC , relacionada aos projetos de energia eólica, e outras iniciativas [5]. Funcionalmente, os serviços Web foram projetados para habilitar o CSO a executar suas tarefas sem conhecer em qual alimentador e transformador da su - bestação MT/BT seus pontos de carga estão conectados. Aqui, as funções do CSO e do OSD são claramente separadas: o CSO pode focar na gestão dos pon tos de carga e o OSD, na gestão da rede sem necessidade de divulgar sua topologia. Requisitos de privacidade e métodos aplicados Apesar de os principais objetivos do projeto de demonstração do carregamento inteligente não estarem relacionados à privacidade, a OSD Enexis aproveitou a oportunidade para obter experiência prática com a privacidade no domínio dos VEs. Para a Enexis, o carregamento inteligente de VEs representa um caso de uso promissor na rede inteligente do futuro; para uma implementação com sucesso, portanto, é necessário obter uma soma positiva da funcionalidade, privacidade e segurança. De acordo com [6], basicamente duas estratégias podem ser aplicadas no projeto da privacidade de uma solução: privacidade por política e privacidade por arquitetura (atualmente referida como privacidade by design). Neste caso, a abordagem da privacidade by design foi escolhida, uma vez que no projeto do 40 EM MAIO, 2014

6 sistema são aplicados processos de privacidade by design, com menos ou nenhum dado sensível em termos de privacidade. Além disso, sendo um projeto de demonstração, representa uma excelente oportunidade para a definição de medidas de preservação da privacidade no desenvolvimento da solução. No caso de uso do carregamento inteligente, podem ser encontrados os seguintes dados sigilosos: informações relativas às solicitações de carga dos condutores dos VEs, locais de carga dos VEs ao longo do tempo, planos de carga executados em combinação com os VEs correspondentes e medições de energia detalhadas nos pontos de carga em combinação com os VEs correspondentes. A aplicação de estratégias do projeto de privacidade pode melhorar a característica amigável da privacidade do resultado final. Durante a fase de concepção do projeto de demonstração, foram aplicadas as seguintes estratégias do projeto de privacidade: MINIMIZE (minimizar), SEPA- RATE (separar), AGGREGATE (agregar) e HIDE (ocultar) [7]. MINIMIZE é obtida minimizando ou até mesmo evitando o processamento e armazenamento de dados sigilosos; SEPARATE é obtida por meio da separação do processamento e armazenamento de informações entre os diferentes participantes de forma que cada um, e somente um, conheça aquilo que precisa conhecer; AGGREGATE é conseguida pela agregação de dados e seu uso em um nível menos detalhado, embora ainda sendo útil; e HIDE é obtida pela proteção de dados para evitar o acesso não autorizado. Resultados Como resultado dos métodos aplicados, foi desenvolvida uma solução de privacidade amigável para o projeto de demonstração de carregamento inteligente: os CSPs conhecem apenas a solicitação de carga de seus consumidores (condutores dos VEs), mas não as respectivas localizações; os CSOs sabem que um VE precisa ser carregado por um determinado CSP em um determinado ponto de carga, mas não sabem a qual VE/condutor de VE isso está relacionado; o OSD lida com a solicitação de carga, protegendo a rede local contra congestionamentos, sem saber a qual MAIO, 2014 EM 41

7 VEÍCULOS ELÉTRICOS Fig. 5 Representação da solução do carregamento inteligente com privacidade amigável

8 VE/condutor de VE isso está relacionado; e, por último, mas não menos importante, os pontos de carga executam as solicitações de carga, esquecendo-as posteriormente. A tabela I (pág. 40) exi - be as diferentes estratégias que foram aplicadas por função do mercado. Além das medidas de privacidade avançadas, foi implementada uma arquitetura orientada a serviços dissociada e parcialmente baseada na nuvem visando obter a flexibilidade necessária. O resultado final é apresentado na figura 5. Conclusão A introdução dos VEs gera tanto desafios quanto oportunidades. Este artigo mostrou que é possível implementar uma arquitetura TIC flexível o suficiente para lidar com as interações entre os participantes no domínio do carregamento inteligente. Além disso, ela é escalável para suportar um número crescente de VEs, CSOs e CSPs e promove a interoperabilidade entre os participantes, propiciando ao mesmo tempo a liberdade de escolha em relação às implementações de TICs internas. A aplicação da privacidade by design forneceu uma soma positiva de funcionalidade e privacidade para o caso de uso do carregamento inteligente. Ape sar de toda a TIC aplicada, o carregamento inteligente de VEs permanece tão amigável em termos de privacidade quanto no abastecimento convencional de veículos com motor de combustão. Discussão Restrições técnicas provocaram diferenças entre a concepção e a implementação real do projeto de demonstração. Por exemplo, os pontos de carga atuais da Holanda solicitam que os VEs enviem seus IDs para o ponto de carga em vez de serem baseados na privacidade avançada sugerida, ChargeSession- Id, gerada pelo CSO. Além disso, as restrições do sistema de produção do CSP levam a mudanças na implementação final. No entanto, achamos que isto não afeta o conceito esboçado de uma arquitetura TIC flexível e amigável com privacidade de dados, uma vez que as restrições podem ser devidamente abordadas em uma implementação do carregamento inteligente em larga escala. Referências [1] Geldtmeijer, Danny; Hommes, Klaas; Postma, André, 2011: Charging EVs in a liberalized electricity market. Proceedings Cired Conference, paper [2] Eurelectric, 2011: European electricity industry views on charging Electric Vehicles, A Eurelectric position paper. ht tp://w w w.eurelectric.org/media/26100/ _final_charging_statement e.pdf, chapter 2. [3] Rehtanz, Christian; Wietfeld, Christian, 2011: Presentation Interoperabilität als Schlüssel zur Integration der Elektromobilität in die Netzsysteme der Zukunft. Technische Universität Dortmund and IKT. [4] Postma, André; Klapwijk, Paul; Montes Portela, Carlos; Wollersheim, Maurice, 2012: Report Workgroup Sustainable Processes under mandate M/490, Generic use case WGSP Smart (re-/de-) Charging of EVs [5] Fries, Stefan; Hof, Hans-Joachim, 2012: Smart Grid Applications - Wiley, Communications and Security, Chapter 12 - Smart Grid Security Standardization [6] Spiekermann, Sarah; Cranor, Lorrie Faith, 2009: Engineering privacy. IEEE Transaction on Software Eng., 35(1): [7] Hoepman, Jaap-Henk, 2012: Privacy Design Strategies, Computers and Society/Cryptography and Security, Cornell University - Trabalho apresentado no Cired st International Conference on Electricity Distribution, realizado de 10 a 13 de junho, em Estocolmo, Suécia.