No cenário energético atual, as microgrids estão se tornando uma solução essencial para integrar fontes de energia renovável e melhorar a resiliência dos sistemas de energia. As microgrids, que podem operar de forma autônoma ou conectadas a redes maiores, oferecem controle localizado de recursos de energia distribuída (DERs). No entanto, essa crescente conectividade e a dependência de sistemas de controle digital expõem as microgrids a diversas ameaças cibernéticas. À medida que as microgrids continuam a se expandir, a infraestrutura digital precisa ser fortificada para garantir segurança operacional e resiliência.
O Que São Microgrids e Por Que São Importantes?
As microgrids são redes elétricas locais que podem operar de forma independente ou em conjunto com a rede elétrica principal. Elas integram a produção de energia local, muitas vezes a partir de fontes renováveis como solar e eólica, e podem ser projetadas para operar em modo isolado (islanding) ou interconectadas a sistemas maiores. A principal vantagem de uma microgrid é sua flexibilidade e capacidade de garantir a continuidade do fornecimento de energia, mesmo durante falhas na rede principal.
Com o aumento do uso de recursos de energia distribuída (DERs), como painéis solares e baterias de armazenamento, as microgrids estão se tornando um componente-chave no desenvolvimento de redes elétricas inteligentes (Smart Grids). Além disso, elas oferecem resiliência contra interrupções, permitem uma maior eficiência energética e ajudam a descentralizar a produção de energia, aproximando o consumo da geração.
Arquitetura de Microgrids e Métodos de Controle
A arquitetura das microgrids envolve um sistema complexo de controle distribuído que gerencia o fluxo de energia e garante o equilíbrio entre a oferta e a demanda em tempo real. As microgrids usam uma hierarquia de controle com diferentes níveis, como controle primário, secundário e terciário, para coordenar as operações locais e globais. O controle primário é responsável pela resposta rápida a variações de carga e geração, enquanto o controle secundário mantém a estabilidade a longo prazo, como a regulação de tensão e frequência. Já o controle terciário está relacionado à otimização da operação da microgrid, especialmente quando conectada à rede principal.
Entretanto, essa arquitetura integrada também cria desafios em termos de comunicação e segurança cibernética. A necessidade de comunicação entre diferentes componentes, como inversores e controladores, introduz vulnerabilidades, tornando a proteção de dados e a integridade da rede essenciais para evitar ataques cibernéticos.
Comunicação em Microgrids: Tecnologias e Protocolos
A comunicação eficaz é fundamental para o sucesso da operação das microgrids. Diferentes tecnologias e protocolos de comunicação, como redes sem fio, fibra ótica e protocolos industriais como Modbus e IEC 61850, são usados para garantir o fluxo de informações entre os dispositivos. No entanto, a dependência desses sistemas de comunicação também aumenta a superfície de ataque cibernético.
Protocolos de comunicação são responsáveis pela troca de dados críticos, como medições de energia, comandos de controle e informações de segurança. Qualquer interrupção ou manipulação desses dados pode resultar em falhas operacionais e até danos físicos ao sistema elétrico. Tecnologias como redes definidas por software (SDN) e Internet das Coisas (IoT) estão sendo integradas para melhorar a flexibilidade e a inteligência das comunicações, mas elas também trazem novos riscos que precisam ser mitigados.
Desafios de Cibersegurança em Microgrids
Um dos maiores desafios enfrentados pelas microgrids é a vulnerabilidade a ataques cibernéticos. As microgrids são sistemas ciberfísicos, ou seja, possuem uma forte integração entre componentes físicos (equipamentos de energia) e sistemas de controle digital. Essa dependência mútua torna as microgrids particularmente sensíveis a ataques cibernéticos, como injeção de dados falsos (FDI), negação de serviço (DoS), e ataques à integridade e confidencialidade dos dados.
Os ataques de injeção de dados falsos (FDI) são um dos mais perigosos, pois comprometem a integridade das informações que controlam a operação da microgrid. Isso pode afetar a estimativa de estado, controle de frequência e tensão, e até os sistemas de proteção da rede. Quando os dados são manipulados, o sistema pode tomar decisões incorretas, o que pode causar danos aos equipamentos ou falhas no fornecimento de energia.
Para mitigar esses riscos, as microgrids precisam implementar estratégias robustas de detecção e resposta a incidentes. Isso inclui sistemas de monitoramento de rede, firewalls industriais, criptografia de dados e tecnologias emergentes como blockchain, que pode fornecer um sistema de registro imutável e seguro para as transações de energia e os dados de controle.
Estratégias de Mitigação e Proteção
Existem várias abordagens para melhorar a segurança cibernética das microgrids. A primeira linha de defesa inclui o uso de firewalls, sistemas de detecção de intrusão (IDS), e criptografia para proteger a integridade e a confidencialidade dos dados. Além disso, tecnologias como a rede definida por software (SDN) podem ajudar a isolar e segmentar partes críticas da rede, dificultando a propagação de ataques.
A utilização de blockchain e inteligência artificial (IA) também oferece novas oportunidades para aumentar a segurança das microgrids. A blockchain pode fornecer um registro descentralizado e seguro das operações de energia e transações financeiras, enquanto a IA pode ser usada para detectar padrões anômalos que possam indicar um ataque em andamento.
Outro aspecto importante é o treinamento em cibersegurança para operadores de microgrids. A conscientização e a capacitação das equipes são fundamentais para identificar e responder rapidamente a incidentes de segurança.
Padrões e Regulamentações de Segurança
Para garantir a segurança das microgrids, várias normas e regulamentações foram desenvolvidas. Padrões como o IEC 61850, que trata da comunicação em subestações elétricas, e o NIST Cybersecurity Framework, que fornece diretrizes para a proteção de infraestruturas críticas, são amplamente adotados. Esses padrões ajudam a estabelecer boas práticas de segurança e fornecem um quadro de referência para a implementação de medidas de proteção.
A conformidade com esses padrões não apenas fortalece a segurança das microgrids, mas também facilita a integração com redes elétricas maiores e outros sistemas distribuídos.
Conclusão
Com o crescimento das microgrids e a crescente dependência de tecnologias digitais, a cibersegurança tornou-se uma prioridade para garantir a continuidade e a segurança do fornecimento de energia. A integração de tecnologias avançadas, como IoT, blockchain e inteligência artificial, oferece oportunidades significativas, mas também traz novos desafios de segurança. Para proteger adequadamente as microgrids contra ataques cibernéticos, é essencial adotar uma abordagem abrangente que inclua medidas técnicas, estratégias de mitigação, treinamento e conformidade com normas internacionais.
O futuro das microgrids depende não apenas de sua eficiência energética, mas também da robustez de suas defesas cibernéticas. Ao focar na arquitetura, comunicação e cibersegurança, podemos garantir que as microgrids continuem a desempenhar um papel crucial na transição para uma matriz energética mais sustentável e resiliente.
Referências
Aghmadi, Ahmed, Hossam Hussein, Ketulkumar Hitesh Polara, e Osama Mohammed. “A Comprehensive Review of Architecture, Communication, and Cybersecurity in Networked Microgrid Systems”. Inventions 8, no 4 (agosto de 2023): 84. https://doi.org/10.3390/inventions8040084.
Canaan, Bushra, Bruno Colicchio, e Djaffar Ould Abdeslam. “Microgrid Cyber-Security: Review and Challenges toward Resilience”. Applied Sciences 10, no 16 (janeiro de 2020): 5649. https://doi.org/10.3390/app10165649.
“CSF 1.1 Quick Start Guide”. NIST, 23 de janeiro de 2023. https://www.nist.gov/cyberframework/csf-11-quick-start-guide.
“CSF 1.1 Uses and Benefits of the Framework”. NIST, 6 de fevereiro de 2018. https://www.nist.gov/cyberframework/uses-and-benefits-framework.
“Cybersecurity Framework 1.1 Components”. NIST, 6 de fevereiro de 2018. https://www.nist.gov/cyberframework/cybersecurity-framework-components.
De Dutta, Sarmistha, e Ramjee Prasad. “Cybersecurity for Microgrid”. Em 2020 23rd International Symposium on Wireless Personal Multimedia Communications (WPMC), 1–5, 2020. https://doi.org/10.1109/WPMC50192.2020.9309494.
FortiGuard Labs. “NIST Cybersecurity Framework”. Acesso em 9 de outubro de 2024. https://fortiguard.com/nist-csf.
Gaggero, Giovanni Battista, Paola Girdinio, e Mario Marchese. “Advancements and Research Trends in Microgrids Cybersecurity”. Applied Sciences 11, no 16 (janeiro de 2021): 7363. https://doi.org/10.3390/app11167363.
Irmak, Erdal, Ersan Kabalci, e Yasin Kabalci. “Digital Transformation of Microgrids: A Review of Design, Operation, Optimization, and Cybersecurity”. Energies 16, no 12 (janeiro de 2023): 4590. https://doi.org/10.3390/en16124590.
Jamil, Norziana, Qais Saif Qassim, Farah Aqilah Bohani, Muhamad Mansor, e Vigna Kumaran Ramachandaramurthy. “Cybersecurity of Microgrid: State-of-the-Art Review and Possible Directions of Future Research”. Applied Sciences 11, no 21 (janeiro de 2021): 9812. https://doi.org/10.3390/app11219812.
Li, Zhiyi, Mohammad Shahidehpour, e Farrokh Aminifar. “Cybersecurity in Distributed Power Systems”. Proceedings of the IEEE 105, no 7 (julho de 2017): 1367–88. https://doi.org/10.1109/JPROC.2017.2687865.
Nejabatkhah, Farzam, Yun Wei Li, Hao Liang, e Rouzbeh Reza Ahrabi. “Cyber-Security of Smart Microgrids: A Survey”. Energies 14, no 1 (janeiro de 2021): 27. https://doi.org/10.3390/en14010027.
Pérez Guzmán, Ricardo E., Marco Rivera, Patrick W. Wheeler, Galina Mirzaeva, Eduardo E. Espinosa, e Jaime A. Rohten. “Microgrid Power Sharing Framework for Software Defined Networking and Cybersecurity Analysis”. IEEE Access 10 (2022): 111389–405. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2022.3215434.