オーティス・マイクログリッドが軍用マイクログリッド・プロジェクトのモデルに
レイセオンは、最先端のTyphoon HIL技術を使用して、マサチューセッツ州にあるオーティス空軍州兵基地の監視マイクログリッド制御の設計と試験を行った。
同基地は1938年に建設され、オーティス空軍基地として知られた後、現役からサイバーセキュリティ情報および土木工学通信ユニットである第102情報航空団を擁する空軍州兵基地に移行し、世界中で作戦を支援している。基地は電力を失うリスクを冒すことはできず、商用送電網に何が起ころうとも、24時間365日安全で安定した電力を必要としている。
このサクセスストーリーは、エネルギーの独立性とサイバーセキュリティを確保しながら、軍用マイクログリッドの自然エネルギーへの移行を可能にする課題とソリューションの両方を示している。
オーティス・マイクログリッド・コンポーネント
- 発電：1.5MW風力タービンと1.6MWディーゼル発電機
- ストレージEcoult社のUltrabattery鉛蓄電池をベースにEastPenn社が構築した1.6MW/1.2MWh蓄電池システム（BESS）、
- 制御：レイセオンのインテリジェント電力・エネルギー管理（IPEM）マイクログリッド制御システム。
このようなマイクログリッドを構築する際に大きな課題となるのは、一旦システムに組み立てられた後、ユニークな構成のコンポーネント間の相互作用の結果として発生する創発的挙動の予測である。すべての電力システムにおいて、特に軍事用システムでは、無停電運転を提供することが特に重要である。
私たちは幸運にも、発電能力の大きさと実際の負荷の大きさがかなり適合している。
ショーン・ドイル
元オーティス・マイクログリッド・プロジェクト・マネージャー
レイセオン
オーティス・マイクログリッドは、国防総省のマイクログリッド開発でいくつかの重要なマイルストーンを達成した1：
- は、国防総省（DoD）の施設全体をサポートする初の風力マイクログリッドである、
- は、地域の電力網へのサイバーセキュアな接続を保証する最初の米軍施設である、
- は、東部マサチューセッツ州とISOニューイングランドで初めてアンシラリーサービスを提供するマイクログリッドである、
- BESSを活用し、ユーティリティ・グリッドから完全に独立した初のマイクログリッド。
マイクログリッド・コントローラーの設計とテストの課題
監督レベルのマイクログリッド制御を設計しテストする場合、特に軍事用に使用する場合、ユーティリティ関連の主要な懸念事項がいくつかある。さまざまな発電要素をディスパッチし、大きな時間スケールでマイクログリッド内の需要と供給をバランスさせる負荷制御を保証する必要がある。定常状態での運転を可能にするだけでなく、負荷が大きく変化するようなさまざまな動的条件下での安全な運転も要求されます。
システムの特殊な設計や場所に特有の過渡現象が存在する場合でも、電力の維持、品質、安定性に耐えられるような機能を設計する必要がある。例えば、この分野では、ハリケーンや冬の嵐のような自然災害が頻発し、その激しさも増している。
同時に、ケープコッドの電力インフラの多くはかなり古いため、より脆弱である。そのため、電力を断続的に使用するためには、商用グリッドがダウンしたときにマイクログリッドが完全にアイランド化するようにすることが重要であり、一般的には、ハードウェアシステムにダメージを与えないような対策を講じる必要がある。
何もかもが、文献に書かれているような期待通りの振る舞いやコミュニケーションをすることはない。
Dave Altman
オーティス・マイクログリッド主席研究員
Raytheon
このプロジェクトでは、レイセオンは、電力系統内のさまざまなコンポーネントの創発的な挙動を予測できるように、独自のシステム構成におけるコンポーネントの挙動を確実に理解する必要もあった。制御テストは、マイクログリッド・コントローラーのテストのベースラインを設定するIEEE 2030.8標準要件に基づいて行われた。外部の強力な協力者と協力して、推奨規格に従った試験を設定したことが、このプロジェクトの成功の基礎となった。
さらに、市販されている機器を統合する場合、セキュリティーが要求されないため、本質的にあまりセキュリティーが高くないという課題もある。マイクログリッドとのサイバーセキュアな接続を維持することは、特に軍事利用においては重要な要件であるため、監視制御システム自体にさらなるレベルのセキュリティを組み込む必要がある。
ソリューション ｜C-HILはリスクを減らし、テスト・カバレッジを高める。
国防総省はリスクを非常に嫌うため、資本設備や長期契約を含む大規模な投資を行う場合は常に、その内容を理解することを求めています。TyphoonHIL技術を使用することで、レイセオンはシステムのデジタルツイン内でシステム統合の問題を忠実にシミュレーションし、様々な分散型エネルギー資源（DER）を統合する際に生じる挙動を予測することができた。
これにより、シミュレーション環境から得られた結果を国防総省の投資判断に役立てることができました。Raytheon社はまた、C-HILはPower HIL（P-HIL）よりもはるかに適したアプローチであることを発見しました。パワーデバイスよりもコントローラの動作を理解することの方が重要であり、テストを実施するための高価な専門設備が必要ないため、大規模システムのシミュレーションに便利だからです。
C-HILへの移行は、実電力ハードウェアを使用する代わりに大規模システムをシミュレーションできる利便性が動機となった。
Dave Altman
オーティス・マイクログリッド主席研究員
Raytheon
C-HILのテスト自動化能力により、プロジェクト内での作業スピードも向上した。Typhoon チームは、シミュレートされたパワーステージと物理的なコントローラとのインターフェイスという最も困難な部分を直接支援してくれました。
シミュレーションとテスト自動化がうまく設定されていることを確認するのに一番時間と知識がかかるにもかかわらず、わずか数日で完全なテスト計画が立ち上がり、実行できるようになった。その後、テストを繰り返したり、問題を修正したりするのはずっと簡単になりました。
シミュレートされた環境でのテストは、設定の変更や多くの可能性の追求が簡単かつ迅速に行えるため、比類のない柔軟性も提供します。そのため、C-HILはテスト中のリスクを低減し、現場でのシステム統合の問題を防ぎます。このような品質保証の向上は、顧客の信頼構築に役立ちます。
同時に、時間の経過とともに技術は向上し、制御システムにはそれらの変更をテストする能力が必要となる。デジタル・ツインを持つということは、マイクログリッドの一部を継続的に改良し、その都度、システム全体がどのように動作するかをテストできることを意味する。
C-HILの利点は、通常であれば発生するはずの統合作業を加速させ、リスクを軽減させることだ。
Dave Altman
オーティス・マイクログリッド主席研究員
Raytheon
デジタル・ツインを使用して、マイクログリッドは商用送電網がダウンしたときに完全にアイランド化し、バッテリーを使用して発電機に電力を供給し、商用送電網がバックアップされたことを検知するまで発電機に依存できるように設定された。また、サイバーセキュアな接続が確保されたため、基地内でハードウェアシステムへのダメージが防止された。
RaytheonはC-HILを使用して、リアルタイムシミュレーション環境で監視マイクログリッド制御アルゴリズムをテストした。これらのHILテストシナリオは、オンサイトでのテストは困難です。C-HILは、さまざまな過渡現象や故障シナリオのテストカバレッジを向上させます。
C-HILによるテストシナリオの例：
- ディーゼル発電機が緊急運転モードから通常運転モードに移行する、
- BESSインバータが-800kWから800kWに移行する、
- アイランド運転時の過渡現象（保護リレーがトリップする）、
- 電力網からの切り離し、
- グリッド接続からアイランド・モードへの移行、
- 系統との共通結合点（PCC）での故障。
安全で信頼できるリアルタイムのテスト環境において、マイクログリッドの動作の安全性が、これらすべての、そしてその他多くの予想される、あるいは極端なテストシナリオを通じて、制御によって確保されていることを確認することは、システムの品質を保証するのに役立った。
クレジット
著者 ｜デボラ・サント
ビジュアル ｜レイセオン
編集 ｜デボラ・サント
参考文献1 ｜アンドリュー・バーガー.Otis Microgrid Nearly Ready and Poised to Make Some Energy History in MA.Microgrid Knowledge.https://microgridknowledge.com/otis-microgrid-development/2018年8月22日掲載。2020年9月11日アクセス。
