プロジェクト概要
世界各地では、情報技術、通信技術、自動化技術の組み合わせにより、電力系統を監視できるスマートグリッドが構築されています。スマートグリッドは、風力や太陽光などの再生可能エネルギーの開発と既存の電力供給システムでの利用を促進します。そのためには、電力系統の運用効率の向上や電源の安定化が欠かせません。
しかし、電力システムの動作（発電と送電、電圧レベルの変更、そして個々の顧客に接続する配電線への配送）は洗練されすぎており、一朝一夕にスマートグリッド化するには無理があります。より現実的な方法は、スマートグリッドの国際規格であるIEC 61850を活用し、グリッドの個々のサブシステムで使用される機器の相互運用性の欠如や、これらの機器を統合することの難しさに対処することです。
このような可能性は、アドバンテックのSCADAグラフィックス制御プログラムと電力システムと互換性のあるアドバンテックブランドのハードウェア製品を活用したIntelligent Cloud Plus（以下ICP）社によって実践されています。このインテリジェンス施設では、オペレータ側がディスプレイ上の電力データを表示し、リモート監視とプロトコル変換を介して新しい規格の実現可能性を評価することができます。
プロジェクト要件
台湾では、国有送電網が納入するグリーンエネルギーの割合が年々増加すると予想されております。不規則に生産され、不均一に分散されたエネルギーが従来のグリッドに与える悪影響を軽減し、国家の電力供給スキームの構成を合理化するために、国有電力会社である台湾電力会社（Taipower）は、IEC 61850ベースの監視フレームワークを中心に構築されたスマートグリッドに事業を移行するプロジェクトを開始しました。このプロジェクトは、IEC 61850ベースのスマートグリッドがテストされ、実証されている金門（台湾の離島）で開始されました。このプロジェクトの成果は、台湾本土で再現される際に、真剣に検討されることになります。
このプロジェクトは、IEC 61850ベースのスマートグリッドを管理するためのインテリジェンス設備の建設を伴うもので、金門の田山発電所で開始されました。ICP社は、インテリジェントエネルギーアプリケーションに特化したSler企業であり、産学連携を成功させた幅広い経験を有していることが評価され、このプロジェクトを受注しました。
タイパワー社の依頼を受け、ICP社はIEC 61850に準拠したスマートグリッドのデモシステムを開発しました。このシステムは、発電所の電力消費量、発電量、燃料使用量などの情報を75インチのディスプレイに分かりやすいチャートの形で表示するため、情報施設に設置されました。システムは、アドバンテックが開発した以下のハードウェアとソフトウェア製品で構成されています。
- 電気の使用規格に準拠し、データをIEC 61850に規定されたフォーマットに変換したゲートウェイ。
- システムの安定性とデータの正確性を確保する冗長化機構。
- 大量のデータを処理する十分かつ強力で堅牢なコンピュータホスト。
- 取り込んだデータを一元管理するSCADAグラフィックス制御プログラムと二次開発ツール。
プロジェクト詳細
具体的には、アドバンテックは、IEC 61850スマートグリッドシステムを設計するため、以下のハードウェアおよびソフトウェア製品をICP社に提供しました。
- ECU-4784：パワーオートメーションコンピュータ）
- ECU-P1524PE：冗長データ伝送プロトコルをサポートするイーサネットカード
- HPC-7242：サーバグレードの産業用コンピュータ
- WISE-PaaS/EnSaaS：産業用IoTクラウドプラットフォームサービス
- WebAccess/SCADA：リモートグラフィックス制御のためのブラウザベースのプログラム
塔山発電所のIEC61850スマートグリッド・インテリジェンス設備内の機器キャビネット内では、アドバンテックブランドのハードウェア・デバイスがすべて動作していました。これらのデバイスのうち、HPC-7242コンピュータは発電所で動作するOPCサーバから提供されたデータを前処理し、冗長化ペアとして形成された2台のECU-4784ユニットに転送し、データをIEC61850フォーマットに変換するためのゲートウェイとして機能しました。WebAccess/SCADAをベースに開発したデモスマートグリッドシステムでは、発電機関連のリアルタイムデータ（ECU-4784ゲートウェイでIEC61850フォーマットに変換）を別のHPC-7242から取得し、インテリジェンス設備内の3台の大型ディスプレイに折れ線グラフ、円グラフ、面積グラフの形で表示しました。
TIEC 61850-3の認証を取得したECU-4784は、外乱から信号を保護するリダンダントペアを搭載し、データエラーを防止しています。ECU-P1524PE（パラレルリダンダントプロトコルと高可用性シームレスリダンダントに対応）を搭載したECU-4784は、遅延のないゲートウェイとして機能します。ネットワーク冗長化により、スマートグリッドはインターネットを介して安全かつ確実に通信を行うことが可能になりました。
HPC-7242は、24時間365日、過酷な環境下でも正常に動作する、安全で信頼性の高い堅牢なサーバー級コンピュータです。高性能なスペックを持ち、産業用オートメーションや電力監視、インテリジェントエネルギーアプリケーションなどで拡張可能な膨大な計算機やストレージリソースを提供しています。
スマートグリッドプロジェクトには、3つのソフトウェアプログラムが含まれていました。クラウドレベルではWISE-PaaS/EnSaaSとWISE-PaaS/WISE.M+、エッジレベルではWebAccess/SCADAです。これにより、エッジからクラウドまでのシームレスな連携を実現しました。さらに、このソフトウェアの組み合わせでは、Slerが物理デバイスから取得したデータを視覚的に表示できるダッシュボードを搭載しました。ダッシュボードには様々な便利なツールやイメージバンクが用意されており、開発者側はカラフルで分かりやすい操作画面を作成することができます。ICP社のエンジニアは、この利便性を高く評価しており、ダッシュボード上で数分のドラッグ＆ドロップ操作と設定を行うだけで、芸術的なデザインから開発に至るまで、通常であれば数日かかるような要素を作成できると述べています。WebAccess/SCADAは、プロジェクトの実装と保守を大幅に簡易化にしました。このWebベースの監視プログラムにより、開発者は一般的なブラウザ上でスマートグリッドシステムの診断とアップグレードをリモートで行うことができました。
システム構成図
結論
世界では、IEC 61850のスマートグリッド規格を採用し、既存の電力網の管理モデルにインテリジェント技術を取り入れようとしておりますが、この移行がグリッドを混乱させたり、より広範な経済に悪影響を及ぼすような形で誤動作の脆弱性をもたらすことのないよう対処する事が重要な課題となっています。
このような望ましくない結果は、スマートグリッド電力監視のためのインテリジェンス設備を構築するためのICP社のソリューションによって阻止されます。同社のソフトウェア製品とアドバンテックのECU-4784コンピュータを使用して設計されたこのソリューションは、UCA International Users GroupによるIEC 61850の認証を受けた台湾で唯一のスマートグリッド電力監視用ソリューションであり、その信頼性を証明しています。冗長化メカニズムを搭載したこのソリューションは、システムのシャットダウンやデータの損失など、冗長化が行われていない場合に発生する結果を防止します。
このスマートグリッド・インテリジェンス設備を使用することで、タイパワー社はIEC 61850を採用し、リアルタイムのデータをよく設計されたチャートに表示することができるようになりました。同社は、新しい規格の妥当性をテストし、スマートグリッドで使用されるシステムや端末装置の展開のための実用的な計画を開発しています。これに伴い、アドバンテックとICP社は、顧客のニーズを満たすスマートグリッドソリューションをより多く作るために協力していきます。