أظهر باحثون، أنه يمكن زعزعة استقرار شبكة نقل الطاقة من قبل المتسللين الذين يتلاعبون بالعدادات الذكية لخلق تذبذب في الطلب على الكهرباء.
فهم مكان نقاط ضعف الشبكة، وما تبدو عليه، هو الخطوة الأولى في تصميم آليات الحماية، كما يقول الأستاذ المساعد في الهندسة الكهربائية وعلوم الكمبيوتر إدواردو كوتيلا سانشيز في كلية الهندسة بجامعة ولاية أوريجون، الذي قاد المشروع مع طالب الدراسات العليا فلاح العنزي.
العداد الذكي، هو جهاز رقمي يجمع بيانات استخدام الكهرباء ويرسلها إلى مرفق محلي من خلال اتصال اتصالات، يمكن أن تساعد العدادات العملاء في معرفة المزيد عن استخدامهم للكهرباء، ويمكن استخدامها أيضًا لإيقاف تشغيل العملاء عن بُعد، كما هو الحال في حالة الفواتير غير المدفوعة.
تأثير الدومينو
مثل قواطع الدائرة في لوحة منزلية ، يمكن لمكونات شبكة الطاقة أن “تنطلق” وتغلق عندما يكون الطلب، أو التحميل، مرتفعًا جدًا أو يمثل مشكلة لسبب آخر، والنتيجة هي نقل الحمل إلى أجزاء أخرى من خطوط الشبكة، والتي قد يتم إغلاقها أيضًا، مما يخلق إمكانية تأثير الدومينو الذي يمكن أن يؤدي إلى انقطاع التيار الكهربائي.
في هذه الدراسة، التي تم إجراؤها مع الأستاذ المساعد بكلية الهندسة في جامعة ولاية أوهايو ، جينسوب كيم، استخدم الباحثون نموذجًا يُعرف باسم محاكي حماية شبكة النطاق الزمني لشرح كيفية التسبب في اختلاف الحمل ذهابًا وإيابًا في نمط منتظم – يُعرف باسم هجوم تذبذب الحمل – يمكن أن يضر بالإرسال.
أبعادًا جديدة لمهاجمة شبكة الطاقة
وقالت كوتيلا سانشيز: “تم إدخال تقنيات جديدة لجعل البنية التحتية للكهرباء المتقادمة أكثر كفاءة وأكثر موثوقية”. “على مستوى التوزيع ، تضمنت الترقيات أنظمة الاتصالات، وأتمتة التوزيع، وأنظمة التحكم والحماية المحلية، والبنية التحتية المتقدمة للقياس، ولكن التحديثات تقدم أيضًا أبعادًا جديدة لمهاجمة شبكة الطاقة”.
يتضمن أحد أنواع الهجمات التي أصبحت ممكنة بفضل التقنيات الجديدة اختراق البنية التحتية المتقدمة للقياس، والتي غالبًا ما يتم اختصارها باسم AMI، والتحكم في مفاتيح العدادات الذكية لإحداث تذبذبات في الحمل.
تم نشر النتائج في IEEE Access ، حيث قالت كوتيلا سانشيز: “تخيل أن تتصل بكل شخص تعرفه وتقول،” في الساعة 6 مساءً سنقوم جميعًا بإضاءة الأنوار “، “حتى لو كان لديك آلاف الأشخاص للقيام بذلك، فمن غير المرجح أن يتسبب ذلك في الكثير من عدم الاستقرار، لأن الشبكة قادرة على استيعاب تغييرات كبيرة إلى حد ما في العرض والطلب – على سبيل المثال، لا تنتج الألواح الشمسية في نهاية اليوم الكهرباء ونحن قادرون على توقع ذلك والتعويض عنه.
وتوضح “ولكن إذا قام شخص ما بتنسيق عدد كبير من العدادات الذكية عن بعد لتشغيل وإيقاف العملاء بتردد معين، فستكون هذه مشكلة.”
هذا النوع من الحوادث سيبدأ مع شخص يقوم بالاستطلاع من خلال “دس” موقعين في شبكة واستخدام المعلومات التي تم الحصول عليها لتقدير تردد التذبذب المزعزع للاستقرار في الشبكة، بعد تحديد عدادات العميل التي سيتم تشغيلها وإيقافها عند هذا التردد- أقل من 1 هرتز أو دورة في الثانية – سيكون المهاجم جاهزًا لشن هجوم، وبالمقارنة، لا يحتاج الهجوم إلى عدة أمتار.
عدم استقرار الشبكة
وقالت كوتيلا سانشيز : “لقد وضعنا عملنا جنبًا إلى جنب مع دراسات الشبكة الحديثة ذات الصلة، ووجدنا أن هجومًا جيد الصنع يمكن أن يتسبب في عدم استقرار الشبكة بينما ينطوي على أقل من 2٪ من حمل النظام”، وأضافت أن النتائج، في حين أنها مقلقة، توفر نقطة انطلاق لمشغلي الشبكة لتطوير إجراءات مضادة.
وأوضحت “على سبيل المثال، إذا اكتشفوا هذا النوع من التذبذب على جانب التحميل، فيمكنهم إخراج الخطين A وB من الخدمة، وتعمد إبطاء المنطقة المتضررة، وبالتالي تجنب انتشار عدم الاستقرار إلى منطقة أوسع من الشبكة”.
تغيير محفظة التوليد
قد يكون الحل الآخر، الذي يمكن أن يكون مكملاً، هو تغيير محفظة التوليد بدرجة كافية – على سبيل المثال، تقليص بعض توليد طاقة الرياح أثناء تكثيف بعض توليد الطاقة المائية – وبالتالي فإن الاستجابة الديناميكية الشاملة تختلف عما تم تصميم الهجوم من أجله، وبالتالي فإن التأثير سيكون أصغر ولن يكون كافيًا لقلب النظام”.
وقالت سانشيز، إن كلتا الطريقتين ستتطلبان المزيد من البحث والتطوير لتكون بمثابة آلية فعالة للحماية، “لكن فهم طبيعة الهجمات المحتملة التي يمكنني القول أنها بداية جيدة”.
