コミュニケーションが新しいグリッドを左右する。
大規模で、スマートで、分散化された、デジタル化された送電網にとって、なぜ通信が最大の障害になりうるのか？アップルのiPhoneから友人にメールを送りたいのに、彼女がサムスンのギャラクシーを使っていて送れないことを想像できるだろうか？あるいは、USBメモリーを別のコンピューターで使おうとするたびに、ドライバー・ソフトウェアをインストールしなければならないことを想像できるだろうか？この世は地獄と化し、デジタル・ワールドは行き詰まるだろう？もちろん、こうしたシナリオは（悪夢のような）想像の産物だ。
それとも？残念ながら、分散型エネルギー機器（DER）の通信標準化の状況は、MODBUSに依存する大多数のDERには基本的に存在しません。1979年の発売以来、MODBUSはあらゆる種類の産業機器の事実上の標準通信プロトコルとしての地位を確立し、産業文明と送電網の運用を可能にする何百万ものMODBUS機器の中で生き続けています。ソニーのIRリモコンとパナソニックのIRリモコンが、同じIR LEDとチップを使用しているにもかかわらず、他社の機器を制御できないのと同じです。
主にMODBUSについてですが...。
MODBUSは多くのDER機器間の通信のための確立された標準ですが、それはメッセージの編成と伝送方法を標準化するだけで、メッセージそのものを標準化するものではありません。このことを考慮すると、MODBUSのサポートだけに基づいて機器を統合しようとすることは、言葉を使うことに同意しているにもかかわらず、全員がそれぞれの言語で話すことによって、集団がうまくコミュニケーションできると仮定することに匹敵します。実際には、例えばSMA製ソーラー・インバーターの有効電力出力を監視するためのMODBUSメッセージと、Kostal製インバーターの全く同じ目的で使用されるMODBUSメッセージは全く異なることを意味する。さらに悪いことに、同じMODBUSメッセージでもメーカーが異なると効果がまったく異なることがあります。あるメーカーのインバータでは、あるメッセージを使用してインバータの出力をあらかじめ指定されたセットポイントに抑制することができますが、別のメーカーのインバータでは、同じメッセージでインバータのスイッチをオフにすることができます。同じメーカーであっても、DER発電機ごとにMODBUSメッセージの「意味」を変えることがあります。
...しかし、MODBUSの問題に対する解決策は、別の問題を引き起こす可能性がある。
MODBUS SunSpec、OPC UA、IEC 61850、OCPPなどの最新の通信プロトコルの中には、全く新しい通信プロトコルの相互運用性の問題を作り出すことで、MODBUSメッセージの相互運用性の問題を解決しているものもあります。これらのプロトコルはそれぞれ異なる人間の言語と考えることができ、あるプロトコルを「話す」デバイス（例えば、OPC UAを使用するバッテリ・ストレージ・システム）は、別のプロトコルを「話す」デバイス（例えば、OCPPを使用するEV充電器）と「話す」ことができません。複数の言語が有用なコミュニケーションを促進するために翻訳か多言語化を必要とするように、複数のDER制御プロトコルも同様に、プロトコル間のエラーのない翻訳か、単一のデバイスで複数のプロトコルを完全にサポートすることを必要とします。これらの両方は、最新かつ最高級のDERと、それらが通信する監視制御システムの間でさえ、ほとんど存在しないか、根本的に存在しない。
つまり、標準化されていないMODBUSメッセージのため、あるいは相互に「理解できない」さまざまなプロトコルのため、DERが相互に「会話」できないため、通信がスマート化、分散化、デジタル化された送電網への主な障害となっている。このような状況になったのは、機器メーカーのせいではなく、ICTと同じようにDERの通信を完全に標準化しようとする政府や国際エネルギー機関のイニシアティブが欠如していたためであることに留意すべきである。
今、DERのコミュニケーション問題を解決するために何ができるか？
DER通信の標準化について各国政府が足並みを揃えるのをただ待つのではなく、異なるグリッド・アクターとDERが通信し、協調し、動作を同期させるためのシンプルなソリューションが今日あります。このソリューションは、マイクログリッド・テストベッドの モデルベースのシステムエンジニアリング手法と組み合わせたHIL互換です。この組み合わせは、通信の課題を解決するだけでなく、環境に優しく、安全で、効率的で、スケーラブルでありながら、迅速なスマートグリッドサポートします。
モデルは、スケーラビリティとコミュニケーション問題の迅速な解決を可能にする。
モデルベースのHIL（Hardware-in-the-Loop）アプローチは、システム展開の前に、高忠実度の数学モデルと実際のMODBUSレジスタマップ、CANbus、IEC61850、およびその他の通信モデリングコンポーネントを組み合わせることで、この問題に対処します。この方法により、エンジニアは、物理的なデバイスで使用するのと同じメッセージを使用して、接続されている電力網におけるDERの動作をリアルタイムでエミュレートすることができます。
このアプローチにより、より迅速で正確な意思決定が可能になるだけでなく、実際のデバイスやシステムに制御を実装する危険を冒すことなく、エミュレートされたモデルの領域で通信や制御戦略をテストし、最適化することができます。マイクログリッドや特定のDERがあらゆるシナリオで機能することを保証するために、停電、位相損失、短絡などのケースを含め、モニタリングやコマンドメッセージのひとつひとつをテストし、その動作を仮想的に検証することができます。さらに、このアプローチにより、エンジニアは設計プロセスの早い段階で、さまざまなDER間の相互運用性の潜在的な問題や互換性の問題を特定し、対処することができます。テスト結果は、重要な利害関係者に、デバイスが現場で接続された瞬間から正しく機能し、相互および送電網と効果的に通信するように設定されているという確信を与えることができる。
HIL Compatibleは展開のリスクを軽減し、圧倒的な統合スピードを実現します。
HILコンパチブルは、ハードウェアコントローラ（OEMソーラーインバーターコントローラとそのソフトウェアなど）と、制御されるハードウェアのリアルタイム互換スマートモデルの組み合わせです。このスマートモデルは通常、Typhoon HIL SCADAパネル、MODBUSまたは他の通信プロトコルマップ、パワーステージのモデルなどで構成されます。モデルベースのハードウェア・イン・ザ・ループアプローチと比較した場合、HIL Compatibleは、デジタル統合が安全な電力レベルで実際の通信メッセージ（MODBUSまたはその他）を使用する物理的なDERコントローラーに基づいているため、モデル化されたコントローラーよりも桁違いに高い忠実度を提供します。このように、HIL互換は、様々な再生可能開発、マイクログリッド、あるいは仮想発電所におけるデバイスのシームレスな統合を容易にするため、OEMとシステムインテグレーターの両方にとって、統合の夢を実現するものです。さらに、HIL Compatibleは、ユーティリティ企業が新しいデバイス、あるいはベンダー/OEM全体を認定するのに最適な方法です。
OEMおよび/またはDERメーカーの観点からすると、製品ポートフォリオの一部または全部がHIL互換フォーマットであれば、インテグレーターはそれらを使用して、PV、蓄電池、風力、発電機、保護リレーで構成される小規模な発電所からマイクログリッド全体まで、新規プロジェクトでDERをデジタル的に準備し統合することができます。言い換えれば、HIL互換製品としてポートフォリオを提供するOEM/DERメーカーは、インテグレーターが自社製品を選択・導入することを容易にします。インテグレーターは、マイクログリッド・テストベッドと HIL互換DERを使用して運用上の問題を事前に解決し、設定をテストベッドから実際の機器にプッシュするだけでよいからです。相互運用性と通信の問題は試運転遅延の最も一般的な原因の一つであるため、これにより新規DERプロジェクトの試運転時間を3分の1、あるいはそれ以上短縮することができます。
伝統的アプローチと分散型アプローチの両方に最適
モデルベースのHIL（Hardware-in-the-Loop）アプローチとHIL Compatibleの組み合わせは、集中型制御システムと分散型制御システムの両方におけるDER通信の問題に対処するのに適しています。すべての関連機器の通信プロトコルとマップを備えたモデルとHIL互換デバイスを配備前に用意することで、インテグレーター、マイクログリッド事業者、電力会社、仮想発電所の管理者は、通信や相互運用性の問題を心配することなく、運用アルゴリズム、デシジョンツリー、最適な制御アクションの特定に集中することができます。さらに、このアプローチは、多様なDERの幅広いポートフォリオを持つ企業（ユーティリティ企業、アグリゲータ、仮想発電所など）が、新しいサプライヤや既存のサプライヤの新しいデバイスを適格に評価するための優れた方法を提供します。モデルまたはHIL互換デバイスは、HILマイクログリッドテストベッドで、事前に適格性が確認され「信頼できる」DERと組み合わせて、故障を含むあらゆる運転条件で徹底的にテストすることができます。
HIL互換とモデルベースHILによる通信問題の解決
HIL互換デバイスと組み合わせたモデルベースのハードウェア・イン・ザ・ループ・アプローチの最大の利点は、デバイスがMODBUS、OPC UAなどの最新の通信プロトコル、またはそれらの組み合わせのいずれを使用していても、新しいマイクログリッド、設備、システム、またはシステム・オブ・システムの開発の早い段階で、スマートグリッドに連動するDERの相互運用性を解決できることです。マイクログリッド・テスト・ベッドで物理デバイスと同じプロトコルと通信メッセージを使用することで、実際のシステムに導入する前に、制御された安全な環境でデバイスの通信と制御システムのテストとシミュレーションを行うことができます。さらに、マイクログリッド・テストベッド内のDERモデルから物理デバイスに通信設定をプッシュすることができるため、試運転時間を数桁短縮することができます。このアプローチにより、エンジニアは開発プロセスの早い段階で潜在的な相互運用性の問題や互換性の問題を特定し、対処することができるため、エンジニアリングの主な労力を、通信の問題を解決するためではなく、制御アルゴリズムや戦略のテストや最適化に充てることができ、あらゆる種類のスマートグリッド設備の全体的な性能や信頼性をさらに向上させることができます。最後に、このアプローチは、OEMサプライヤーを事前に適格認定するための優れた選択肢であり、インテグレーターとOEMの双方に、プロジェクトを期限内に納品するという、まったく新しいレベルの効率と信頼をもたらします。
クレジット
テキスト ｜アレクサンダル・カヴィッチ
ビジュアル ｜カール・ミッケイ、ミリカ・オブラドヴィッチ
編集 ｜セルジオ・コスタ、デボラ・サント
