集中型マイクログリッドから分散型マイクログリッドへ
今日、ほとんどのマイクログリッドは、標準的なマスター・スレーブ・アーキテクチャで集中制御されている。監視コントローラーである中央コントローラーがあり、マイクログリッド内のすべてのDERとポイント・ツー・ポイント接続されている。
イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校（UIUC）の研究者たちは、ARPA-Eの資金援助を受けて、完全な分散型コントローラー・アーキテクチャを開発した。中央コントローラーの代わりに、複数のマイクロコントローラーまたはノードが、コンセンサスに向けて近隣のコントローラーと通信する。UIUCで電力・エネルギーシステムの博士課程に在籍するOlaolu Ajala氏は、HIL（Hardware-in-the-Loop）マイクログリッドのテストベッドを用いて、この分散型コントローラー・アーキテクチャがどのように機能するかを示している。
ハードウェア・イン・ザ・ループ・マイクログリッド・テストベッド
分散型マイクログリッド制御デモは、分散型エネルギー資源（DER）の調整に使用されるインバータごとに1つずつ、複数の分散型コントローラを備えたHIL（Hardware-in-the-Loop）テストベッドで構成されている。デモでは、例としてバルクグリッドに提供される周波数調整サービスを示している。
このHIL（Hardware-in-the-Loop）テストベッドでは、独立系統運用者が、コンピュータに代表されるアグリゲータに、2～4秒ごとに調整信号を送信する。この情報を使って、アグリゲータは、調整信号に追従するためにタイライン交流に必要な総発電量の変化を決定する。次にアグリゲーターは、オレンジ色のマイクロコントローラーに代表されるリーダーにこの変更を伝達する。
2つのマイクログリッド・テストベッド層
物理層はマイクログリッドで構成され、タイラインを通じてバルク送電網に相互接続されている。このマイクログリッドには4台のインバーター連動DERがあり、それぞれが指定された実電力と無効電力を系統に供給するように制御されている。すべてTyphoon HIL402リアルタイム・シミュレーターでモデル化され、シミュレーションされている。Typhoon HIL402は、物理層の高忠実度モデリングとリアルタイムシミュレーションに使用される。
サイバー層は、通信ネットワークで相互接続されたアグリゲーターと4つの制御装置で構成される。サイバー層の各制御装置は、物理層のDERを制御する。コンピュータ、4つのマイクロコントローラ、Xbeeベースの無線通信ネットワーク。
サイバー層は3つの主要なタスクを実行する：
- マイクログリッドの総発電量の必要な変化を決定する、
- 必要な発電量の変化に対する各DERの最適な寄与を分散的に計算する。
- 各DERをローカルに制御し、それに応じて発電量を変更する。
分散通信ネットワーク
サイバーレイヤーには分散型通信・制御アーキテクチャが実装されている。その中核となるアーキテクチャは、通信リンクの障害に対して堅牢である。4台の制御装置はそれぞれ、Cat6ケーブルでマイクログリッド内のDERに接続されている。そしてModbus TCP通信プロトコルを使用する。
直ちにリーダーノードはこの情報を近隣ノードに伝達する。このプロセスは、分散システムが漸近的にコンセンサスに達するまで、すべての制御装置によって繰り返される。
すべての制御装置が、総発電量の変化に対するDERの最適な寄与を計算した時点で、コンセンサスに達する。コンセンサスに達するとすぐに、制御装置はそれに応じて制御するDERの発電量を調整する。
クレジット
著者 ｜サマンサ・ブルース
ビジュアル ｜イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校
編集 ｜デボラ・サント
