Developmen of a smart metering unit designed to identify energy theft on distribution networks

Abstract

En la última década las tecnologías de medición inteligente se han hecho presentes en las redes de distribución. En específico las tecnologías de medición inteligente han sido instaladas para permitir el monitoreo de la energía y ejecución de servicios de valor añadido por medio de redes de comunicación. Por otro lado, en los últimos años ha surgido el interés sobre la privacidad de datos y asuntos relacionados con la seguridad cibernética de estos dispositivos. Las cuestiones de privacidad de datos y la necesidad de elevar la eficiencia energética han hecho que los medidores inteligentes sean un tema de controversia, entre otras, debido a nuevas aplicaciones basadas en la minería de datos y posibles escenarios de ataque que han sido expuestos año tras año. En esta tesis se presenta el diseño y desarrollo de un dispositivo de medición inteligente, el cual desde su planeación incluyó mecanismos para cuidar la seguridad de la información y permitir la detección del robo de energía mediante la inclusión de hardware específico. El prototipo implementado cumple con el estándar IEEE 1459, que se utiliza para cuantificar los efectos de las cargas no lineales en sistemas de medición residenciales. También cumple con los requerimientos de la clase “M” para la operación en estado estable de una unidad de medición fasorial (IEEE C37.118) mediante la inclusión de una unidad receptora de GPS. El dispositivo cumple parcialmente con el estándar IEEE 802.15.4g, este estándar está diseñado para regular la comunicación inalámbrica en redes de medición inteligente. Sin embargo, los límites de comunicación inalámbrica fueron excedidos con la finalidad de permitir las comunicaciones basadas en TCP/IP. Desde el punto de vista de la seguridad, este dispositivo implementa Transport Layer Security (TLS) basado en el uso de AES-128. También cuenta con mecanismos de protección de credenciales de seguridad almacenadas en el dispositivo, mediante la inclusión de una Physically Unclonable Function (PUF). Finalmente, las características anteriormente mencionadas fueron fusionadas para desarrollar una unidad de medición de inteligente que sea capaz de identificar y cuantificar el robo de energía. El algoritmo propuesto emplea la descomposición armónica en tiempo real para realizar un balance de corrientes basado en el principio de Kirchhoff entre los medidores instalados en el lado del usuario y un agente observador ubicado en transformador de distribución. El algoritmo propuesto vii fue probado considerando un conjunto de escenarios donde se realiza el análisis de patrones de consumo a lo largo de varios días. Los resultados obtenidos muestran que es posible identificar a los medidores alterados.