Verfahren zur Ermittlung von Manipulationen an einer Energieve brauchsmesseinrichtung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung von Manipulationen an einer Energieverbrauchsmesseinrichtung . 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 Kun- den oder Dritte kommunizieren .

Ein Smart Meter aus dem Stand der Technik ist in Figur 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 Steuer- einheit 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 übli- cherweise vorhandenen Anzeige 108 angezeigt . Auch kann eine Datenschnittsteile 109 vorgesehen sein, um die erfassten Energieverbrauchswerte an ein Auslesegerät oder über eine KommunikationsVerbindung, wie beispielsweise Internet, Mobil- funknetz oder Power Line Communication, an einen Server zu übertragen .

Aufgrund ständig steigender EnergieVerbrauchspreise, besteht ein hoher Anreiz zur Manipulation von Energieverbrauchszäh- lern . Hierzu wi d beispielsweise auf der Energie zuführenden

Seite vor Eintritt in den Energieverbrauchszähler Strom, Wasser oder Gas ausgekoppelt und nach Austritt aus dem Energieverbrauchszähler wieder eingekoppelt.

Somit ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Energieverbrauchszähler zu schaffen, der gegen derartige Manipulationen geschützt ist . Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Vorrichtung mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 6 gelöst . Vorteilhafte Ausgestaltungen de Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben . In dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Ermittlung von Manipulationen an eine Vorrichtung zur Messung eines Energieverbrauchs ist die Vorrichtung über Energiet ansportträger mit Energiee zeugern und Energieverbrauchern verbunden . Ein verbundener Energietransportträger wird mit einem Prüfsignal beaufschlagt wi d und ein reflektiertes Prüfsignal gemessen . Das reflektierte Prüfsignal wird mit einem gespeicherten Referenzsignal verglichen . Bei einer vorgebbaren Abweichung zwischen reflektiertem Prüfsignal und gespeiche tem Referenzsignal wird eine Manipulationswa naktion ausgelöst .

Das für die Prüfung eines reflektierten Prüfsignals verwendete Referenzsignal kann fest vorgegeben sein oder konfigurierbar ( "anlernbar" ) sein . Hierzu wird das Refe enzsignal beispielsweise bei de Installation des Smart Meters durch die- ses erfasst und gespeichert . Dazu muss das Smart Meter durch einen Wa tungstechniker in einen Service-Modus ode Installations-Modus versetzt werden, beispielsweise durch eine Au- thentisierung des Wartungstechnikers . 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.

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 Energiekünden, das Abzweigen nach einer Messeinrichtung eines Mitbewohners, kann somit erkannt werden .

In einer Ausgestaltung ist die Manipulationswarnaktion ein Fehlereintrag in einen Speicher, eine Fehlermeldung an einen Empfänger oder ein akustischer und/oder optischer Fehleralarm .

In einer Ausgestaltung der Erfindung wird an einem ersten verbundenen Energietransportträger das Prüfsignal beauf- schlagt und an einem weiteren verbundenen Energietransportträger das reflektierte Prüfsignal gemessen . Dies eignet sich beispielsweise für die 3 Phasen eines Drehstromanschlusses .

In einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird das reflektierte Prüfsignal mit dem gespeicherten Referenzsignal mit Hil fe einer Korrelationsfunktion verglichen .

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Messung eines Energieverbrauchs ist über Energietransportträger mit Energie- Verbrauchern 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 re- flektierten Prüfsignals mit einem gespeicherten Referenzsignal und zum Auslösen einer Manipulationswarnaktion bei einer vorgebbaren Abweichung zwischen reflektiertem Prüfsignal und gespeichertem Referenzsignal . Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Ausführungsbeispielen anhand der Figuren näher erläutert . Es zeigen

Figur 1 eine schematische Darstellung eines Energieverbrauchszählers nach dem Stand der Technik,

Figur 2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen EnergieverbrauchsZählers,

Figur 3 ein Signaldiagramm eines ersten reflektierten Prüf- signals,

Figur 4 ein Signaldiagramm eines zweiten reflektierten

Prüfsignals . Die Figur 2 zeigt ein erfindungsgemäßes Smart Meter . Zur Vermeidung von Wiederholungen sind gleiche Funktionselemente mit den Bezugszeichen aus Figur 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 Commu- nication, an einen Server zu übertragen .

Zusätzlich weist das Smart Meter in Figur 2 einen Prüfsignal- generator 110 (PSG) auf, der mit der Steuereinheit 106 ver- bunden und von dieser angesteuert wird . Der Prüfsignalgenera- tor 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 .

Zudem weist das Smart Meter einen Prüfsignalsensor 111 (PSS) auf, der das reflektierte Signal in diesem Ausführungsbei- spiel 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 eine zusätzlichen

Komponente, wird diese Charakteristik verändert . Insbesondere an den durch die Manipulation verursachten Unregelmä igkeiten in der physikalischen Struktur des Energietransportträgers werden zusätzliche Reflektionen auftreten, oder andere, vor- her vorhandenen Reflektionen ausgelöscht .

Die Steuereinheit 106 ermittelt durch einen Vergleich mit einem gespeicherten, erwarteten Referenzsignal Abweichungen des reflektierten Signals und kann somit derartige Manipulation zuverlässig detektieren .

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.

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 .

Die Figur 3 zeigt das nach Aussenden eines Prüfsignalimpulses gemessene reflektierte Signal . Es sind drei Reflektionen im da gestellten Zeitbereich erkennbar, denen ein korrespondierender Entfernungsbereich entspricht . Dieses Signal ist für dieses Ausführungsbeispiel das Referenzsignal .

Die Figur 4 zeigt ein reflektiertes Signal , bei dem im Vergleich zum Referenzsignal aus Figur 3 eine zusätzliche Re- flektion enthalten ist . Daher kann vermutet werden, dass eine physikalische Veränderung an dem entsprechenden Abschnitt des Energiet ansportträgers vorhanden ist . Anhand der Laufzeit- Verzögerung td kann auch die Entfernung zur Reflektionssteile abgeschätzt werden . Bei einer angenommenen Ausbreitungsgeschwindigkeit vm im

Energietransportmedium von vm=200.000.000 m/s und einer Verzögerung td=3, 7ns (27*10 ^A -9 s) ergibt sich eine Schätzung der Entfernung d von

d= * vm * td= 0 , 37 m (Faktor H wegen Hin- und Rückrich- tung) . Es kann also eine Manipulation an dem Energietransportträger vermutet werden, die sich in einer Entfernung von ca. 0,37m vom Energiemessgerät befindet. 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 .

Es ist j edoch 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/Anschlusskästen in der Wohnung zu erkennen .

Zudem ist es möglich, speziell nur den Zeitbereich auszuwerten, der einen Entfernungsbereich bis zu einer ersten, bekannten Soll-Reflektion bzw . bis zu einer maximalen Entfer- nung umfasst .

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 . 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 .

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 gemei same Überwachung realisieren, indem sie die von einem oder mehreren anderen Smart Metern ausgesendete Prüfsignale über wachen .