2018年4月7日

分散型マイクログリッド制御と通信

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本ブログ記事では、集中型から分散型マイクログリッド制御アーキテクチャへの進化を掘り下げ、イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校（UIUC）の研究者による革新的な取り組みに焦点を当てます。 ARPA-Eの資金提供を受けたこれらの研究者は、複数のマイクロコントローラーまたはノードが通信し合意形成を行う分散型制御アーキテクチャを開発し、中央制御装置の必要性を排除しました。博士課程学生のオラオル・アジャラは、ハードウェア・イン・ザ・ループ（HIL）マイクログリッド試験装置を用いてこのアーキテクチャを実証し、分散型制御装置が基幹電力系統に周波数調整サービスを提供できることを示しています。マイクログリッド管理におけるこの最先端のアプローチについて詳しく知るには、ブログ記事をお読みください。

集中型から分散型マイクログリッドへ

現在、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による集中制御方式で運用されている。中央制御装置（監視制御装置）が設置され、マイクログリッド内の各分散型エネルギー資源（DER）と点対点接続で接続されている。

イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校（UIUC）の研究者らは、ARPA-Eの資金提供を受け、完全に分散型の制御アーキテクチャを開発した。中央制御装置の代わりに、複数のマイクロコントローラーまたはノードが近隣のノードと通信し、合意形成を図る。UIUCの電力・エネルギーシステム専攻博士課程学生であるオラオル・アジャラは、ハードウェア・イン・ザ・ループ方式のマイクログリッド試験装置を用いて、この分散型制御アーキテクチャの動作原理を実証している。

ハードウェア・イン・ザ・ループ型マイクログリッド試験装置

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）の協調制御に使用されるインバータごとに1台ずつ、複数の分散型コントローラを備えたハードウェア・イン・ザ・ループ試験装置で構成される。本デモでは例として、基幹系統に提供される周波数調整サービスを実証する。

このハードウェア・イン・ザ・ループ試験環境では、独立したシステムオペレーターが2～4秒ごとに、コンピュータで表されるアグリゲーターに調整信号を送信する。この情報に基づき、アグリゲーターは調整信号を追従させるために連系線交換に必要な発電量の総変化量を決定する。その後、アグリゲーターはこの変化量を、オレンジ色のマイクロコントローラーで表されるリーダーに伝達する。

二つのマイクログリッド試験環境レイヤー

物理層はマイクログリッドで構成され、一連のタイラインを介して大規模電力系統と相互接続されている。マイクログリッドには4つのインバータ接続型分散型エネルギー資源（DER）が設置され、各々はシステムへ所定の実電力および無効電力を供給するよう制御される。全てはTyphoon リアルタイムシミュレータ上でモデル化およびシミュレーションされる。Typhoon 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用いられる。

サイバー層は、アグリゲーターと4つの制御デバイスで構成され、通信ネットワークを介して相互接続されている。サイバー層の各制御デバイスは、物理層の分散型エネルギーリソース（DER）を制御する。ハードウェアでは以下のデバイスを用いて実装される：コンピュータ、4つのマイクロコントローラー、およびXbeeベースの無線通信ネットワーク。