DE102011083862A1

DE102011083862A1 - Method for determining manipulations on an energy meter

Info

Publication number: DE102011083862A1
Application number: DE102011083862A
Authority: DE
Inventors: Rainer Falk
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2011-09-30
Filing date: 2011-09-30
Publication date: 2013-04-04
Also published as: WO2013045287A1

Abstract

Verfahren zur Ermittlung von Manipulationen an einer Energieverbrauchsmesseinrichtung Aufgrund ständig steigender Energieverbrauchspreise, besteht ein hoher Anreiz zur Manipulation von Energieverbrauchszählern. Hierzu werden beispielsweise physikalische Manipulationen an der Verkabelung eines Smart Meters oder an den Versorgungs-Leitungen (Gas, Wasser, Wärme) eines Smart Meters vorgenommen. Die Erfindung schlägt ein Smart Meter vor, bei dem anhand eines reflektierten Prüfsignals derartige Manipulationen erkannt werden.Method for detecting manipulation of an energy metering device Due to constantly increasing energy consumption prices, there is a high incentive to manipulate energy meters. For this purpose, for example, physical manipulations are made to the wiring of a smart meter or to the supply lines (gas, water, heat) of a smart meter. The invention proposes a smart meter in which such manipulations are detected on the basis of a reflected test signal.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung von Manipulationen an einer Energieverbrauchsmesseinrichtung.The present invention relates to a method and a device for detecting manipulations on an energy meter.

Smart Meter werden üblicherweise elektronische Energiezähler genannt, die über die reine Verbrauchsmessung hinaus mit zusätzlichen Funktionen ausgestattet sind. Smarte Messgeräte können neben der verbrauchten Energiemenge beispielsweise die Verbrauchszeiträume messen, speichern und diese Daten an Kunden oder Dritte kommunizieren.Smart meters are usually called electronic energy meters, which are equipped with additional functions in addition to pure consumption measurement. In addition to the amount of energy consumed, smart meters can, for example, measure the consumption periods, store them and communicate these data to customers or third parties.

Ein Smart Meter aus dem Stand der Technik ist in 1 dargestellt. Das Smart Meter verfügt über Anschlüsse 101, 102 (E-IF-int, E-IF-ext), an die ein Energietransportträger 103, 104 (Stromkabel, Wasserrohr, Gasleitung etc.) anschließbar ist. Das Energie-führende, zu messende Medium (Strom, Wasser, Gas, Wärme) wird durch das Smart Meter geführt und durch einen oder mehrere Sensoren 105 werden Messgrößen wie Strom, Spannung oder Massefluss gemessen. Diese werden einer Steuereinheit 106 zugeführt und in digitalisierter Form durch ein im Speicher 107 enthaltenes Steuerprogramm bearbeitet. Daraus werden Energieverbrauchswerte ermittelt, beispielsweise kW/h (Strom, Gas), Liter (Wasser). Diese Energieverbrauchswerte werden im Speicher 107 abgelegt. Sie werden auf einem üblicherweise vorhandenen Anzeige 108 angezeigt. Auch kann eine Datenschnittstelle 109 vorgesehen sein, um die erfassten Energieverbrauchswerte an ein Auslesegerät oder über eine Kommunikationsverbindung, wie beispielsweise Internet, Mobilfunknetz oder Power Line Communication, an einen Server zu übertragen.A smart meter of the prior art is in 1 shown. The smart meter has connections 101 . 102 (E-IF-int, E-IF-ext) to which an energy carrier 103 . 104 (Power cable, water pipe, gas pipe, etc.) can be connected. The energy-carrying medium to be measured (electricity, water, gas, heat) is passed through the smart meter and through one or more sensors 105 Measurements such as current, voltage or mass flow are measured. These become a control unit 106 supplied and digitized by a in memory 107 edited control program edited. From this energy consumption values are determined, for example kW / h (electricity, gas), liters (water). These energy consumption values are stored in memory 107 stored. They will appear on a standard ad 108 displayed. Also, a data interface 109 be provided to transmit the recorded energy consumption values to a reader or via a communication link, such as the Internet, mobile network or power line communication to a server.

Aufgrund ständig steigender Energieverbrauchspreise, besteht ein hoher Anreiz zur Manipulation von Energieverbrauchszählern. Hierzu wird beispielsweise auf der Energie zuführenden Seite vor Eintritt in den Energieverbrauchszähler Strom, Wasser oder Gas ausgekoppelt und nach Austritt aus dem Energieverbrauchszähler wieder eingekoppelt.Due to constantly increasing energy consumption prices, there is a high incentive to manipulate energy consumption meters. For this purpose, power, water or gas is coupled out, for example, on the energy-supplying side before entering the energy consumption meter and coupled in again after leaving the energy consumption meter.

Somit ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Energieverbrauchszähler zu schaffen, der gegen derartige Manipulationen geschützt ist.Thus, the object of the present invention is to provide a power meter which is protected against such manipulation.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Vorrichtung mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a method and an apparatus having the features of claims 1 and 6. Advantageous embodiments of the invention are specified in the dependent claims.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Ermittlung von Manipulationen an einer Vorrichtung zur Messung eines Energieverbrauchs ist die Vorrichtung über Energietransportträger mit Energieerzeugern und Energieverbrauchern verbunden. Ein verbundener Energietransportträger wird mit einem Prüfsignal beaufschlagt wird und ein reflektiertes Prüfsignal gemessen. Das reflektierte Prüfsignal wird mit einem gespeicherten Referenzsignal verglichen. Bei einer vorgebbaren Abweichung zwischen reflektiertem Prüfsignal und gespeichertem Referenzsignal wird eine Manipulationswarnaktion ausgelöst.In the inventive method for determining manipulations on a device for measuring energy consumption, the device is connected to energy producers and energy consumers via energy transport carriers. A connected energy transport carrier is subjected to a test signal and a reflected test signal is measured. The reflected test signal is compared with a stored reference signal. With a predefinable deviation between the reflected test signal and the stored reference signal, a manipulation warning is triggered.

Das für die Prüfung eines reflektierten Prüfsignals verwendete Referenzsignal kann fest vorgegeben sein oder konfigurierbar (”anlernbar”) sein. Hierzu wird das Referenzsignal beispielsweise bei der Installation des Smart Meters durch dieses erfasst und gespeichert. Dazu muss das Smart Meter durch einen Wartungstechniker in einen Service-Modus oder Installations-Modus versetzt werden, beispielsweise durch eine Authentisierung des Wartungstechnikers.The reference signal used to test a reflected test signal may be fixed or configurable ("teachable"). For this purpose, the reference signal is, for example, during the installation of the smart meter detected by this and stored. For this purpose, the smart meter must be set by a service technician in a service mode or installation mode, for example by an authentication of the maintenance engineer.

Als Prüfsignal eignet sich beispielsweise

– Sinuswelle, Impuls, Rechtecksignal, Sägezahnsignal (ggf. mit modulierter Frequenz),
– ein moduliertes, codiertes Signal, bei dem anstatt eines Nutzsignals ein fester Wert, ein Zufallswert oder ein Zählwert übertragen wird,
– ein Rauschsignal.

As a test signal is suitable, for example

- sine wave, pulse, square wave signal, sawtooth signal (possibly with modulated frequency),
A modulated, coded signal in which instead of a useful signal a fixed value, a random value or a count value is transmitted,
- a noise signal.

Durch die Erfindung kann eine physikalische Manipulation an der Verkabelung eines Smart Meters bzw. an den Versorgungs-Leitungen (Gas, Wasser, Wärme, ...) eines Smart Meters erkannt werden. Auch wird erkannt, wenn ein Smart Meter ummontiert wird, d. h. mit einer gänzlich anderen Verkabelung verbunden wird. Eine Manipulation am Energietransport-Träger (Stromkabel, Wasserrohr o. ä.) zum Energiediebstahl gegenüber dem Energieanbieter, wie das Abzweigen vor der Messeinrichtung, oder gegenüber anderen legal bezahlenden Energiekunden, das Abzweigen nach einer Messeinrichtung eines Mitbewohners, kann somit erkannt werden.By the invention, a physical manipulation of the wiring of a smart meter or on the supply lines (gas, water, heat, ...) of a smart meter can be detected. It is also recognized when a smart meter is remounted, i. H. is connected to a completely different wiring. A manipulation of the energy transport carrier (power cable, water pipe o. Ä.) For energy theft against the energy provider, such as the branches before the metering device, or against other legally paying energy customers, the branches after a metering device of a roommate, can thus be detected.

In einer Ausgestaltung ist die Manipulationswarnaktion ein Fehlereintrag in einen Speicher, eine Fehlermeldung an einen Empfänger oder ein akustischer und/oder optischer Fehleralarm.In one embodiment, the manipulation warning is an error entry in a memory, an error message to a receiver or an acoustic and / or optical error alarm.

In einer Ausgestaltung der Erfindung wird an einem ersten verbundenen Energietransportträger das Prüfsignal beaufschlagt und an einem weiteren verbundenen Energietransportträger das reflektierte Prüfsignal gemessen. Dies eignet sich beispielsweise für die 3 Phasen eines Drehstromanschlusses.In one embodiment of the invention, the test signal is applied to a first connected energy transport carrier and the reflected test signal is measured on a further connected energy transport carrier. This is suitable, for example, for the three phases of a three-phase connection.

In einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird das reflektierte Prüfsignal mit dem gespeicherten Referenzsignal mit Hilfe einer Korrelationsfunktion verglichen.In one embodiment of the present invention, the reflected test signal is compared with the stored reference signal by means of a correlation function.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Messung eines Energieverbrauchs ist über Energietransportträger mit Energieverbrauchern verbunden. Die Vorrichtung weist auf:

– einen Prüfsignalgenerator zur Beaufschlagung von verbundenen Energietransportträgern mit einem Prüfsignal,
– einen Prüfsignalsensor zur Messung eines reflektierten Prüfsignals,
– einer Steuereinheit verbunden mit dem Prüfsignalgenerator und dem Prüfsignalsensor eingerichtet zum Vergleich des reflektierten Prüfsignals mit einem gespeicherten Referenzsignal und zum Auslösen einer Manipulationswarnaktion bei einer vorgebbaren Abweichung zwischen reflektiertem Prüfsignal und gespeichertem Referenzsignal.

The inventive device for measuring energy consumption is about Energy carrier associated with energy consumers. The device comprises:

A test signal generator for acting on connected energy transport carriers with a test signal,
A test signal sensor for measuring a reflected test signal,
- A control unit connected to the Prüfsignalgenerator and the Prüfsignalsensor arranged to compare the reflected test signal with a stored reference signal and to trigger a Manipulationswarnaktion at a predetermined deviation between the reflected test signal and the stored reference signal.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Ausführungsbeispielen anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigenThe present invention will be explained in more detail below with exemplary embodiments with reference to the figures. Show it

1 eine schematische Darstellung eines Energieverbrauchszählers nach dem Stand der Technik, 1 a schematic representation of a power meter according to the prior art,

2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Energieverbrauchszählers, 2 a schematic representation of an energy consumption meter according to the invention,

3 ein Signaldiagramm eines ersten reflektierten Prüfsignals, 3 a signal diagram of a first reflected test signal,

4 ein Signaldiagramm eines zweiten reflektierten Prüfsignals. 4 a signal diagram of a second reflected test signal.

Die 2 zeigt ein erfindungsgemäßes Smart Meter. Zur Vermeidung von Wiederholungen sind gleiche Funktionselemente mit den Bezugszeichen aus 1 gekennzeichnet. Das Smart Meter verfügt über Anschlüsse 101, 102 (E-IF-int, E-IF-ext), an die ein Energietransportträger 103, 104 (Stromkabel, Wasserrohr, Gasleitung etc.) anschließbar ist. Das Energie-führende, zu messende Medium (Strom, Wasser, Gas, Wärme) wird durch das Smart Meter geführt und durch einen oder mehrere Sensoren 105 werden Messgrößen wie Strom, Spannung oder Massefluss gemessen. Diese werden einer Steuereinheit 106 zugeführt und in digitalisierter Form durch ein im Speicher 107 enthaltenes Steuerprogramm bearbeitet. Daraus werden Energieverbrauchswerte ermittelt, beispielsweise kW/h (Strom, Gas), Liter (Wasser). Diese Energieverbrauchswerte werden im Speicher 107 abgelegt. Sie werden auf einem üblicherweise vorhandenen Anzeige 108 angezeigt. Auch kann eine Datenschnittstelle 109 vorgesehen sein, um die erfassten Energieverbrauchswerte an ein Auslesegerät oder über eine Kommunikationsverbindung, wie beispielsweise Internet, Mobilfunknetz oder Power Line Communication, an einen Server zu übertragen.The 2 shows a smart meter according to the invention. To avoid repetition, the same functional elements are denoted by the reference numerals 1 characterized. The smart meter has connections 101 . 102 (E-IF-int, E-IF-ext) to which an energy carrier 103 . 104 (Power cable, water pipe, gas pipe, etc.) can be connected. The energy-carrying medium to be measured (electricity, water, gas, heat) is passed through the smart meter and through one or more sensors 105 Measurements such as current, voltage or mass flow are measured. These become a control unit 106 supplied and digitized by a in memory 107 edited control program edited. From this energy consumption values are determined, for example kW / h (electricity, gas), liters (water). These energy consumption values are stored in memory 107 stored. They will appear on a standard ad 108 displayed. Also can be a data interface 109 be provided to transmit the recorded energy consumption values to a reader or via a communication link, such as the Internet, mobile network or power line communication to a server.

Zusätzlich weist das Smart Meter in 2 einen Prüfsignalgenerator 110 (PSG) auf, der mit der Steuereinheit 106 verbunden und von dieser angesteuert wird. Der Prüfsignalgenerator generiert ein Prüfsignal und beaufschlagt in diesem Ausführungsbeispiel an der Schnittstelle 102 den Energietransportträger mit dem Prüfsignal. Das Prüfsignal ist beispielsweise als elektrischer Impuls/Schwingung/Rauschen oder als mechanischer Impuls/Schwingung/Rauschen ausgebildet.In addition, the smart meter points in 2 a test signal generator 110 (PSG) connected to the control unit 106 connected and controlled by this. The test signal generator generates a test signal and acts in this embodiment on the interface 102 the energy carrier with the test signal. The test signal is designed, for example, as an electrical pulse / vibration / noise or as a mechanical pulse / vibration / noise.

Zudem weist das Smart Meter einen Prüfsignalsensor 111 (PSS) auf, der das reflektierte Signal in diesem Ausführungsbeispiel an der Schnittstelle 102 erfasst und der verbundenen Steuereinheit zur Auswertung zuführt. Insbesondere an Knickstellen oder Abzweigungen der Energietransportträgers oder weiteren damit verbundenen Komponenten wird das Prüfsignal reflektiert und führt zu einer erhöhten Signalstärke an der jeweiligen zeitlichen Stelle des von dem Prüfsignalsensor 111 gemessenen Signals. So ist bei unveränderter Konstellation des Energietransportträgers zu erwarten, dass ein reflektiertes Signal eine typische Charakteristik (Form, Frequenzspektrum) aufweist und dem Referenzsignal entspricht. Bei einer physikalischen Manipulation am Energietransportträger, wie beispielsweise Anbohren oder Anbringen einer zusätzlichen Komponente, wird diese Charakteristik verändert. Insbesondere an den durch die Manipulation verursachten Unregelmäßigkeiten in der physikalischen Struktur des Energietransportträgers werden zusätzliche Reflektionen auftreten, oder andere, vorher vorhandenen Reflektionen ausgelöscht.In addition, the smart meter has a test signal sensor 111 (PSS), the reflected signal in this embodiment at the interface 102 detected and fed to the connected control unit for evaluation. In particular, at kinks or branches of the energy transport carrier or other associated components, the test signal is reflected and leads to an increased signal strength at the respective time point of the test signal sensor 111 measured signal. Thus, with an unchanged constellation of the energy transport carrier, it can be expected that a reflected signal has a typical characteristic (shape, frequency spectrum) and corresponds to the reference signal. In a physical manipulation of the energy transport carrier, such as drilling or attaching an additional component, this characteristic is changed. In particular, caused by the manipulation irregularities in the physical structure of the energy transport carrier additional reflections will occur, or other, previously existing reflections extinguished.

Die Steuereinheit 106 ermittelt durch einen Vergleich mit einem gespeicherten, erwarteten Referenzsignal Abweichungen des reflektierten Signals und kann somit derartige Manipulation zuverlässig detektieren.The control unit 106 determined by a comparison with a stored, expected reference signal deviations of the reflected signal and thus can reliably detect such manipulation.

Eine entsprechende Prüfung kann auch an einem anderen oder weiteren Energietransport-Schnittstellen vorgesehen sein. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird das Prüfsignal an einer ersten Schnittstelle beaufschlagt und das reflektierte Signal an einer zweiten Schnittstelle gemessen.A corresponding test can also be provided at another or further energy transport interfaces. According to a further embodiment of the present invention, the test signal is applied to a first interface and the reflected signal measured at a second interface.

Weiterhin können Filter oder sonstige Unterbrechungen vorgesehen sein, um eine Übertragung des Prüfsignals über einen bestimmten Ort des Energietransportträgers hinaus zu dämpfen oder zu verhindern.Furthermore, filters or other interruptions may be provided to attenuate or prevent transmission of the test signal beyond a particular location of the energy transport carrier.

Die 3 zeigt das nach Aussenden eines Prüfsignalimpulses gemessene reflektierte Signal. Es sind drei Reflektionen im dargestellten Zeitbereich erkennbar, denen ein korrespondierender Entfernungsbereich entspricht. Dieses Signal ist für dieses Ausführungsbeispiel das Referenzsignal.The 3 shows the reflected signal measured after transmission of a test signal pulse. There are three reflections in the illustrated time range recognizable, which corresponds to a corresponding distance range. This signal is the reference signal for this embodiment.

Die 4 zeigt ein reflektiertes Signal, bei dem im Vergleich zum Referenzsignal aus 3 eine zusätzliche Reflektion enthalten ist. Daher kann vermutet werden, dass eine physikalische Veränderung an dem entsprechenden Abschnitt des Energietransportträgers vorhanden ist. Anhand der Laufzeit-Verzögerung td kann auch die Entfernung zur Reflektionsstelle abgeschätzt werden.The 4 shows a reflected signal in which compared to the reference signal 3 an additional reflection is included. Therefore, it can be presumed that there is a physical change at the corresponding portion of the energy transport carrier. Based on the transit time delay td, the distance to the reflection point can also be estimated.

Bei einer angenommenen Ausbreitungsgeschwindigkeit vm im Energietransportmedium von vm = 200.000.000 m/s und einer Verzögerung td = 3,7ns (27·10^ – 9 s) ergibt sich eine Schätzung der Entfernung d von
d = ½·vm·td = 0,37 m (Faktor ½ wegen Hin- und Rückrichtung).Assuming a propagation velocity vm in the energy transport medium of vm = 200,000,000 m / s and a delay td = 3,7 ns (27 · 10 ^ - 9 s), an estimate of the distance d of
d = ½ · vm · td = 0.37 m (factor ½ due to back and forth direction).

Es kann also eine Manipulation an dem Energietransportträger vermutet werden, die sich in einer Entfernung von ca. 0,37 m vom Energiemessgerät befindet.Thus, a manipulation of the energy transport carrier can be suspected, which is located at a distance of about 0.37 m from the energy meter.

Neben elektrischen Signalen, die sich schnell ausbreiten, können auch andere Signale, insbesondere akustische Signale bzw. mechanische Schwingungen verwendet werden. Durch die relativ geringe Ausbreitungsgeschwindigkeit kann der messtechnische Aufwand gering gehalten werden.In addition to electrical signals that spread quickly, other signals, in particular acoustic signals or mechanical vibrations can be used. Due to the relatively low propagation speed of the metrological effort can be kept low.

Es ist jedoch auch möglich, einen Abschnitt zu überwachen, der mehrere Reflektionen aufweist, um so beispielsweise eine Manipulation an einer Hausverkabelung eines Mehrfamilienhauses zwischen dem Stromzählers einer Wohnung im Keller und dem Sicherungskasten/Anschlusskasten in der Wohnung zu erkennen.However, it is also possible to monitor a section that has multiple reflections, so as to detect, for example, a manipulation of a house wiring of a multi-family house between the electricity meter of a flat in the basement and the fuse box / junction box in the apartment.

Zudem ist es möglich, speziell nur den Zeitbereich auszuwerten, der einen Entfernungsbereich bis zu einer ersten, bekannten Soll-Reflektion bzw. bis zu einer maximalen Entfernung umfasst.In addition, it is possible to evaluate specifically only the time range, which includes a distance range up to a first known target reflection or up to a maximum distance.

Neben der Messung des auf einen ausgesendeten Puls reflektierten Signals kann auch ein anderes Testsignal ausgesendet werden, beispielsweise ein Rechtecksignal. Es kann auch ein Rauschsignal ausgesendet werden, beispielsweise weißes Rauschen. Anhand des gemessenen Frequenzspektrums kann beispielsweise mittels einer Fourier-Transformation auf die Impulsantwort geschlossen werden.In addition to the measurement of the signal reflected on a transmitted pulse, another test signal can also be transmitted, for example a rectangular signal. It can also be emitted a noise signal, such as white noise. Based on the measured frequency spectrum can be concluded, for example by means of a Fourier transform on the impulse response.

Bei den verwendeten Messverfahren kommt es insbesondere darauf an, eine Veränderung des reflektierten Signals, die bei einer physikalischen Manipulation zu erwarten ist, zu erkennen. Eine exakte Messung ist dabei in der Regel nicht erforderlich.In the case of the measuring methods used, it is particularly important to detect a change in the reflected signal which is to be expected during a physical manipulation. An exact measurement is usually not required.

Ein erfindungsgemäßes Smart Meter kann an unterschiedlichen Stellen eingesetzt werden. Neben einer Anwendung bei Endverbrauchern kann sie auch an Energieverteilknoten (Sub-Station, Trafohäuschen) vorgesehen sein. In einer Variante können auch mehrere erfindungsgemäße Smart Meter eine gemeinsame Überwachung realisieren, indem sie die von einem oder mehreren anderen Smart Metern ausgesendete Prüfsignale überwachen.An inventive smart meter can be used at different locations. In addition to an application with end users, it can also be provided to energy distribution nodes (sub-station, transformer cabin). In one variant, several smart meters according to the invention can realize a common monitoring by monitoring the test signals emitted by one or more other smart meters.

Claims

Method for determining manipulations on a device for measuring energy consumption, which is connected via energy transport carriers to energy producers and energy consumers, in which - a connected energy transport carrier is subjected to a test signal, - a reflected test signal is measured, The reflected test signal is compared with a stored reference signal, - When a predetermined deviation between reflected test signal and stored reference signal, a manipulation is triggered.

The method of claim 1, wherein the Manipulationswarnaktion is an error entry in a memory, an error message to a receiver or an acoustic and / or optical error alarm.

The method of claim 1, wherein the test signal is configured as an electrical, mechanical or optical signal.

The method of claim 1, wherein The test signal is applied to a first connected energy transport carrier, - The reflected test signal is measured at a further connected energy transport carrier.

The method of claim 1, wherein the reflected test signal is compared with the stored reference signal by means of a correlation function.

A device for measuring energy consumption, which is connected via energy transport carriers with energy consumers, comprising A test signal generator for acting on connected energy transport carriers with a test signal, A test signal sensor for measuring a reflected test signal, - A control unit connected to the Prüfsignalgenerator and the Prüfsignalsensor arranged for comparing the reflected test signal with a stored reference signal and for triggering a Manipulationswarnaktion at a predetermined deviation between the reflected test signal and the stored reference signal.