はじめに
マサチューセッツ州クリーンエネルギーセンターとMITリンカーン研究所が主催する今年のマイクログリッド＆分散型エネルギー資源（DER）コントローラーシンポジウムにおいて、Typhoon 、実産業用コントローラーと接続された超高忠実度コントローラー・ハードウェア・イン・ザ・ループ（HIL）を用いた、2つのライブ・マイクログリッドHILテストベッドデモをメインステージで発表します。
イートン社とGE社のマイクログリッド制御装置を実演します。両装置はマイクログリッドHILテストベッドに直接接続され、3系統のフィーダー（24のバスを含む）、ディーゼル発電機1基、熱電併給式天然ガス発電機1基、蓄電池、太陽光発電インバーター、および複数の負荷から構成される複雑なマイクログリッド制御装置のHILリアルタイムシミュレーションを制御します。
さらに興味深い実験として、ランダムな故障を注入します。具体的には、マイクログリッド制御装置に対し、有効電力／無効電力を輸出するためのDMSリクエストを送信し、孤立運転状態に移行させます。同時にマイクログリッドのブラックスタートを実施し、これら全ての操作を実行しながら、マイクログリッドの「パルス」を監視し、全ての性能パラメータをリアルタイムで計測・ストリーミングします。
ベンダー各社と連携し、マイクログリッドHILテストベッドへのコントローラー統合を進め、究極の性能試験を実施する中で、マイクログリッドおよびマイクログリッドコントローラーの試運転と試験がいかに困難で過酷な作業であるかを身をもって実感しています。現代においてもなお。
事態をさらに複雑にしているのは、マイクログリッドプロジェクトの大半が、既存の電力システムのアップグレードや改修であるいわゆる「ブラウンフィールド」プロジェクトである点だ。こうした異種混合のマイクログリッドにおいて、レガシー資産と新規マイクログリッド資産を連携させ、通信させることは非常に困難な課題である。
マイクログリッド制御装置の設計、統合、および試運転において、今日私たちが認識しているように、克服すべき5つの大きな課題がある：
- マイクログリッド制御装置と分散型エネルギー資源（DER）リレー間の通信設定および試験
- 保護機能の設定とテスト
- DERコントローラーの設定とテスト
- アイランドモードにおける電力品質とシステム安定性
- マイクログリッドおよびマイクログリッド制御装置の認証
超高精度コントローラHILシミュレータがなければ、マイクログリッド制御装置ベンダーは設計段階から直接、現場での試運転・試験に移行するしか選択肢がなかった。この試運転が改修工事の場合、プロジェクトコストと工数は指数関数的に膨れ上がる。
コントローラ・ハードウェア・イン・ザ・ループは、マイクログリッドの試験、試運転、事前認証を加速し、これら5つの主要なマイクログリッド課題を解決します。実際、MITリンカーン研究所のマイクログリッド＆分散型エネルギー資源（DER）コントローラシンポジウムでは、ハードウェア・イン・ザ・ループ（HIL）テストベッドと多様なマイクログリッドコントローラベンダーを用いて、この実証を行っています。
通信テスト
マイクログリッド通信分野では多様な通信プロトコルが存在し、明確な標準化がなされていないため、マイクログリッドコントローラが全ての資産と通信できるようにするだけでも、多大な専門知識と時間を要する。 たとえ全てのノードが同じ「言語」（例：Modbus）で通信する場合でも、適切なレジスタ、アドレス、モードなどを設定するには膨大な時間を要します。さらに、分散型エネルギー資源（DER）が電力を供給している現場で、マニュアルを読む余裕も限られている状況下でこの作業を行うことは、極めて危険な作業となります。
幸いなことに、マイクログリッドのハードウェア・イン・ザ・ループ（HIL）シミュレーションでは、様々な分散型エネルギー資源（DER）やリレー向けに超高精度の通信モデルを提供しており、マイクログリッド制御装置をHILに接続し、仮想デバイスを用いて通信を設定することが可能となります。デスクトップHILがマイクログリッド制御装置と直接通信する環境下で、このステップをオフィス内で快適に実施できる場合、時間とコストにおいて驚異的な節約が実現できます。
保護
保護と保護協調の調整は複雑な作業であり、特に孤立運転時や電力電子コンバータの大量導入時には顕著である。さらに、従来の放射状ネットワークに取って代わりつつあるネットワーク化されたトポロジーは、ネットワーク構成の再構築可能性を含む新たな課題群をもたらしている。
コントローラ・ハードウェア・イン・ザ・ループ（HIL）シミュレーションは、あらゆる異なる故障シナリオに対する全ての保護機能および保護協調動作をテストするための完全な環境を提供します。さらに、コントローラHILは、高忠実度のリレーモデルから開始し、シミュレーションと連動した実リレーを用いたテストへ移行する柔軟性を備えています。
DERコントローラーの設定とテスト
マイクログリッドプロジェクトでは、異なるメーカーの異種分散型エネルギー資源（DER）を機能的なユニットに統合する必要が生じることが多い。特定のマイクログリッドアーキテクチャ向けにインバーターや発電機を構成・調整することは、困難な作業となり得る。
分散型エネルギー資源（DER）コントローラをテストベッドに統合したコントローラ・ハードウェア・イン・ザ・ループ（HIL）シミュレーションにより、現場に出向いてフルパワー試験を実施する必要なく、快適な設定とパラメータ調整プロセスが可能となる。デスクトップHILをマイクログリッドコントローラおよびDERコントローラに接続し、オフィス環境でこれを行うことで得られる時間と費用の節約効果は計り知れない。 特定のコントローラハードウェアがテストベッドに統合されていなくても、コントローラモデルを用いて複数のパラメータを調整・テストすることが可能であり、これらは現場での確固たる出発点として活用できる。
孤立運転モードにおける電力品質とシステム安定性
系統連系運転におけるマイクログリッド制御は困難ではあるが、マイクログリッド制御装置の真の実力は、系統連系モードから孤立運転モードへ、そして再び系統連系モードへシームレスに移行する能力、および厳密な周波数・電圧制御を含む電力品質を提供する能力にある。さらに、孤立運転が最も重要である。
マイクログリッド制御装置の認証
インバーターベースの分散型エネルギー資源（太陽光・風力）におけるコントローラー・ハードウェア・イン・ザ・ループ（HIL）事前認証が急成長している一方で、マイクログリッドの試験は未だ初期段階にある。さらに、マイクログリッドの標準化も始まったばかりである。IEEE1547.4は優れた実践例を概説し始めており、新たな改訂版IEEE1547がより多くのマイクログリッド標準化をカバーすることが期待されるが、この分野は依然として未開拓の領域が多い。
マイクログリッド向けの新たな規格では、分散型エネルギー資源（DER）と同様に、低電圧再同期（LVRT）/高電圧再同期（HVRT）、低周波再同期（LFRT）/高周波再同期（HFRT）、および系統支援機能が要求される。これらを体系的に試験する唯一の手段はcHIL（コントローラ・ハードウェア・イン・ザ・ループ）によるものである。メガワット級電力レベルにおけるあらゆるマイクログリッド構成のフィールド試験は現実的ではない。マイクログリッドの試験と認証において、コントローラ・ハードウェア・イン・ザ・ループは代替不可能なツールとなるだろう。
クレジット
著者 | Ivan Celanovic
ビジュアル | Typhoon
編集者 | Debora Santo
