Methodological and Experimental Contributions to IEMI Risk Management in Smart Grids

Die zunehmende Digitalisierung von Energiesystemen durch die Einführung intelligenter Stromnetze hat die betriebliche Effizienz, Zuverlässigkeit und Reaktionsfähigkeit erheblich verbessert. Diese Transformation hat jedoch auch neue Verwundbarkeiten mit sich gebracht, insbesondere gegenüber absichtlicher elektromagnetischer Störung (Intentional Electromagnetic Interference, IEMI), bei der elektromagnetische Energie gezielt ausgesendet wird, um kritische elektronische Systeme zu stören oder zu beschädigen. Das allgemeine Ziel dieser Dissertation besteht darin, die Implementierung eines umfassenden Risikomanagement prozesses für IEMI-Bedrohungen in intelligenten Stromnetzen zu unterstützen, wobei alle Phasen des ISO-31000-Rahmenwerks berücksichtigt werden. Zu diesem Zweck wird der ISO-31000-Risikomanagementprozess für den IEMI–Smart-Grid- Bereich kontextualisiert, und es werden vier spezifische Beiträge geleistet. Erstens wird eine benutzerfreundliche Methodik vorgeschlagen, um die IEMI-Kritikalität von Energieinfrastrukturen zu klassifizieren, wodurch Betreiber Anlagen anhand ihrer Exposition und potenziellen Auswirkungen vergleichen und priorisieren können. Zweitens werden experimentelle Störfestigkeitstests an zwei repräsentativen Subsystemen eines intelligenten Stromnetzes – einem Schutzsystem und einem Energiemanagementsystem – durchgeführt, wobei schmalbandige und ultra-breitbandige hochenergetische elektromagnetische Quellen verwendet werden, um Ausfallgrenzen und typische Effekte wie Kommunikationsverlust, Fehlabschaltungen und Systemausfälle zu ermitteln. Drittens wird ein cyber-physikalisches Modell eines intelligenten Stromnetzes entwickelt, um die systemweiten Folgen von IEMIinduzierten Ausfällen zu simulieren, wobei die Frequenzantwort als zentrales Wirkungsmaß verwendet wird und gezeigt wird, wie solche Ausfälle die Systemstabilität beeinträchtigen können. Viertens wird ein Satz maßgeschneiderter Minderungsstrategien vorgestellt, um die Phase der Risikobehandlung zu unterstützen, einschließlich technischer, baulicher, organisatorischer und resilienzorientierter Maßnahmen, die aus IEEE 1848 und anderen Normen abgeleitet wurden. Die vorgeschlagenen Methoden und Erkenntnisse dienen als technische und methodische Grundlage zur Unterstützung der laufenden Entwicklung von IEMI-Risikomanagementpraktiken, die speziell auf die Anwendung in intelligenten Stromnetzen zugeschnitten sind.