導入
今年のマサチューセッツ 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マイクログリッド & DER コントローラ シンポジウムで、Typhoon HIL は、実際の産業用コントローラとインターフェイスされた超高忠実度コントローラ ハードウェア イン ザ ループ (HIL) を使用して、マイクログリッドHIL テストベッドのライブ デモ 2 つをセンターステージで発表します。
Eaton と GE のマイクログリッド コントローラの両方を実際にデモし、マイクログリッド HIL テストベッドと直接インターフェイスして、24 個のバスを備えた 3 つのフィーダー、1 つのディーゼル発電機、熱電併給の天然ガス発電機 1 つ、バッテリー ストレージ、PV インバータ、およびリアルタイムで実行される複数の負荷で構成される複雑なマイクログリッド コントローラ HIL リアルタイム シミュレーションを制御します。
さらに興味深いことに、ランダム障害を挿入し、マイクログリッド コントローラーに DMS 要求をディスパッチして有効電力と無効電力をエクスポートし、アイランドに送信し、マイクログリッドをブラックスタートし、その間、マイクログリッドの「パルス」を監視し、すべてのパフォーマンス パラメーターをリアルタイムで測定およびストリーミングします。
ベンダーと協力して、マイクログリッドHILテストベッドにコントローラを統合し、究極のパフォーマンステストを実施する中で、マイクログリッドとマイクログリッドコントローラの試運転とテストがいかに困難で骨の折れる作業であるかを身をもって体験しています。現代においてもなお、なおさらです。
さらに事態を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にあたる、いわゆる「ブラウンフィールド」プロジェクトであることです。このような異機種混在のマイクログリッドにおいて、既存のマイクログリッド資産と新規のマイクログリッド資産を連携させ、通信させることは至難の業です。
マイクログリッド コントローラの設計、統合、試運転の過程では、今日私たちが認識しているように、克服する必要がある 5 つの大きな課題があります。
- マイクログリッドコントローラとDERリレー間の通信の構成とテスト
- 保護の設定とテスト
- DERコントローラの構成とテスト
- 孤立モードの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コントローラの認証
超高忠実度のコントローラHILシミュレータがなければ、マイクログリッドコントローラベンダーは設計段階から現場での試運転とテストに直接移行するしかありませんでした。この試運転が後付け作業となると、プロジェクトのコストと時間は飛躍的に増大します。
コントローラのHIL（Hardware in the Loop）は、マイクログリッドのテスト、コミッショニング、事前認証を迅速化し、マイクログリッドの5つの主要課題を解決します。MITリンカーン研究所のマイクログリッド＆DERコントローラシンポジウムでは、HIL（Hardware in the Loop）テストベッドと様々なマイクログリッドコントローラベンダーを用いて、まさにこの課題を実証しています。
通信テスト
マイクログリッド通信分野には多様な通信プロトコルが存在し、明確な標準化も存在しないため、マイクログリッドコントローラーがすべての資産と通信できるようにするだけでも、相当の専門知識と時間が必要です。すべてのノードがModbusなどの同じ「言語」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がかかります。DERが電力を供給している現場で、マニュアルを読むだけの忍耐力もなくこれを行おうとすると、非常に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HIL（Hardware in the Loop）シミュレーションは、様々なDER（分散電源）やリレーに対応した超高忠実度の通信モデルを提供しており、マイクログリッドコントローラをHILに接続し、仮想デバイスを用いて通信を構成することができます。このステップをオフィスで快適に実行し、デスクトップHILからマイクログリッドコントローラに直接通信できれば、時間とコストを大幅に節約できます。
保護
保護と保護協調の調整は、特に孤立運転やパワーエレクトロニクスコンバータの普及率が高い状況では複雑な作業となります。さらに、従来の放射状ネットワークに代わるネットワーク化されたトポロジが増えており、ネットワークトポロジの再構成可能性など、新たな課題が生じています。
コントローラHILシミュレーションは、あらゆる障害シナリオにおけるあらゆる保護機能と保護協調機能をテストするための包括的な環境を提供します。さらに、コントローラHILは、高精度リレーモデルから始めて、シミュレーションと実際のリレーを用いたループテストに移行できる柔軟性を提供します。
DERコントローラの構成とテスト
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機種分散型分散電源（DER）を一つの機能ユニットに統合する必要があることがよくあります。特定のマイクログリッドアーキテクチャに合わせてインバータや発電機を構成・調整するのは、非常に困難な作業です。
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・シミュレーションは、現場に出向いてフルパワーテストを実行することなく、快適な設定とパラメータ調整プロセスを実現します。マイクログリッドコントローラとDERコントローラにインターフェースされたデスクトップHILを使用して、快適なオフィスでこのプロセスを実行できるため、時間とコストを大幅に節約できます。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い場合でも、コントローラモデルを使用して、現場での確実な出発点となる多数のパラメータを調整およびテストできます。
孤立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すが、マイクログリッドコントローラの真の実力は、系統連系モードから単独運転モードへ、そしてその逆へとシームレスに移行できる能力、そして厳密な周波数・電圧制御を含む電力品質の提供能力にあります。そして、単独運転は極めて重要です。
マイクログリッドコントローラの認証
インバータベースのDER（太陽光および風力）のコントローラ・ハードウェア・イン・ザ・ループ（HIL）事前認証は急速に普及しつつありますが、マイクログリッドの試験はまだ初期段階にあります。さらに、マイクログリッドの標準化もまだ初期段階です。IEEE1547.4では優れた実践例が示され始めており、IEEE1547の次期改訂版では、マイクログリッドの標準化がさらに充実することが期待されます。この分野は未開拓の領域です。
マイクログリッドの新たな標準規格では、DERと同様に、LVRT/HVRT、LFRT/HFRT、そしてグリッドサポート機能が求められます。これらを体系的にテストする唯一の方法はcHILです。メガワットレベルの電力で、あらゆるマイクログリッド構成をフィールドテストすることは不可能です。Controller Hardware in the Loopは、マイクログリッドのテストと認証において不可欠なツールとなるでしょう。
クレジット
著者| イヴァン・チェラノヴィッチ
ビジュアル| 台風HIL
編集者| デボラ・サント
