コミュニケーションが新しいグリッドの成否を左右します。
なぜ通信は、大規模でスマート、分散型、デジタル化されたグリッドにとって最大の障害となる可能性があるのでしょうか？ Apple iPhoneから友人にメッセージを送信したいのに、彼女がSamsung Galaxyを使っているためにできない、そんな状況を想像できますか？ あるいは、USBメモリを別のコンピューターで使いたいのに、毎回ドライバーソフトウェアをインストールしなければならない、そんな状況を想像できますか？ 人生は地獄となり、デジタル世界は完全に停止してしまうでしょう。もちろん、こうしたシナリオは（悪夢のような）空想の産物です。
それともそうでしょうか？残念ながら、MODBUSを利用する分散型エネルギーデバイス（DER）の通信標準化の環境は、大多数のDERにおいて実質的に存在しません。1979年の発売以来、MODBUSはあらゆる種類の産業機器における事実上の標準通信プロトコルとしての地位を確立し、現在も数百万台ものMODBUSデバイスに搭載され、私たちの産業文明と電力網の運用を支えています。ほとんどのDERは同じ通信プロトコル（MODBUS）をサポートしていますが、実際には相互に「通信」することはできません。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、他社のデバイスを制御できないのと同じです。
主にMODBUSについてです…
MODBUSは多くのDERデバイス間の通信において確立された標準規格ですが、標準化されているのはメッセージの編成と伝送方法のみであり、メッセージ自体ではありません。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ことは、言葉を使うことに同意することでグループ内の人々が円滑にコミュニケーションできると仮定し、同時に全員がそれぞれの言語で話すことを許容するのと同等です。実際には、例えばSMAソーラーインバータの有効電力出力を監視するためのMODBUSメッセージは、Kostalインバータで全く同じ目的で使用されるMODBUSメッセージとは全く異なるものになります。さらに悪いことに、同じMODBUSメッセージであっても、メーカーによって全く異なる効果をもたらす可能性があります。あるメーカーのインバータでは、インバータの出力を事前に指定された設定値まで抑制するメッセージが使用されますが、別のメーカーのインバータでは、同じメッセージでインバータの電源がオフになることがあります。同じメーカーであっても、DERの世代ごとにMODBUSメッセージの「意味」を変更することがあります。
…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ります。
MODBUS SunSpec、OPC UA、IEC 61850、OCPP などの一部の最新通信プロトコルは、まったく新しい通信プロトコルの相互運用性の問題を生み出すことで、MODBUS メッセージの相互運用性の問題を解決しています。これらのプロトコルはそれぞれ異なる人間の言語と考えることができ、あるプロトコルを「話す」デバイス (OPC UA を使用するバッテリー ストレージ システムなど) は、別のプロトコルを「話す」別のデバイス (OCPP を使用する EV 充電器など) と「会話」することはできません。複数の言語で有用なコミュニケーションを実現するには翻訳または多言語対応が必要であるのと同様に、複数の DER 制御プロトコルでも同じことが求められます。つまり、プロトコル間のエラーのない翻訳、または単一デバイスでの複数プロトコルの完全サポートです。これらはどちらも、最新かつ最高級の DER とそれが通信する監視制御システムの間でさえ、ほとんど実現されていないか、根本的に存在しません。
つまり、スマートで分散化されたデジタルグリッドを実現する上で、通信こそが最大の障害となっているのです。なぜなら、標準化されていないMODBUSメッセージ、あるいは互いに「理解できない」様々なプロトコルのために、DER（分散型エネルギーシステム）は互いに「通信」できないからです。この状況は、機器メーカーの責任ではなく、ICTと同様にDER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取り組みが不十分だったことに留意すべきです。
現在、DER 通信の問題を解決するのに役立つものは何でしょうか?
各国政府がDER通信の標準化をただ待つのではなく、今日では、異なる系統関係者とDERが通信、調整、そして動作の同期を可能にするシンプルなソリューションが存在します。このソリューションは、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エンジニアリング手法と組み合わせることで、 HIL互換となります。この組み合わせは、通信の課題を解決するだけでなく、環境に優しく、安全で、効率的で、拡張性に優れ、迅速な系統近代化を支援します。これにより、合意されたCO2排出量削減目標の達成までの期間を短縮できます。
モデルにより、スケーラビリティが向上し、通信の問題を迅速に解決できるようになります。
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、高精度な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組み合わせることで、この問題に対処します。これにより、エンジニアは、物理デバイスで使用するのと同じメッセージを使用して、接続された電力網におけるDERの動作をリアルタイムでエミュレートできます。
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際のリスクを負うことなく、エミュレートされたモデルのドメイン内でより迅速かつ正確な意思決定と通信および制御戦略のテストおよび最適化が可能になります。あらゆる監視およびコマンドメッセージをテストし、停電、位相損失、短絡などのあらゆるケースを含め、その動作を仮想的に検証することで、マイクログリッドまたは特定のDERがあらゆるシナリオで動作することを確認できます。さらに、このアプローチにより、エンジニアは設計プロセスの早い段階、つまり試運転よりずっと前に、さまざまなDER間の潜在的な相互運用性および互換性の問題を特定し、対処することができます。テスト結果により、重要な関係者は、デバイスが現場で接続された瞬間から、正しく機能し、互いに、そして電力網と効果的に通信するように設定されているという確信を得ることができます。
HIL 互換により、導入のリスクが軽減され、比類のない統合速度が保証されます。
HIL 互換は、ハードウェア コントローラ (OEM ソーラー インバータ コントローラとそのソフトウェアなど) 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ものです。このスマート モデルは通常、Typhoon HIL SCADA パネル、MODBUS またはその他の通信プロトコル マップ、電力ステージの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 アプローチと比較すると、HIL 互換は、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 DER コントローラに基づいてデジタル統合を行うため、モデル化されたコントローラよりもはるかに高い忠実度を実現します。そのため、HIL 互換は、さまざま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、OEM とシステム インテグレーターの両方にとって夢の統合です。さらに、HIL 互換は、電力会社が新しいデバイスやベンダー/OEM 全体を認定するための優れた方法です。
OEM や DER メーカーの観点から見ると、製品ポートフォリオの一部またはすべてが HIL 互換形式であれば、インテグレーターはそれらを使用して、小規模な PV 発電所から、PV、バッテリー ストレージ、風力、発電機、保護リレーで構成されるマイクログリッド全体に至るまで、新しいプロジェクトに DER をデジタルで準備して統合できます。言い換えれば、ポートフォリオを HIL 互換として提供する OEM/DER メーカーは、インテグレーターがマイクログリッド テストベッドとHIL 互換DER を使用して運用上の問題を事前に簡単に解決し、テストベッドから実際のデバイスに構成をプッシュできるため、インテグレーターによる製品の選択と展開が容易になります。相互運用性と通信の問題は試運転の遅延の最も一般的な原因の 1 つであるため、これにより、新しい DER プロジェクトの試運転時間を 3 分の 1 以上に短縮できます。
従来のアプローチと分散型アプローチの両方に最適
モデルベースのハードウェアインザループアプローチとHIL互換の組み合わせは、集中型および分散型制御システムの両方におけるDER通信の問題に対処するのに適しています。展開前に、すべての関連通信プロトコルとすべての関連機器のマップを備えたモデルとHIL互換デバイスを用意しておくことで、インテグレーター、マイクログリッドオペレーター、ユーティリティ、および仮想発電所のマネージャーは、将来の通信や相互運用性の問題を心配することなく、運用アルゴリズム、決定木、最適な制御アクションの特定に集中できるようになります。さらに、このアプローチは、多様なDER（ユーティリティ、アグリゲータ、仮想発電所など）の幅広いポートフォリオを持つ企業にとって、新しいサプライヤーまたは既存のサプライヤーの新しいデバイスを認定するための優れた方法を提供します。モデルまたはHIL互換デバイスは、以前に認定され「信頼できる」DERと組み合わせて、障害を含むすべての動作条件でHILマイクログリッドテストベッドで徹底的にテストできます。
HIL互換とモデルベースのHILで通信の問題を解決
HIL互換デバイスと組み合わせたモデルベースのハードウェア・イン・ザ・ループ・アプローチの最大の利点は、デバイスがMODBUS、OPC UAなどの最新の通信プロトコル、あるいはそれらの組み合わせを使用しているかに関わらず、新しいマイクログリッド、設備、システム、あるいはシステム・オブ・システムズの開発初期段階で、スマートグリッド接続型DERの相互運用性問題を解決できることです。マイクログリッド・テストベッドで物理デバイスと同じプロトコルと通信メッセージを使用することで、実際のシステムに導入する前に、制御された安全な環境でデバイスの通信および制御システムをテストおよびシミュレーションできます。さらに、マイクログリッド・テストベッドのDERモデルの通信設定を物理デバイスにプッシュできるため、試運転時間を数桁短縮できます。このアプローチにより、エンジニアは開発プロセスの早い段階で潜在的な相互運用性の問題や互換性の問題を特定し、対処することができます。そのため、主なエンジニアリング作業は通信問題の修正ではなく、制御アルゴリズムと戦略のテストと最適化に充てることができ、あらゆる種類のスマートグリッド設備の全体的なパフォーマンスと信頼性をさらに向上させることができます。最後に、このアプローチは OEM サプライヤーの事前認定に最適な選択肢であり、インテグレーターと OEM の両方に、プロジェクトを期限通りに納品するためのまったく新しいレベルの効率性と信頼性をもたらします。
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|セルヒオ・コスタ、デボラ・サント
