コミュニケーションが新たなグリッドの成否を分ける。
なぜ通信は、大規模でスマートな分散型デジタル電力網にとって最大の障害となり得るのか？AppleのiPhoneで友人にメッセージを送ろうとしても、相手がSamsung Galaxyを使っているために送れない状況を想像できるだろうか？あるいは、USBメモリを別のコンピューターで使うたびにドライバーソフトをインストールしなければならない状況を想像できるだろうか？ そんな生活は地獄そのもので、デジタル世界は完全に機能停止に陥るでしょう？もちろん、これらは（悪夢のような）想像の産物に過ぎません。
それともそうなのか？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にとって、実質的に存在しないに等しい。1979年の登場以来、MODBUSはあらゆる産業機器向けの実質的な標準通信プロトコルとしての地位を確立し、私たちの産業文明を可能にし、電力網を稼働させ続ける何百万ものMODBUS機器の中で今も生き続けている。 ほとんどのDERが同じ通信プロトコル（MODBUS）をサポートしているにもかかわらず、それらは真の意味で「対話」できません。これは、ソニーの赤外線リモコンとパナソニックの赤外線リモコンが、同じ赤外線LEDとチップを使用しているにもかかわらず、互いの会社のデバイスを制御できないのと同じ理屈です。
主に、MODBUSについてです…
MODBUSは多くの分散型エネルギーリソース（DER）デバイス間通信の確立された標準ですが、メッセージ自体の内容ではなく、メッセージの構成と伝送方法のみを標準化しています。 この点を考慮すると、MODBUSサポートのみに基づいてデバイスを統合しようとする試みは、ある集団が言葉の使用に合意するだけで円滑なコミュニケーションが可能だと仮定しつつ、各人が依然として母国語で話すことを許容する状況に似ています。実際、例えばSMA製太陽光インバーターの有効電力出力を監視するMODBUSメッセージは、全く同じ目的でKostal製インバーターに使用されるMODBUSメッセージとは完全に異なるものとなります。 さらに悪いことに、同じMODBUSメッセージでもメーカーによって効果が全く異なる場合があります。あるメーカーのインバータでは、特定のメッセージで出力値を事前設定値に抑制する一方、別のメーカーのインバータでは同じメッセージで電源を遮断するのです。時には、同じメーカーでも分散型エネルギー資源（DER）の世代ごとにMODBUSメッセージの「意味」を変更することさえあります。
…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などの現代的な通信プロトコルは、MODBUSメッセージの相互運用性問題を解決する代わりに、まったく新しい通信プロトコルの相互運用性問題を生み出しています。 これらのプロトコルはそれぞれ異なる人間の言語と見なすことができ、あるプロトコルを「話す」デバイス（例：OPC UAを使用する蓄電池システム）は、別のプロトコルを「話す」別のデバイス（例：OCPPを使用するEV充電器）と「会話」することができません。 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または多言語能力を必要とするのと同様に、複数のDER制御プロトコルも同様の要件を必要とします。すなわち、プロトコル間のエラーのない翻訳、または単一デバイスにおける複数プロトコルの完全なサポートです。これらのいずれも、最新かつ最高級のDERや、それらが通信する監視制御システムの間でさえ、極めて稀であるか、根本的に存在しません。
要するに、分散型エネルギー資源（DER）が互いに「会話」できないことが、スマートで分散型かつデジタル化された電力網の主要な障壁となっている。その原因は、非標準化されたMODBUSメッセージか、あるいは互いに「理解不能」な様々なプロトコルにある。 この状況は、デバイスメーカーの過失ではなく、ICT分野で実現されたのと同じように分散型エネルギー資源（DER）の通信を完全に標準化するための政府や国際エネルギー機関の主導的取り組みが欠如していたことに起因している点に留意すべきである。
現在の分散型エネルギー資源（DER）の通信問題を解決するのに役立つものは何か？
政府が分散型エネルギー資源（DER）の通信規格を統一するのをただ待つのではなく、今日では異なる系統アクターとDERが相互に通信し、連携し、動作を同期させるための簡便な解決策が存在する。この解決策こそが HIL Compatible であり、マイクログリッドテストベッドのモデルベースシステムズエンジニアリング手法と組み合わせることで実現します。この組み合わせは通信課題の解決に寄与するだけでなく、環境に優しく安全で効率的かつ拡張性があり、迅速な電力系統近代化を支援します。これにより合意されたCO2排出削減目標達成のタイムラインを加速させることが可能です。
モデルはスケーラビリティと通信問題の迅速な解決を可能にする。
モデルベースのハードウェア・イン・ザ・ループ（HIL）アプローチは、システム導入前に高精度数学モデルと実際のMODBUSレジスタマップ、CANbus、IEC61850、その他の通信モデリングコンポーネントを統合することでこの課題に対処します。これにより、エンジニアは分散型エネルギー資源（DER）が接続される電力系統における動作を、物理デバイスと同一のメッセージを用いてリアルタイムでエミュレートすることが可能となります。
このアプローチにより、実際のデバイスやシステムに制御を実装する危険を伴わずに、エミュレートされたモデル領域内で通信および制御戦略をテストし最適化できるため、より迅速かつ正確な意思決定が可能となります。停電、相損失、短絡などのあらゆるケースを含め、監視およびコマンドメッセージを一つひとつテストし、その動作を仮想的に検証できるため、マイクログリッドまたは特定の分散型エネルギー資源（DER）があらゆるシナリオで確実に機能します。 さらにこの手法により、設計プロセスの早い段階、つまり試運転よりはるか以前に、様々な分散型エネルギー資源（DER）間の相互運用性問題や互換性問題を特定・解決することが可能となります。テスト結果により、主要な関係者は、現場で接続された瞬間からデバイスが正しく機能し、相互に、また電力系統と効果的に通信する状態に設定されているという確信を得られます。
HIL Compatible 導入リスクHIL Compatible 、比類のない統合速度を保証します。
HIL Compatible ハードウェアコントローラ（例：OEM製太陽光インバータコントローラとそのソフトウェア）と、制御対象ハードウェアのリアルタイム互換スマートモデルを組み合わせたHIL Compatible 。このスマートモデルは通常、Typhoon SCADAパネル、MODBUSその他の通信プロトコルマップ、パワーステージ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・ループ手法と比較すると、HIL Compatible モデル化されたコントローラに対して桁違いの高精度HIL Compatible 。これは、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など）を使用する物理的な分散型エネルギー資源（DER）コントローラに基づいているためです。 したがって、HIL Compatible OEMとシステムインテグレーターの双方にとって統合の夢を実現するHIL Compatible 。様々な再生可能エネルギー開発、マイクログリッド、さらには仮想発電所におけるデバイスのシームレスな統合を可能にするためです。さらに、HIL Compatible 電力会社が新規デバイスやベンダー/OEM全体を認定する優れた手段HIL Compatible 。
OEMおよび/またはDERメーカーの観点から、製品ポートフォリオの一部または全部HIL Compatible であれば、インテグレーターはそれらを活用して、小規模太陽光発電所から太陽光・蓄電池・風力・発電機・保護継電器で構成されるマイクログリッド全体に至る新規プロジェクトにおいて、DERをデジタルで準備・統合できる。 言い換えれば、自社製品群をHIL Compatible提供するOEM／DERメーカーは、インテグレーターがマイクログリッド試験装置と HIL Compatible DERを活用して運用上の課題を事前に解決し、テストベッドから実機へ設定を直接反映できるためです。相互運用性や通信問題は導入遅延の最も一般的な要因の一つであるため、これにより新規DERプロジェクトの導入時間を3倍以上短縮することが可能です。
従来型と分散型アプローチの双方に最適
モデルベースのハードウェア・イン・ザ・ループHIL Compatible 組み合わせることで、集中型および分散型制御システムにおける分散型エネルギー資源（DER）の通信課題に対処するのに最適HIL Compatible 。 導入前に、関連するすべての機器向けの通信プロトコルとマッピングを備えたHIL Compatible 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、仮想発電所管理者は、通信や相互運用性の問題を後顧の憂いなく、運用アルゴリズム、意思決定ツリー、最適な制御アクションの特定に集中する時間を確保できます。 さらに、このアプローチは、多様なDERを幅広く扱う企業（公益事業、アグリゲーター、仮想発電所など）が、新規サプライヤーや既存サプライヤーの新デバイスを認定する優れた方法を提供します。HIL Compatible 、事前に認定され「信頼性」が確認されたDERと組み合わせて、故障を含むあらゆる動作条件下でHILマイクログリッドテストベッドにおいて徹底的にテストすることができます。
HIL Compatible モデルベースHILで通信問題を解決
モデルベースHIL Compatible 組み合わせた最大の利点は、新規マイクログリッド、設備、システム、あるいはシステム群の開発初期段階で、スマートグリッド接続型分散型エネルギー資源（DER）の相互運用性問題を解決できる点にある。デバイスがMODBUS、OPC UAなどの最新通信プロトコル、あるいはそれらの組み合わせを使用している場合でも同様である。 マイクログリッドテストベッドと実デバイスで同一のプロトコル・通信メッセージを使用することで、実システムへの導入前に、制御された安全な環境下でデバイス通信・制御システムのテストとシミュレーションが可能となります。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への通信設定をプッシュできるため、試運転時間を桁違いに短縮できます。 このアプローチにより、エンジニアは開発プロセスの早期段階で相互運用性の問題や互換性の課題を特定・解決できるため、主要なエンジニアリングリソースを通信問題の修正ではなく制御アルゴリズムや戦略のテスト・最適化に集中させられる。これによりあらゆるスマートグリッド設備の総合的な性能と信頼性がさらに向上する。最後に、この手法はOEMサプライヤーの事前審査に最適であり、インテグレーターとOEM双方がプロジェクトを期日通りに納品する効率性と確信を全く新たなレベルで実現できる。
クレジット
テキスト | アレクサンダル・カヴギッチ
ビジュアル | カール・ミッケイ、ミリツァ・オブラドヴィッチ
編集者 | セルジオ・コスタ、デボラ・サント
