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), 36-43.
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:
www.tue.nl/taverne
Take down policy
If you believe that this document breaches copyright please contact us at:
openaccess@tue.nl
A
implementação das infraestru-turas de carregamento de veícu-los elétricos (VEs) é uma tarefa complexa, haja vista a necessidade de otimização de objetivos conflitantes. A principal meta é maximizar a con-veniência do condutor do VE para uti-lizar a infraestrutura de carregamento disponível e a capacidade da rede local da forma mais eficiente possível.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 corresponden-tes aos VEs durante o período de recarga. O Operador do Sistema de Dis -tribuição (OSD) pode evitar tais proble-mas 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 inte-ligente representa uma estratégia pro-missora (ou seja, pela limitação dos investimentos relacionados à capacida-de extra da recapacida-de). No entanto, a imple-mentação do carregamento inteligente em um contexto liberalizado requer uma interação e troca de informações correspondentes entre OSDs, pontos de carga, VEs, condutores de VEs, forne-cedores de energia e, possivelmente, novos participantes/funções do merca-do (entres estes, um provemerca-dor de servi-ços de carregamento (CSP - Charge
Tecnologia da
informação e
comunicação
para recarga
inteligente
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.
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
VEÍCULOS ELÉTRICOS
Service Provider), que lida com o aten-dimento à solicitação de carga do con-dutor do VE, e um operador dos pontos de carga (CSO Charge Spot Opera -tor), que lida com a operação dos pon-tos de carga).
Sem adoção de medidas, pontos de carga de VEs podem ser derivados ao longo do tempo. Se estes locais pude-rem ser associados aos condutores dos VEs, isso representaria uma fonte de dados sensíveis em termos de privacida-de, uma vez que revelaria a posição des-tes. 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 con-ceito do carregamento inteligente. Além disso, o interesse dos hackers e grupos comerciais nos dados sigilosos
aumenta a probabi-lidade de divulgação. Pa ra lidar com essas questões, a privaci-dade e a segurança devem ser conside-radas desde o início (privacidade e segu-rança by design). Este trabalho foca principalmente as -pectos de privacidade. O fato de o mo -delo de mercado pro posto para o car-regamento público de VEs ainda estar em fase de evolução requer uma ar-quitetura de Tecnologia da Informa-ção e ComunicaInforma-ção (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 servi-ços de carregamento” visando o alinha-mento com os esforços de padronização da Europa sobre carregamento de VEs e, mais especificamente, com o caso de uso genérico sobre carregamento inteli-gente de VEs [4], para o qual o projeto
de demonstração de carregamento inte-ligente 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 carre-gamento inteligente de VEs. Além disso, são apresentados os métodos uti-lizados no projeto de demonstração da Enexis para implementação de uma arquitetura TIC que considera requisi-tos relacionados à flexibilidade e priva-cidade 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 figu-ra 3 em um diagfigu-rama 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 carre-gamento para o respectivo CSP, incluin-do informações como o estaincluin-do da carga (SoC - State of Charge) da bateria, mon-tante 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 discrimina-tória (Frand - Fair, Reasonable And Non-Discriminatory). Se estiver de acordo com as restrições da rede local, o plano de carga é executado. Do contrá-rio, o plano de carga pode ser recalcula-do de acorrecalcula-do com as informações rece-bidas 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. Fig. 1 – Problemas técnicos relacionados ao
carregamento de VEs em larga escala descontrolado
Requisitos de flexibilidade e métodos aplicados
A flexibilidade no domínio do carre-gamento 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 intro-dução de novos participantes, os fluxos de informações que facilitam o carrega-mento inteligente de VEs precisam ser projetados de forma independente do participante. Essas interfaces de informa-ções não podem impor quaisquer barrei-ras para os (novos) participantes do mer-cado, 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 inteli-gente e software correspondente preci-sam saber interagir com os diferentes participantes. Exemplos des ses compo-nentes são: pontos de carga, VEs, dispo-sitivos de interação com o usuário do VE e dispositivos das TICs internas às subes-tações MT/BT do OSD. Dessa forma, os fabricantes têm flexibilidade para fazer suas próprias es colhas da TIC (por exem-plo, Java vs. .Net, tipo de ban co de dados relacional, arquiteturas centralizadas ou menos cen tralizadas, data centers pró-prios 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 parti-cipantes do mercado, como CSPs, CSOs e condutores de VEs, deve aumentar no futuro, a arquitetura TIC para carrega-mento 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 solu-ções TIC para sua interação com o CSO 1 e CSO 2. A entrada do CSO 3 no mer-cado poderia gerar mudanças em todos os CSPs existentes. Como solução, um conjunto de serviços da Web foi projeta-do e implementaprojeta-do. Basica men te, os ser-viços Web permitem uma abordagem agnóstica da tecnologia para intercâmbio de informações via Internet. Isso é feito
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 proje-tados: create EVChar gePlan (“criar um pla no de carga para o VE”) entre CSP e CSO para executar o plano de car-ga apropriado; executeEVChargePlans
VEÍCULOS ELÉTRICOS
Fig. 3 – Diagrama do caso de uso UML do carregamento inteligente
(“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 dese-jo 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 lingua-gens WSDLs - Web Services Descrip tion Language, que possibilitam definir um “contrato” entre todos os participantes envolvidos, estabelecendo quais infor-mações 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 61400-25, 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 separa-das: 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 carregamen-to inteligente não estarem relacionados à privacidade, a OSD Enexis aproveitou a oportunidade para obter experiência prá-tica 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 pro-jeto da privacidade de uma solução: pri-vacidade por política e pripri-vacidade por arquitetura (atualmente referida como privacidade by design). Neste caso, a abordagem da privacidade by design foi escolhida, uma vez que no projeto do
sistema são aplicados processos de pri-vacidade by design, com menos ou nenhum dado sensível em termos de pri-vacidade. Além disso, sendo um projeto de demonstração, representa uma exce-lente 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 correspon-dentes e medições de energia detalhadas nos pontos de carga em combinação com os VEs correspondentes. A aplica-ção de estratégias do projeto de privaci-dade pode melhorar a característica ami-gável da privacidade do resultado final. Durante a fase de concepção do projeto de demonstração, foram aplicadas as seguintes estratégias do projeto de priva-cidade: MINIMIZE (minimizar), SEPA-RATE (separar), AGGREGATE (agre-gar) e HIDE (ocultar) [7]. MINIMIZE é obtida minimizando ou até mesmo evitando o processamento e armazena-mento de dados sigilosos; SEPARATE é obtida por meio da separação do pro-cessamento e armazenamento de infor-mações entre os diferentes participan-tes de forma que cada um, e somente um, conheça aquilo que precisa conhe-cer; AGGREGATE é conseguida pela agregação de dados e seu uso em um nível menos detalhado, embora ainda sendo útil; e HIDE é obtida pela prote-ção de dados para evitar o acesso não autorizado.
Resultados
Como resultado dos métodos aplica-dos, foi desenvolvida uma solução de privacidade amigável para o projeto de demonstração de carregamento inteli-gente: os CSPs conhecem apenas a soli-citação de carga de seus consumidores (condutores dos VEs), mas não as res-pectivas 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 relaciona-do; o OSD lida com a solicitação de carga, protegendo a rede local contra congestionamentos, sem saber a qual
VE/condutor de VE isso está relaciona-do; e, por último, mas não menos impor-tante, 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 arqui-tetura orientada a serviços dissociada e parcialmente baseada na nuvem visando obter a flexibilidade necessária. O resul-tado final é apresenresul-tado na figura 5. Conclusão
A introdução dos VEs gera tanto desafios quanto oportunidades. Este artigo mostrou que é possível imple-mentar 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 nú-mero crescente de VEs, CSOs e CSPs e promove a interoperabilidade entre os participantes, propiciando ao mesmo tempo a liberdade de escolha em
rela-ção às implementações de TICs internas. A aplicação da privacidade by design forneceu uma soma positiva de funcio-nalidade e privacidade para o caso de uso do carregamento inteligente. Ape sar de toda a TIC aplicada, o carregamento inteligente de VEs permanece tão ami-gável em termos de privacidade quanto no abastecimento convencional de veí-culos com motor de combustão. Discussão
Restrições técnicas provocaram dife-renças entre a concepção e a implemen-tação 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 privacida-de 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 flexí-vel e amigáflexí-vel com privacidade de
dados, uma vez que as restrições podem ser devidamente abordadas em uma implementação do carregamento inteli-gente em larga escala.
Referências
[1] Geldtmeijer, Danny; Hommes, Klaas; Postma, André, 2011:
Charging EVs in a liberalized electricit y market. Proceedings
Cired Conference, paper 0889.
[2] Eurelectric, 2011: European electricit y industr y views on
charging Electric Vehicles, A Eurelectric position paper.
h t t p : / / w w w. e u r e l e c t r i c . o r g / m e d i a / 2 6 1 0 0 / 2 0 1 1 0 4 -18_final_charging_statement-2011-030-0288-01-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 Dor tmund and IKT.
[4] Postma, André; Klapwijk, Paul; Montes Por tela, Carlos; Wollersheim, Maurice, 2012: Repor t Workgroup Sustainable Processes under mandate M/490, Generic use case WGSP-1300 Smar t (re-/de-) Charging of EVs
[5] Fries, Stefan; Hof, Hans-Joachim, 2012: Smar t Grid
Applications - Wiley, Communications and Securit y, Chapter 12 - Smar t Grid Securit y Standardization
[6] Spiekermann, Sarah; Cranor, Lorrie Faith, 2009: Engineering
privacy. IEEE Transaction on Soft ware Eng., 35(1):67–82.
[7] Hoepman, Jaap-Henk, 2012: Privacy Design Strategies, Computers and Societ y/Cr yptography and Securit y, Cornell Universit y - ht tp://arxiv.org/pdf/1210.6621.pdf
Trabalho apresentado no Cired 2013 - 22st International Conference on Electricity Distribution, realizado de 10 a 13 de junho, em Estocolmo, Suécia.
