OPAL-RTカンファレンス Real-Time2022開催レポート

2022年10月18日～21日に、カナダ・モントリオールで開催された、イベントRT22も、多くの方にご来場頂き、無事に終了いたしまして、現在はOPAL-RTも人通りが落ち着き、通常営業に戻りました。
会場では、OPAL-RTの新製品なども展示され、多くの方の注目を集めておりました。

RT22で報告された、先端的なリアルタイムシミュレータ関連の各講演を紹介いたします。

リアルタイム合成グリッドからモジュール式電力システムのデジタル ツインまで

Author : Georgios Konstantinou (オーストラリア：The University of New South Wales(UNSW))

電力システムのデジタル ツインは、将来の電力網の重要な要素として予見されています。

複数のアプリケーションへの展開を成功させるには、柔軟で適応可能な実装とモデリングへのオープンなアプローチが必要です。
このプレゼンテーションでは、まず、オープン モデルと保護モデルの両方を可能にする方法論を提案するリアルタイムの合成グリッドの開発について説明します。
リアルタイム コンポーネントは、Power System Digital Twin のメイン モジュールの 1 つとして使用されます。

電力ハードウェアインザループを備えた DC 船舶システムにおけるリップル電流の調査

Author : Christoph Klie (ドイツ：ハンブルク工科大学 Hamburg University of Technology)

気候危機が激化するにつれて、船舶の持続可能なエネルギーシステムの設計はますます重要になり、政治に関連するようになっています。

直流 (DC) に基づく電力システムは、エネルギー効率を高め、燃料電池、太陽光発電システム、蓄電池システムなどの代替エネルギー供給概念の分散型統合を促進する大きな可能性を秘めていると考えられています。
これらの DC コンポーネントは、交流 (AC) に変換せずに DC グリッドに統合できるため、損失が減少し、システム効率が向上します。
直流グリッド技術を導入する場合、電圧変換と三相正弦波生成を行うために、高速スイッチングを備えたコンバータが使用されます。
この高速スイッチング動作により、不完全な DC 電圧が発生するだけでなく、システムにいわゆるリップル電流が発生します。

系統セグメント結合用の大量の DC/DC コンバーターと船舶の従来型負荷の接続用の DC/AC コンバーターにより、DC 船には膨大な量のリップルが見られます。
電圧と電流のこれらのリップルは、消費者にとって安全な動作範囲違反につながる可能性があり、最悪の場合、電力の流れと制御ロジックの振動につながり、その結果、部分的または全体的なシステム障害が発生する可能性があります。

Power Hardware-in-the-Loop (PHiL) を使用することにより、これらのリップル電流が DC システムに与える影響を、できるだけ柔軟に安全な環境で調査する必要があります。
このためには、テスト対象ハードウェア (HUT) とリアルタイム システム間の安定したインターフェイスが基本的な要件であり、コンポーネント間の遅延時間の発生や HUT パラメーターの変化により、継続的に再評価する必要があります。
さらに、システムはアンプの帯域幅全体で安定している必要があり、インターフェイス アルゴリズムを選択する際には特別な考慮が必要です。
このプレゼンテーションでは、HUT とシミュレートされたグリッドのオンライン インピーダンス測定を使用するインターフェイス アルゴリズムに関する研究の現状を簡単に説明します。

インピーダンス測定の情報を取得して、不安定な領域を特定し、周波数フィルタリング アルゴリズムを実行して、PHiL システムの帯域幅全体でこれらの不安定性を克服します。
さらに、プロジェクト「Sustainable DC Systems」(SuSy) の簡単な洞察が提供され、安定した PHiL シミュレーションの将来のアプリケーションが示されます。

回復力のある制御を検証するための拡張性と忠実度の高いマイクログリッド モデルの開発　　

Author : Aditya Ashok (米国：Pacific Northwest National Laboratory - PNNL)

回復力のある制御を検証するための拡張性と忠実度の高いマイクログリッド モデルの開発

CSIL-HIL Vaasa Harbor を介した μController Development Active Power Management およびテスト

Author : Mike Mekkanen (フィンランド：University of Vaasa )

IEC 61850 GOOSE プロトコルを使用した分散型エネルギー リソース (DER) によって提供される柔軟性がある、アクティブな電力負荷の消費に関するアクティブな電力管理の新しいアプローチ。

現代のマルチエージェント スマート グリッド マイクロコントローラーが実行する必要がある専用機能の 1 つは、DER と負荷の間のリアルタイムでのアクティブな電力潮流管理です。
この研究は、IEC 61850 のケース スタディに基づいて、Vaasa ハーバー スマート グリッド用の予備制御アルゴリズムから IED (物理デバイス) までのアクティブ パワー フロー マルチエージェント スマート グリッド マイクロコントローラーを開発することを目的としています。
マルチエージェント スマート グリッド μcontroller の目的は、Vaasa ハーバー スマート グリッドのアクティブ パワー フローを、電気システム オペレータおよびその他のユニット (スマート グリッド内の負荷など) によって設定された定常状態の動作内に維持することです。

• Simscape Power Systems による予備的な制御アルゴリズムの開発。開発された μcontroller で実装するために c コードに変換する必要があります。
• IEC 61850 標準 GOOSE プロトコルに基づく通信システム ネットワークと、リアルタイム シミュレータとマルチエージェント スマート グリッド マイクロコントローラ間のペイロード データ交換プロトコルの開発。
• 標準の相互運用性要件を満たす IEC 61850 標準に準拠する必要がある FPGA ボードでのマルチエージェント スマート グリッド μcontroller 表現 IED の開発。
• 開発されたマルチエージェント スマート グリッド μcontroller とその制御アルゴリズムの評価とテスト:
  • リアルタイムの Controller-Software-In-the-Loop シミュレーション CSIL
  • リアルタイムの Controller-Hardware-In-the- ループ シミュレーション CHIL
• マルチエージェント スマート グリッド コントローラーの動作が調査され、さまざまな開発段階/シナリオで議論されます。

その結果、リアルタイムの現代的なマルチエージェント スマート グリッド μcontroller が開発されました (最初はモデル内のソフトウェア コントローラーとして、次に FPGA ボードを使用して実装された独立した物理デバイス IED として)。
このコントローラは、シミュレーション プラットフォームに統合され、IEC 61850 相互運用性の概念を証明するさまざまな最新のスマート グリッド監視および制御機能を実行する機能を備えています。
さまざまなヴァーサ港開発シナリオの達成結果のサンプルが提示され、議論されています。

これらの結果は、マルチエージェント スマート グリッド μcontroller の設計と実装の成功を示しています。
これは、さらなる開発と改善の可能性に対する柔軟性と能力に基づいて、将来的に他の追加されたスマート グリッド機能/補助サービスをサポートできる方法で証明されます。
いくつかの事前定義された攻撃シナリオが特定されており、将来の作業で実装される Vaasa 港の電気ネットワークの定常状態への影響を示すためにテストする必要があります。

三相デュアル アクティブ ブリッジ (DAB) の障害電流制限制御

Author : Raphael Mencher (ドイツ：アーヘン工科大学 RWTH Aachen)

再生可能エネルギーとエネルギー貯蔵システムの統合による効率的で持続可能なエネルギー供給の観点から、さまざまなアプリケーションでの DC 技術の使用がますます注目されています。

制御性、システム効率、および経済的実現可能性の向上という利点に加えて、DC グリッドの保護戦略は、電流の自然なゼロ交差がないため、AC グリッドに比べてより困難です。
したがって、特別に設計された DC サーキット ブレーカまたはブレーカのない DC グリッドの概念を、電流制限変調方式を使用して開発する必要があります。
フレキシブル電気ネットワーク (FEN) 中電圧直流 (MVDC) 研究グリッドの一部として、公称電圧 5 kV の 7 MVA 三相デュアル アクティブ ブリッジ (DAB) が構築されています。
このコンバータのスイッチング周波数は 1 kHz で、3 つの単相高周波トランスがガルバニック絶縁と必要な直列インダクタンスを提供します。

ブレーカーレス DC グリッドの高出力コンバーターの場合、いくつかの側面を考慮して、障害電流制限制御が開発されています。したがって、最も重要な要因は、コンバータ トランスの漏れインダクタンスが小さいことです。
これにより、通常動作時の電力ダイナミクスが大きくなり、DC リンク電圧が低下したときに過大な障害電流が発生します。
もう 1 つの問題は、使用される IGCT 半導体の最小ターンオン時間が長いことです。これにより、従来の変調方式の使用が可能になります。
このプレゼンテーションでは、送電網に障害が発生した場合に実際のコンバーター制御プラットフォームをテストするための制御ハードウェアインザループ シミュレーションを示します。
したがって、制御プラットフォームは、アダプタ ボードを介して OPAL-RT OP4510 リアルタイム シミュレータに接続されます。一方のアダプター ボードは光ファイバー信号を電気に変換し、もう一方のアダプター ボードは閉ループ制御用の測定信号をフィードバックします。

リアルタイム シミュレーションのコンバータ波形は、オフライン シミュレーションおよび 2 KV でのハードウェア測定と比較されます。
さらに、極対極および極対地故障の場合の故障電流制限変調が制御プラットフォームに実装され、リアルタイム シミュレーションを使用してテストされます。
結果はオフライン シミュレーションと比較されます。

変電所の保護と制御の運用テストのためのハードウェアインザループ シミュレーション

Author : Wagner Seizo Hokama (ブラジル：CPFL Energia)
※ CPFL Energiaは中国国家電網の関連企業です。

現在、配電会社のほぼすべてのプロセスで大きなデジタルトランスフォーメーションが進行しています。

CPFL (www.cpfl.com.br) は、ブラジルのエネルギー分野で最大の企業の 1 つであり、コスト削減やサービスの品質と生産性の向上などの利益を目指して、すべての運用プロセスでデジタル化を模索しています。
この企業戦略に沿って、CPFL グループのスマート グリッド エンジニアリング管理は、そのプロジェクトで同じ目的を持つデジタル技術ソリューションを求めています。
変電所の完全なデジタル化には、変電所保護および制御システム (SPCS) 用のプロセス バス (IEC 61850-9-2) の適用が含まれることを理解しています。
プロセスバスの実装は、変電所のダクトから銅ケーブルを取り除くという経済性をはるかに超えています。

SPCS運用テストの自動化の実装など、信号のデジタル化が提供できる機会の新しい地平を可能にします。
完全にデジタル化された変電所では、すべての機能をテストするのに数週間かかる場合があります。
つまり、リレー テストは高価であり、テスト対象とテスト方法に関する賢明な選択が必要です。
このホワイト ペーパーの目的は、SPCS で動作テストを実行するために、プロセス バスで GOOSE メッセージとサンプル値メッセージを発行および購読できるリアルタイム デジタル シミュレータ (RTS) の使用を提案することです。
言い換えれば、RTS を実験室環境だけでなく、フィールドでのリレー テストに適用した場合に得られるすべての利点がこのアイデアに含まれています。履歴: 現在、ファクトリ受け入れテスト (FAT) は、一度に 1 つのベイで、アナログ信号注入装置 (2 次電流および電圧) を使用して実行されます。

これは、まだ工場にあるパネルで複数の銅ケーブルの接続と切断を伴うため、非常に時間のかかる骨の折れるプロセスです。
また、ベイごとのテストが実行されるため、コンポーネントと相互接続のモデル化の欠如により、実際の障害が発生した場合に他のベイの動的挙動を評価することができない場合が多いことにも注意してください。
要件: プロセス バスを介してこれらのテストを実行するには、SPCS パネルが組み立てられる工場や試運転が行われる変電所でテストを実行するための送電を容易にするために、ポータブルで堅牢な RTS が必要です。
そこでは、メンテナンスおよびトラブルシューティングも実行されます。シミュレータは、PTP (Precision Time Protocol) または同様のプロトコルを介して GPS によって同期され、GOOSE および SV メッセージをPubおよびSub（出版購読型ネットワーク）できる必要もあります。変電所モデリング機能により、SPCS 構成から生じる IEC 61850 規格で定義されているように、運用テストの実行と SCD ファイルのインポートが容易になります。

期待される結果: SPCS にプロセス バスを実装すると、デジタル ツールを使用して変電所のすべてのベイから電流、電圧、およびバイナリ信号を注入できるようになり、銅線やケーブルとパワーアンプを接続する必要なく、同じバスで利用できるようになります。
この機能により、現在アナログ機器で使用されている手法と比較して、品質 (精度と再現性) と高速なパフォーマンスを向上させることを目的として、連続した標準化された運用テストの自動生成が可能になります。
また、変電所と電力系統を構成する機器のモデル化により、変電所全体の動的挙動（永久・過渡現象）を電圧・周波数・電流値で検証するなど、これまでにない試験が可能になります。

IEC 61850-9 に基づく変圧器差動保護のリアルタイム性能分析

Author : Adriano Morais (ブラジル：サンタマリア国立大学 Federal University of Santa Maria )

IEC 61850 は、変電所自動化システム (SAS) の包括的な規格です。この規格は、プロセス レベルとステーション レベルの両方で、電力システム ネットワークのすべての保護、制御、測定、および監視機能を統合することを義務付けています。

世界中のいくつかの変電所で IEC 61850-8-1 ベースの GOOSE の実装に成功した後、主要な保護デバイス ベンダーは現在、デジタル プロセスバスを介した IEC 61850-9-2 ベースのタイム クリティカルなサンプル値 (SV) メッセージ用の相互運用可能な製品を開発しています。
その結果、世界中のいくつかのエネルギー会社が完全にデジタル化された変電所のプロジェクトを開発しています。
IEC 61850-9-2 テクノロジの実装の利点には次のようなものがあります。

1) 変電所の全体的なコストの大幅な削減。
2) 少数の光ファイバー ケーブルを使用する場合と比較して、多数の銅導体のコストが削減。
3) 変流器 (CT) の飽和とその影響の発生確率の減少。
4) 開回路が発生する可能性がある従来の方法よりもはるかに安全に使用でき、高電圧の銅線がリレー室に入るのを防げる。
5) デジタル通信バス上の個々の保護 IED の測定を幅広く利用できるようになり、システムの再構成を短時間で行うことができる。

デジタル変電所のプロセス ネットワークのパフォーマンスは、中継機能の実装にとって特に重要です。
SV パケットの伝送品質は、電力システムの実際のパラメータを伝送するため、保護の主要な制約になりつつあります。
GOOSE とは異なり、同じ SV メッセージが何度も繰り返されることはないため、保護機能に対する SV 損失、ビット エラー、障害、または遅延の影響を分析することが重要です。
SV パケットの量は GOOSE パケットの量よりもはるかに多く、プロセス バスで主要なトラフィックを占有します。
また、ネットワークの輻輳時に SV パケットが欠落したり、遅延したりする可能性があり、保護機能が破綻する可能性があります。
したがって、特に両側で SV の同期を必要とする差分保護の場合は、SV パケットの問題にもっと注意を払う必要があります。
従来の保護 IED には、SV 損失/遅延の修正手段が装備されていないため、失われたサンプルや遅延したサンプルは、フェーザ推定では値がゼロであると見なされて無視されます。

現在、IED ベンダーが採用しているソリューションは、過剰なパケット損失/遅延に対する保護機能をブロックしています。
ただし、障害時にバックアップ保護が機能しない場合、システムが劣化する可能性があります。
したがって、このホワイト ペーパーでは、差分保護 IED に対する損失/遅延 SV の処理のためのスマート アルゴリズムの影響を分析しています。
ゼロ値置換、線形補間、2 次ラグランジュ補間、3 次スプライン補間など、さまざまな修正手段がテストされます。通常、計算精度が高いほど、計算負荷が高くなり、計算速度が遅くなります。
したがって、すべてのアルゴリズムはリアルタイム環境で実装およびテストされます。
最初は仮想 IED (ソフトウェアインザループ シミュレーション) を使用し、2 回目は実際の IED (ハードウェアインザループ シミュレーション) を使用します。
これを調べるために、ブラジルの電力会社である CPFL Energy の実際の変電所が HYPERSIM ソフトウェアでモデル化されています。基本的には、69 kV 送電線 2 回線、電力変圧器 1 回線、13.8 kV 配電フィーダー 4 回線で構成されています。
SV 推定アルゴリズムは、IEC 61850 データ整合性操作および障害挿入ツールを使用して、実験室環境でさまざまな SV 損失/遅延シナリオの変圧器差動 IED の一部として調査されます。

変電所自動訓練シミュレータ (SATS)

Author : Genesis Alvarez (米国：Dominion Energy)
※ Dominion Energyは米国　バージニア州の電力会社です。

今日の電力システムの複雑さが増すにつれて、進化を取り入れ、現実的な環境を模倣できるシステム保護トレーニング プログラムを持つことが重要です。
Dominion Energy は、クローズド ループ テストを実施するためのリアルタイム モデルを開発しています。
Substation Automated Training Simulator (SATS) インフラストラクチャは、OP5700 シミュレータ、4 つの OP5600 拡張ボックス、および 24 の Omicron パワー アンプで構成され、すべて 5台の機器パネルに取り付けられています。
このシステムは、保護リレー機器パネルと主要機器に配線されています。 実際の電力システムで発生する可能性のあるさまざまな異常シナリオを導入できるさまざまなユース ケースがあります。この閉ループ システムにより、シミュレーションは、一次変電所の機器を切り替えながら、電力システムの応答をシームレスに再現できます。
さらに、機器の配線、個々の保護リレーの設定、デバイス全体の調整など、保護スキーム全体を検証する方法も提供します。

ブラジルに於ける実マイクログリッドのデジタルツイン

Author : Thais Blasi (ブラジル：パラナ国立大学 Federal University of Parana)

マイクログリッドは、配電網の将来のトレンドになりつつあります。メイングリッドに接続されている場合と単独運転モードの場合の動作を評価することが重要です。
さまざまな条件下でのマイクログリッドの動作を分析するために、さまざまな分析を行うことができます。
2022 年には、ブラジルのクリチバに実際のマイクログリッドが構築され、配電網でのこの統合をテストするパイロット プロジェクトとして、太陽光発電、バッテリー エネルギー貯蔵、制御可能な負荷、およびカーポート システムが統合されました。
より深い分析を実行するために、同じマイクログリッドが HYPERSIM でモデル化され、さまざまな調査と分析を実行できるようになりました。

RT-LAB と Arduino に基づく Wavelet を使用した WECS の故障 e-診断のための新しい戦略

Author : Abdeldjebar Hazzab (カナダ：モントリオール高等工科大学 Ecole de Technologie Superieure de Montreal )

風力エネルギー変換システム (WECS) の診断は、運用と保守のコストが比較的高いため、検討が必要であることが判明しました。
風力タービンはアクセスが難しい構造物であり、遠隔地に設置されることがよくあります。
そのため、遠隔診断（e-diagnostic）が必要です。
この論文では、離散ウェーブレット変換 (DWT) と航空機発電機固定子電流の周波数解析に基づく WECS の電子診断の代替アプローチを提案します。
このアプローチを検証するために、リアルタイム ハードウェア イン ザ ループ (HIL) を使用して、OPAL-RT OP5600 プラットフォーム上でかご型誘導発電機 (SCIG) の数学的モデルをリアルタイムでシミュレートし、固定子電流と回転子を生成します。DWT は電流信号に適用され、サンプル時間が限られているため、Arduino Mega RobotDyn による直接送信がサポートされていない膨大な数のポイントを持つ DWT 信号を生成します。
DWT (MDWT) の絶対値の最大値は、Arduino Mega RobotDyn の ESP8266 統合 Wi-Fi ボードを介してポイント パッケージ形式として診断ステーションに送信され、SCIG 状態を監視し、MDWT のバリエーションと比較された brYesen バーの数を決定します。

価値と持続可能な開発

Author : Lise Laforce (OPLA-RTの共同創業者)

OPAL-RT TECHNOLOGIES の共同創設者であり、エグゼクティブ VP である Lise Laforce が、同社の価値と持続可能な開発について紹介します。 株式会社 NEAT

Opal-RT Technologies,Inc.