IICマイクログリッドテストベッドで実際の結果を得る

インダストリアルインターネットコンソーシアム（IIC）は、テストベッドプログラムから実際の結果を得ています。 RTIが共同で主導するMicrogridTestbedプロジェクトは、現在のグリッドが40％を超えることはできないのに対し、100％の再生可能エネルギー源でグリッドに電力を供給する能力を実証しています。また、ユーティリティが複数のマイクログリッドを管理するのに役立つクラウドベースの管理アプリケーションとの統合も示しています。

マイクログリッドの理由

汚染を減らし、災害への回復力を確保し、お金を節約するために、太陽光発電と風力発電への関心は今日も高まっています。しかし、既存の送電および配電システムは、太陽光や風力などの可変電力を生成する多数の分散型エネルギー資源（DER）を管理するようには設計されていませんでした。太陽電池アレイは、動きの速い雲で数ミリ秒で電力を失ったり、回復したりする可能性があります。または、風が突然低下する可能性があるため、代替ソースが利用可能であり、すぐに負荷を拾う準備ができている必要があります。必要に応じて集中型発電所をスピンアップ（またはダウン）するのに最大15分かかる場合があり、大規模火力発電所の場合はさらに長くかかる場合があります。供給は常に適切な動作のために需要と一致する必要があるため、グリッドの電圧または周波数が低下し、グリッドの障害につながる可能性があります。

マイクログリッドは、通常、DER、バッテリーなどのエネルギー貯蔵システム、およびマイクログリッドが主電力グリッドからそれ自体を分離して自律的に実行できるようにするいくつかのローカル制御機能の組み合わせで、封じ込められた領域をカバーします。したがって、電力の損失に迅速かつローカルに対応できます。これにより、ユーティリティが追加の発電機を立ち上げて電力を維持するために、さらに15〜30分の時間が提供される可能性があります。

図1.データ通信とエッジインテリジェンスを使用してローカル発電を自動化し、電力負荷とのバランスを取るマイクログリッドの例。マイクログリッドは、太陽や風力などの断続的なエネルギー源を統合するのに役立ちます。

さらに、これらの再生可能資源は、インバーターを介してACに変換する必要があるDC電力を生成します。従来の制御アルゴリズムは、主AC電力線を追跡するための強力な電圧および周波数信号があることを前提としています。 DCからACへの変換は、電力の大部分が石炭火力発電所のような従来の回転する発電機から供給されている場合に問題なく機能します。しかし、電力の大部分がDERから供給されている場合、インバーターのAC追従制御アルゴリズムは、相互に電力信号を追跡するため失敗します。その結果、DERは、世代の20〜40％を超えると、グリッドが不安定になります。これは、孤立した（「孤立した」）マイクログリッドにとっても特に課題です。マイクログリッドで主電力信号を生成するディーゼル発電機のようなものがなければ、安定していません。

100％再生可能エネルギー

公益事業者は、独自の通信インフラストラクチャをイーサネットトランスポートおよびインターネットプロトコル（IP）またはパケットベースのネットワークに移行しています。これにより、インバーターノード間に最新のリアルタイムイーサネットネットワークテクノロジーであるTime-sensitive Networking（TSN）を追加して、位相、周波数、および電圧のサブミリ秒の同期測定を提供できます。従来のAC信号追跡方式の代わりに、ネットワーク通信を使用して、位相、周波数、および電圧値のリアルタイム測定値を共有しました。これにより、仮想同期マスターを作成し、同期の問題に対処できます。これにより、安定したマイクログリッドで100％再生可能エネルギー源を実証できました。

クラウド統合と複数のマイクログリッド管理

提案されているマイクログリッドおよびDERアーキテクチャの3つの主要な機能は、グリッドのエッジでのインテリジェントな制御です。ローカル自律のためのピアツーピアの高性能通信。サードパーティのデータと分析を統合するクラウドベースの管理。階層型アーキテクチャを使用して、エッジ、マイクログリッドコントロール、およびそのリアルタイムデータバスをクラウドベースの管理、分析、および視覚化と統合しました。

図2：マイクログリッドおよび配電グリッド管理用に展開された通信および制御階層型アーキテクチャ。

バックエンド管理アプリケーションを使用して、グリッド、DER、および負荷の動作条件に関するデータを収集します。次に、気象条件などのサードパーティのデータでそれを強化し、インテリジェントな分析を実行して発電量を推定します。また、グリッドの安定性のためにローカルバランシング機関と統合し、ユーティリティバックエンドシステムと統合して、グリッドの動作の完全な可視性と制御を保証します。統合されたダッシュボードは、配電事業者、マイクログリッド事業者、場合によってはエンドユーザー自身にフロントエンドの視覚化を提供します。

図3.配電システムオペレーターインターフェースは、DER、制御可能な負荷、および複数のマイクログリッドを備えた配電グリッドの完全な可視性と制御を提供します。

ラボで100％再生可能エネルギーとマルチマイクログリッド制御を実証したので、次のステップは現場のユーティリティと連携することです。今後のアップデートにご期待ください。

詳細については、IICホワイトペーパー「SynchronizedandBusiness-ReadyMicrogrid」をご覧ください。