2024年10月31日

クロックが重要な理由：電力網運用における重要な役割を探る

読了時間| 5分

ヘンリー・E・ウォーレンによるマスターステーションクロックの発明が、電力網の周波数調整に革命をもたらし、今日の世界に電力を供給する相互接続された電力網への道を切り開いた経緯をご覧ください。このブログ記事では、この画期的なイノベーションの歴史と永続的な影響、そしてTyphoon HIL環境におけるHILグローバル時刻同期の実装方法について詳しく説明します。

はじめに| 電力網を変革した時計

20世紀初頭の電力網は、今日の電力網とは大きく異なっていました。分断され、非効率で、不安定になりがちでした。電力供給の安定化と近代化に貢献した重要なブレークスルーの一つは、ヘンリー・E・ウォーレンによるマスターステーションクロックの発明でした。ウォーレンのクロックは、交流電流（AC）の周波数を調整することで、相互接続された電力網の信頼性を確保し、今日私たちが頼りにしているものです。このブログでは、この重要なイノベーションが電力送電の未来をどのように形作り、現代のエネルギーインフラの基盤を築いたのかを探ります。

課題| 初期の電力網と周波数不安定性

マスターステーションクロックが導入される以前、電力網は安定した周波数を維持するという課題に直面していました。不安定な電気周波数は、安定した電力供給に依存して確実に動作する機器にとって問題を引き起こしました。電力需要が増加し、発電所がより広い地域に電力を供給し始めるにつれて、この問題は深刻化しました。

各発電所は独立して運用されており、標準化された周波数がなかったため、相互接続された送電網の構築は大きな課題でした。より多くの産業や家庭が電力に依存するようになるにつれ、交流周波数を管理・安定化するための信頼性の高いソリューションの必要性がますます高まっていきました。

解決策| ヘンリー・E・ウォーレンの革命時計

1916年、技術者であり発明家であったヘンリー・E・ウォーレンは、電力網に革命をもたらすことになるマスターステーションクロック（図1参照）を開発しました。ボストンのエジソン電気照明会社のLストリート発電所に設置されたウォーレンのクロックは、同期モーターと連動して交流周波数を毎秒60サイクルで一定に制御しました。

このマスターステーションクロックは、同期モーターの動きを機械式振り子と比較することで動作し、系統運用者がシステムの周波数をリアルタイムで監視・調整することを可能にしました。同期モーターは交流電流の周波数に同期し、信頼性の高い計測値を提供することで、系統全体の周波数の一貫性を確保しました。

この時計の精度は画期的な進歩であり、発電所の出力同期を可能にし、相互接続された送電網の形成につながりました。より多くの発電所がマスターステーションクロックを採用するにつれて、各発電所は電力を共有し、安定した送電網を構築できるようになりました。1940年代までに、ウォーレンの時計は米国の送電線の大部分を制御するようになりました。

**図1.**米国マサチューセッツ州アッシュランドのTelechron社製のウォーレン・マスタークロック・モデルA。画像出典: https://my-time-machines.net/warren_master_clock.htm

影響| 電力網における周波数規制

発電所間で安定した60ヘルツの周波数を維持できる能力は、電力供給を根本から変革しました。この一貫性により、複数の発電所がより大きな電力網の一部として運用され、負荷を分担し、効率を向上させることが可能になりました。ウォーレンの発明は、現代の電力供給の基盤を形成する相互接続された電力網の開発において極めて重要な役割を果たしました。

さらに、周波数調整により電力網の信頼性と回復力が向上し、混乱を最小限に抑え、電力需要のより適切な管理が可能になりました。ウォーレンの周波数調整に関する研究は電力業界全体に波及効果をもたらし、より高度な電気システムの開発を促しました。

現代の電力網は周波数調整に原子時計などの先進技術に依存していますが、ウォーレンの発明によってもたらされた原理は電力網管理システムの基礎を築きました。彼の発明は、今日の電力システムの安全性、効率性、信頼性を確保する技術への道を切り開きました。

現代のグリッド| デジタル変電所における時間

デジタル変電所では、円滑な運用のために同期が不可欠です。GPS受信機は衛星から正確な時刻信号を提供し、変電所内のすべてのデバイスが同じ時計を使用していることを保証します。この同期は、イベントの正確な記録、保護システムの調整、および一貫したデータの収集に不可欠です。IEEE 1588 PTPやNTPなどの高度なプロトコルは、これらの時刻信号をネットワーク経由で配信し、すべてをマイクロ秒単位で同期させます。信頼性を維持するために冗長システムが採用されることが多く、1つのシステムに障害が発生しても、変電所は円滑に動作し続けることができます。この正確なタイミングは、電力網の安定性と信頼性の維持に役立ちます。Typhoon HIL環境でグローバル時刻同期がどのように実装されているかは、以下のビデオチュートリアルで説明されています。また、時刻同期のドキュメントページでも詳細を読むことができます。