TEPCO IEC, Inc. · 2018～Next Gen. SCADA ～2017 ～2010s ～1970s....

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ＴＥＰＣＯＩＥＣ株式会社

© 2017 TEPCO IEC,Inc.

TEPCO IEC, Inc.

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安定した電力供給への取組み

3

2014～

1.1. 系統の増強と高度化の歴史

May 2017

2018～ Next Gen. SCADA

～2017～2010s～1970s

電力需要の増大とともにSCADAを進化させてきました。

SCADAの開発は一貫してTEPCOが主体となって仕様を定義してきました。

Next Gen. SCADAでは全ての要求仕様をTEPCOで策定しRFPを実施しています。

8.4

20.2

31.9

46.7

0102030405060

1950

1957

1961

1965

1969

1973

1977

1981

1985

1989

1993

1997

2001

2005

2009

2013

[GW]Peak Demand(daily peak at generation end)

History of SCADA

4

1.2. 変電所の遠方監視制御の歴史

May 2017

～1970s

～2000s

～FY2017

FY2018～

49.1 70.7

88.4 95.6

97.3

98.3

99.9

755762

9921232

1584

1619

1580

5007009001,1001,3001,5001,700

0

20

40

60

80

100

1955

1975

1995

2002

2004

2006

2008

2010

2012

2014

2016

(Loc

atio

ns)

(%)

×500

×99

×10

800+

1,500+1,500+

1,500+

変電所の増加にともない, 変電所の無人化を実施してきた。 SCADAが監視制御可能な変電所数を増加させ, Control

Centerの集中化を実施してきた。 Next Gen. SCADAでは, 1,580箇所の変電所を同時に監視制御可能な仕様で開発。

Control Centerは複数設置することも可能な仕様で開発。

Automation rate in substations

×1

substations

5

1.3. SAIDI & SAIFI

May 2017

19

3625

1016

818

4 7 7 123 3 5 5 5 4 4 4 4 3

122 7 2 3 4 3 2

152

9 515

4

0.28

0.36

0.27

0.220.25

0.1

0.39

0.08

0.21

0.23

0.29

0.10.08

0.22

0.19

0.130.13

0.1

0.180.18

0.1

0.12

0.11

0.1

0.05

0.13

0.05

0.12

0.05

0.33

0.10.07

0.14

0.07

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0

20

40

60

80

100

120

140

160

1981

1984

1987

1990

1993

1996

1999

2002

2005

2008

2011

2014

Freq

uenc

y of

out

ages

per

hou

seho

ld

(tim

es)

Dur

atio

n of

out

ages

per

hou

seho

ld

(min

utes

)

SAIDI SAIFI

契約口数が増加しても, SAIFIとSAIDIは低下している FY2010年は2011年3月11日の東日本大震災によりSAIFI,SAIDIともに増加

FY2011には平年並みに戻る

22.74

26.6728.73

0

5

10

15

20

25

30

Num

ber o

f Cus

tom

ers

(mill

ion)

Number of Customers

6

1.4. SAIDI & SAIFI (Cont’d)

May 2017

4.0 20.0 21.0

133.8

32.8

83.6

61.0

0

20

40

60

80

100

120

140

160

(min

utes

/ per

yea

r)

東日本大震災(FY2011)で被った設備損壊を克服し, 高品質な電力を供給し続けている。

0.07 0.16 0.13

1.06

0.29

0.90

0.65

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

(tim

es/ p

er y

ear)

TEPCOPow

er Grid

State ofN

ew York

State ofCalifornia

JAPAN

German

France

UnitedKingdom

TEPCOPow

er Grid

State ofN

ew York

State ofCalifornia

JAPAN

German

France

UnitedKingdom

Duration of Outage per contract of each country Frequency of Outage per contract of each country

As of the end of FY 2015

Next Generation SCADA


～回復力のあるSCADAを目指して～


東日本大震災での数多くの教訓と2020年東京オリンピック・パラリンピックの開催を前に，これまでの安定供給だけでない「強いSCADA」を目指し，次世代監視制御システムを開発しています。

今まで以上に自然災害に強いSCADA

これまでの高信頼度設計を維持

Develop the Next Generation SCADAMay 2017 8

2020International Events

サイバーセキュリティにも強いSCADA

8

2.1.

May 2017 9

International standard Corresponding to the CIM Standard

データベース(DBMS)を含めてIEC61970 , IEC61968に対応しているプラットフォームは, Next Gen. SCADAに実装されている東芝製ミドルウェアとSpectrum Powerのみです。

Platform CIM StandardEMS/DMS/NMS Core DBMS Import/Export

Network Manager No Yes

eTerra No Yes

PowerOnAdvantage/Reliance No Yes

Spectrum Power Yes Yes

ADMS/Oasys No Yes

Next Generation SCADA(Toshiba’s Middle ware) Yes Yes

Schneider Electric

Siemens

General Electric(GE)

Alstom Grid

Asea Brown Boveri(ABB)

2.2.

May 2017 10

International standard Corresponding to the CIM Standard

CIMでDBMSを設計することで，システムリプレース時のDB変換コストを大幅に削減することが可能です。

OS

DB (Original)

Application CIM I/F(MW)

OS

DB (Original)

Application CIM I/F(MW)

Replace

Huge Cost

International standard

OS

DB (Original)

Application

OS

DB (Original)

Application

Replace

Low Cost

CIM I/F(MW)

CIM I/F(MW)

2.3.

May 2017 11

同一の基本ソフトウェアでニーズに合わせた冗長化設計が可能 Serverの冗長化だけでなく, 広域分散配置も可能 Clientは全てThin-Client構成 Next Gen. SCADAでは10箇所のTransmission Control Centerと56箇所の

Distribution Control Centerで構成冗長サーバーは、異なる場所に分散して配置できます。

柔軟な冗長性 SCADAの重要度に応じて柔軟な冗長化構成が可能

Server 1 Server 2

Client 1 Client n

Server 1 Server 2 Server 3

Client 1 Client n・・・・・・・・・・

Transmission CC ×10Distribution CC ×56

Transmission CC ×10Distribution CC ×56


2.4.

May 2017 12

コストダウン完全なシンクライアント構成による圧倒的なコストダウンを実現

次世代SCADAはこれまでになかった圧倒的な小型化を達成しました。3台のサーバは約50GWの送電システムとすべての配電システムの稼動を実現できます。

コントロールセンタはシンクライアント構成であるため、コントロールセンタの柔軟な設計が可能です。

TCC 1

TCC 2

TCC 10

・・・

Wide area Communication Network

average 5 to 6

CommunicationNetwork 1

DCC 1

DCC 5

average 5 to 6

DCC 6

DCC 10

average 5 to 6

DCC 51

DCC 56


CommunicationNetwork 10・・・

・・・

DataCenter 1

Wide area Communication Network

・・・

Server1

DataCenter 2

Server2

DataCenter 3

Server3

TCC 1

Thin-Client

TCC 2

Thin-Client

TCC 10

Thin-Client

DCC 1

Thin-Client

DCC 6

Thin-Client

DCC 51 Thin-Client

DCC 5

Thin-Client

DCC 10 Thin-Client

DCC

56 Thin-Client




・・・

・・・

・・・

Next Generation SCADAUp to now SCADA

2.5.

May 2017 13

Split-Brain Syndrome状態でも運転継続を可能にする技術を開発 Control CenterはNWと接続するMasterのServerが1箇所でもあれば運転継続が可能 Slaveは常にMasterと同期をとっているため, Split-Brain Syndrome時に速やかに単独Master運転への移行が可能

高可用性 Split-Brain Syndrome状態でも安定した運転が可能

MasterMaster Slave Slave Master Slave

High Redundancy

Event of failure

After recovery


Client 1 Client 2

Substation Substation


Client 1 Client 2


2.6.

May 2017 14

SCADAの重要度に応じてNWの冗長性を柔軟に構成することが可能

e.g. Next Generation SCADA

メインNetworkは光ファイバーの2ルート構成

Wide-AreaはOPGWと地中ケーブルでリングループを構成

マイクロ波はバックアップ時に利用することで現在検討中

RTUを集約するGWの伝送は4ルート伝送**1～4ルート伝送まで設計可能

多重伝送 1ルート伝送から最大4ルート伝送まで自由に選択可能

*1 TC : Tele-Control

Client GW



×10 Locations

Number of TC*1 = MAX48

×56 Locations

Sub-Area Network×10 Network

Wide-Area Network×1 Network

2.7.

May 2017 15

SCADAでは変電所の情報伝送を高信頼度に設計しなければならない現在では変電所とSCADA間はInternet Protocol(IP)での伝送が主流になりつつある多くのSCADAではTCP/IPが採用されている。 Next Gen. SCADAでもTCP/IP伝送を採用しているが課題があると考えている

TCP/IP

実現している要件・順序性・連続性

DFSで懸念される要件・リアルタイム性・MTUへの対応

UDPでは？

UDP/IP

・リアルタイム性・1:N Communication・順序性・連続性

TCP/IPとUDP/IPの両方の優位性を保有したPMCNを採用

PMCN (Protocol for Mission Critical industrial Network use)

２重帰属通信通信の信頼性を更に高めた通信方式を採用

TC : IP Transmission

TC : None IP Transmission

GW : IP Transmission

Substation Substation GWSCADA SCADATCP/IP HDLC or

CDT etc.TCP/IP

2.8. What's PMCN?

May 2017 16

ミッションクリティカルな監視制御システムにおいて,インターネットプロトコルを最大限活用可能にしたプロトコル

データの順序性の確保Implementation

TCP/IP

Physical LayerData Link Layer

Network LayerTransport Layer

Session LayerPresentation Layer

Application Layer

UDP

PMCN

UDP上に実装されるプロトコル The Japan Electrical

Manufacturers‘ Association (JEMA)にて策定

ライブラリはJEMAから提供される

データの連続性の確保 TCP/IP

データのリアルタイム性の確保 UDP/IP

2重帰属通信への対応 None

1:N 通信* (*Multicast Communication) UDP/IP

MTUによる制約を受けないデータ通信への対応 None

PMCNが実装する機能

2.9. e.g. 2重帰属通信への対応

May 2017 17

(Fragment)

SEQ Num 1SEQ Num 1

A-LAN

Wait for the rest of the A-LAN data of SEQ num2.

B-LAN

SEQ Num 2SEQ Num 2

SEQ Num 1

SEQ Num 2

SEQ Num 2

SEQ Num 3

SEQ Num 2

SEQ Num 1

SEQ Num 2

(Fragment)

SEQ Num 3

SEQ Num 2

SEQ Num 2

SEQ Num 3

SEQ Num 4

SEQ Num 3

Disposal

Disposal

Disposal

Disposal

Disposal

Reception processing (TCP Layer)

SEQ Num 1

(Fragment)

SEQ Num 2

(Fragment)

SEQ Num 2

SEQ Num 3

SEQ Num 4

Retransmission request(SEQ Num3)

異なるLANから分割されたパケットを受信することはできません。

SEQ Num2の受信処理が完了するまでに受信することができません。

TCP / IP で2重帰属通信を実現した場合

2.10. e.g. 2重帰属通信への対応(Cont’d)

May 2017 18

(Fragment)

SEQ Num 1SEQ Num 1

A-LAN

Wait for the rest of the A-LAN data of SEQ num2.

B-LAN

SEQ Num 2SEQ Num 2

SEQ Num 1

SEQ Num 2

SEQ Num 2

SEQ Num 3

SEQ Num 2

SEQ Num 1

SEQ Num 2

(Fragment)

SEQ Num 3

SEQ Num 2

SEQ Num 2

SEQ Num 3

SEQ Num 4

SEQ Num 3

Disposal

Disposal

Reception processing (PMCN Layer)

SEQ Num 1

(Fragment)

SEQ Num 2

(Fragment)

SEQ Num 2

SEQ Num 3

SEQ Num 4

B-LANから分割パケットを受信します。

SEQ Num 4

Disposal

Disposal

PMCN + UDP / IP で2重帰属通信を実現した場合

シーケンス番号はPMCNによって管理されます。

2.11.

May 2017 19

TEPCOのGWでは，様々な非IP伝送をIP化して高信頼度の伝送が可能です。(DNP3.0も可能) 多くのデータフォーマットを効率的にIEC61970/61970へ変換している

SubstationTC*1 TC*1

HDLC

IF*2

TCP/IP

LAN-IF*3

Token Ring

RTU*4

TCP/IP

SAS*5

TCP/IP

GW

SCADA

TCP/IP PMCN+UDP/IP

多重伝送プロトコル多くの伝送プロトコルに対応したGWを開発

FEP1 FEP2 FEP3

CDT

TCP/IP TCP/IP TCP/IP

Data Format ProtocolJapan Original CDT

HDLC (Compliance) HDLC or TCP/IP

Japan Original Token Ring

IEC60870 (in future) TCP/IP

IEC61850 (in future) TCP/IP

IEC61970 TCP/IP

Only Protocol Conversion

*1 Tele-Control *2 IP method of Tele-Control *3 Token-Ring *4,*5 in future

2.12. 強いSCADAを目指して

May 2017 20

Power Control Technology 充実した運転支援機能をニーズに合わせて実装可能

系統操作手順の自動作成機能現在系統から将来系統まで，操作対象設備を指定することで自動的に系統操作手順を作成

コントロールエリアの変更が可能緊急時などで, 他のコントロールエリアからバックアップ制御を行うことも可能

音声ガイダンス機能系統事故情報やオペレーション時の確認用に音声でガイダンスされる

訓練機能オペレーションの端末から，系統制御業務の訓練が可能。過去の事故を模擬したり，フレキシブルに事故を議することが可能。

設備保全組織への情報通知ControlCenterの情報を，設備保全組織が必要な情報に加工して通知することが可能



～サイバーリスクに強いSCADAを目指して～

22

3.1 総合セキュリティ体制の構築

May 2017

今後想定されるサイバー攻撃だけでなく, 内部関係者による不正や情報漏洩には, 技術だけでなく体制･運用面での対応も重要です。

TEPCO, McAfee, TOSHIBAが三位一体で世界に通じるセキュアな電力制御システムを開発しています。

TEPCOとTOSHIBAが共同開発した「ICカードと生体認証による2要素認証」などの先進技術を導入します。

TEPCOPower Grid, Inc.

Commit 1 世界最先端のセキュリティ対策を実装したSCADAを開発

Commit 2 ガバナンスとマネジメントを分離した組織を創ります

運用体制をガバナンス組織(CSIRT)とマネジメント組織(SOC)に分離することで, 責任と役割と権限を明確化し, リスクに対して柔軟な体制を構築しています Governance : CSIRT

Management : SOC

ManagementFeedback

CIO/CISO Audit

Evaluate

Plan Build Run Monitor

MonitorDirect

Business Needs

23

3.2. サイバーリスクに強いSCADA

May 2017

Request for proposal作成時に東京電力自らがリスクアセスメントを実施開発ベンダー決定後もベンダーとSecurityコンサルタント企業とでリスクアセスメントを実施リスクアセスメントは日本国内のガイドラインとともに, NIST SP 800-82 Rev2,ISO/IEC14408をベースに対策を実施

適用するSCADAのセキュリティレベルに応じて適用の選択が可能

FW対策の強化 NWの出入り口対策, ログ出力機能実装

IDS / IPS 設置不正な兆候を検知から侵入予防まで幅広く防御

未使用LANポート, USBポートの閉塞 LANポートとUSBポートの論理的閉塞を実施重要設備には物理的閉塞も実施

2要素認証機能 ICカードと生体認証による2要素認証機能の実装

アクセス制御 ICカードにより, 柔軟なアクセス制御設定を可能にする

24

3.3. サイバーリスクに強いSCADA (Cont’d)

May 2017

サーバログイン認証システムメンテナンス時の認証およびログの出力

認証情報の暗号化 ICカード情報や生体認証情報を暗号化する

シーケンス制御変電所のフィールドデバイスを不正制御させない仕組みを実装

ホワイトリスト方式採用不正プログラムの実行を阻止する

ログ管理基盤構築イベントデータ検索機能やアクセス権設定機能の実装

25

3.4. ２要素認証機能

May 2017

non-contact IC cardとBiometric Authenticationの組合せにより, 従来のID & Password方式による2要素認証よりもセキュリティ対策を強化

Employee Cardがnon-contact IC card(ISO/IEC18092 Compliance)に対応している場合は,Employee Cardを利用することも可能。

Palm vein authentication

IC card authentication

500kV Substation SCADA

26

3.5. 手のひら静脈による生体認証

May 2017

1. コントロールは、ICカード認証や手のひら静脈認証によって制御することが許可されています。

2. 設定変更および制御操作の承認は、ICカード認証で行うことができます。3. オペレータ制御権限は、ICカードにより異なります。オペレータ制御権限は、ICカードによ

り異なります。4. カードや手のひら静脈の両方が認証されない場合は、SCADAの制御信号を出力しません。5. オペレータは、ICカードIDを設定することにより、コントロールセンターの任意の場所から

制御することができます。6. すべての操作は、個々のレベルでログとして記録されます。

Authentication accuracy

FAR (他人受入率) 0.00001%

FRR (本人拒否率) 0.01% (Including one retry)Source ©FUJITSU LIMITED 2016

27

3.6. Control Centerへの柔軟な権限付与設定

May 2017

non-contact IC cardにオペレーション範囲の情報を連携させることで, 社員毎にオペレーション範囲を設定することができます。

オペレーションエリアとControl CenterのThin-Clientは固定されていないため，コントロールエリアは社員IDや組織で設定することも可能。

社員に権限を付与するか，Control Centerに権限を付与するかは設定可能

Next Gen. SCADA

MainServer

authenticationServer

IC Card

BiometricDevice

Thin-ClientControl Center

IC Card

BiometricDevice


IC Card

BiometricDevice


Next Gen. SCADA

MainServer

authenticationServer

IC Card

BiometricDevice


IC Card

BiometricDevice


IC Card

BiometricDevice


Emergency



～業務改革に強いSCADAを目指して～

4.1. 業務改革に強いSCADAを目指して

May 2017 29

監視制御技術や企業の組織は常に変化していくことを前提とした開発をしている変革に強いSCADAにするには, 積極的に国際標準やグローバル標準技術を採用ベンダーのパッケージに依存せず，電力運用技術やノウハウを仕様に組み入れた開発

適用する国や企業のニーズに応じて選択が可能

ニーズに合った機能実装

電力運用技術をソフトウェアモジュール単位で開発

系統モデルおよびDBはIEC61970を採用

データモデルをIEC61970で構築することで, ベンダー依存からの脱却を図る

PI Systemの実装

エンタープライズ・ヒストリアンの業界標準であるOSIsoft社のPI Systemの実装が可能

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