KI-basierte Erkennung und resiliente Vermeidung von Cyber-Angriffen und technischen Störungen bei virtuellen Kraftwerken und dezentralen Energieanlagen

Durch die erhöhte Dezentralität der Energieerzeugung wird die Aggregation von Anlagen für die zukünftige Energieversorgung immer entscheidender. Virtuelle Kraftwerke (VK) - eingebunden in das Smart Grid - gelten als zukünftige Kraftwerksstruktur, die konventionelle Großkraftwerke ablösen werden. Ein VK bezeichnet hier die Bündelung vieler dezentraler Energieerzeuger, Speicher und Verbraucher zu einem technischen System. Die Daten jeder einzelnen Anlage werden dabei in kurzem zeitlichem Abstand ermittelt und von dem VK verarbeitet.

Der Energiesektor ist verstärkt Ziel von Cyber-Angriffen und aufgrund der mit der Digitalisierung einhergehenden Verbindung der Internet- und Strominfrastruktur anfälliger als das bisherige Energieversorgungssystem. Angreifern stehen nun sowohl die Angriffsvektoren aus herkömmlichen IT-Umgebungen, wie auch energieanlagenspezifische Angriffsmöglichkeiten zur Verfügung. Die digitalen Infrastrukturen werden zunehmend komplexer und anfälliger für Cyber-Angriffe und technische Störungen, welche zur Beeinträchtigung des Betriebs bis hin zu einem teilweisen oder kompletten Ausfall der Stromversorgung führen können. Hierbei setzt ein sicherer und fahrplantreuer Betrieb eines VK auch die frühzeitige Erkennung und Planbarkeit technischer Stillstände voraus. Störungen und Angriffe müssen schnell und selbstständig identifiziert werden, Auswirkungen auf das System minimiert werden und die Fähigkeit entwickelt werden, möglichst schnell in den Normalzustand zurückzukehren.

Im SecDER-Projekt wurden daher speziell angepasste Verfahren zur Erkennung und Vermeidung von Cyber-Angriffen auf die betrachteten Systeme entwickelt und diese in Kombination mit Ansätzen zur Erkennung von technischen Störungen in ein Gesamtsystem integriert. Auch war es von besonderer Bedeutung, dass das zu entwickelnde System aufgrund der verteilten Struktur von virtuellen Kraftwerken und Energieanlagen die Möglichkeit bot, verteilte und mehrstufige Cyber-Angriffe zu erkennen und so ein ganzheitliches Lagebild der IT-Sicherheit für die betrachteten Systeme bereitzustellen.

Im vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie Klimaschutz (BMWK) geförderten Projekt wurde das SecDER-Intrusion-Detection-Systems entwickelt, dass allgemeine Daten und Kommunikationskanäle nutzt, die jede Anlage mit ihrem virtuellen Kraftwerk teilt, statt Daten aus einem spezifischen Netz und Systemen einer spezifischen Anlage. Dadurch ist die SecDER-Lösung unabhängig von jeder speziellen proprietären Technologie, spezifischer Netzwerkarchitektur oder -protokollen und abstrahiert von herstellerspezifischer Technik. Dennoch schafft es die Lösung nachweislich immer noch, Störungen zu finden. Die Forschenden haben das System im 2024 beendeten Projekt prototypisch realisiert. Jetzt soll die Lösung gemeinsam mit der Energiewirtschaft weiterentwickelt werden.