ホーム ソリューション エネルギーソリューション ケーススタディ NI CompactRIOとNI LabVIEWを使用した、分散発電ベースのスマートミニグリッドシステム

NI CompactRIOとNI LabVIEWを使用した、分散発電ベースのスマートミニグリッドシステム

NIのプラットフォームを使って開発したこのSMGシステムは、信頼性と一貫性に長けたソリューションで、国の電力セクターの強化を目的として導入されました。このソリューションでは、分散型電力を最適に使用できるプラットフォームを構築すると同時に、地方の電力供給システムの性能を向上します。

- Alekhya Datta、インド資源エネルギー研究所 (TERI)

課題:

特にエネルギー資源が枯渇しているインドのような新興経済国において、エネルギーのセキュリティとアクセスを強化し、効率の良いインテリジェントな発電を実現することは、国家レベルで重要な課題である。

ソリューション:

最先端のパワーエレクトロニクス装置で駆動し、CompactRIOハードウェアとLabVIEWシステム開発ソフトウェアをベースとした超高速デジタルテクノロジによって制御することにより、インドでこれまでになかったスマートミニグリッド(SMG：Smart Mini Grid) システムを開発した。その結果、より優れた柔軟性、信頼性、効率性、安全性を実現し、電力システムの完全性を高めた。

作成​者:

Alekhya Datta - The Energy and Resources Institute (TERI)
Mukesh Gujar - The Energy and Resources Institute (TERI)
Parimita Mohanty - The Energy and Resources Institute (TERI)

 

 

ユーティリティにおける変化と課題に対処するため、インドの電力会社の多くがスマートグリッドテクノロジの実装を計画しています。SMGシステムは、スマートグリッドのサブセットです。一般的には、11 kV以下で稼動し、地域社会に電力供給を行う、インテリジェントな電力分散ネットワークとして定義されます。この電力は、ディーゼル発電機などの小型の従来型発電機と、マイクロ水力発電、風力タービン、バイオマス、太陽光発電などのさまざまな再生可能発電による電力を組み合わせた、さまざまな分散型エネルギー資源 (DERs：Distributed Energy Resources) により供給されます。SMGは、従来の配電網に接続されるか、隔離され、ある地域の電力需要に対してのみ電力供給を行います。SMGは、デジタル情報通信技術 (ICT：Information and Communication Technology) によるアプリケーションで、高度なセンシング、通信、および制御技術を駆使して、マイクログリッド領域内の発電、電力供給、電力の最終用途を最適化するものです。SMGは、電力ネットワークのダイナミックな通信とバランス調整を行うことで、電力の喪失を最小限に抑え、グリッドの安定性を向上します。

 

 

SMGのメリット

SMGのメリットは次のとおりです。

  • デマンドサイド管理とデマンドサイド応答の促進
  • 停電の低減と、グリッドの信頼性、効率性、および安全性の向上
  • 二酸化炭素排出量の低減と化石燃料消費の最小化
  • 必要とする電力を顧客がより簡単に自主管理できる

 

 

TERIがSMGシステムにおけるイニシアチブを握る

Asia Pacific Partnership for Clean Development and Climate（クリーン開発と気候に関するアジア太平洋パートナーシップ）のプログラム支援を受けて、The Energy and Resources Institute（TERI：インドのエネルギー資源研究所）はMinistry of New and Renewable Energy（インドの新・再生可能エネルギー省）に対して、また、Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization（オーストラリア連邦科学産業研究機構）はCommonwealth of Australia Department of Environment（オーストラリア連邦環境・水・遺産・芸術省）に対して、資金調達の申請を行いました。これは、分散発電ベースのSMGシステムと、インドの現場に適用可能で、なおかつインドのSMGのデプロイメントに役立つ制御技術の開発と実証を行うための資金です。複数の発電資源と負荷のバラつきへの対応を最適化するため、TERIはインドのハリヤーナー州のTERI Retreatにある研究施設の1つにて、SMGシステムの設計・開発を行いました。

 

 

TERI SMGモデル独自の特徴

TERI SMGモデル独自の特徴には次のようなものがあります。

  • 複数のDERを統合し、再生可能なエネルギー資源の最大利用を保証
  • エネルギー資源および電力需要のプロファイル、制御、予測
  • 資源の最適化と需要管理の集中制御 (インテリジェントディスパッチコントローラ)
  • 発生した電力需要の優先順位付け — 全体の電力需要を「重要」、「必須」、「必須ではない」に分類
  • LabVIEWシステム開発ソフトウェアを使用し、統合された高速FPGAベースデジタル通信によるデータ収集と制御の送受信を実現
  • 実装したセンサを介してリアルタイムデータ収集を行い、さまざまな電気パラメータ、気象パラメータ、および物理パラメータを監視
  • システムコンポーネントの自動接続/接続解除機能を使用し、停電状態を最小限に抑え、ネットワーク障害へ迅速に対応

TERIのSMGシステムは次のDERsも統合しました。

  • TERI Retreatの北ブロックの屋根に取り付けられた、10.5 kWPの太陽光発電 (結晶シリコンベース太陽電池モジュール) システム
  • バイオマスガス化発電ビルディングの屋根に取り付けられた、2 kWPの太陽光発電（結晶シリコンベース太陽電池モジュール）システム
  • TERI Retreatの南ブロックの屋根に取り付けられた、1 kWPの薄膜ベース太陽光発電システム
  • 3.3 kWの風力発電機 (WTG)
  • バイオマスガス化発電ビルディング内の100 kWのバイオマスガス化装置 (木質) システム
  • エネルギーストレージ用の蓄電池群 (48 V、600 Ah)
  • ディーゼル発電機と配電網

 

TERI Retreatは、カンファレンスホール、公的建物および宿泊施設、研究室、運動場といった近代的な設備を備えた、多目的複合施設です。この複合施設の電力需要は、季節、宿泊施設の占有率、開催されているカンファレンスの数、その他複数の要因によって、大きく異なります。

 

 

CompactRIOとLabVIEWを使ったインテリジェントなスマートディスパッチコントローラの開発

SMGシステムの基盤となっているのは、CompactRIOプラットフォームを使用して開発されたスマートコントローラです。NI cRIO-9022は、NI 9227電流入力モジュール、NI 9225アナログ入力モジュール、NI 9481リレーモジュール、NI 9211熱電対入力モジュール、NI 9205アナログ入力モジュール、およびNI 9403双方向デジタルI/O Cシリーズモジュールとともに使用して、さまざまなソースから電気データや気象データを収集し、制御を行います。

 

NIのCシリーズモジュールを使ったデータロギング

計測

出力信号

NI Cシリーズモジュール

太陽光発電

ストリングDC電流、電圧

NI 9227 (電流)、NI 9225 (電圧)

バッテリ

DC電流、電圧

NI 9227 (電流)、NI 9225 (電圧)

風力発電

位相電流、電圧

NI 9227 (電流)、NI 9225 (電圧)

バイオマスガス化発電

位相電流、電圧

NI 9227 (電流)、NI 9225 (電圧)

負荷電力消費

AC電流、電圧

NI 9227 (電流)、NI 9225 (電圧)

グリッド電力

AC電流、電圧

NI 9227 (電流)、NI 9225 (電圧)

インバータ

AC電流、電圧

NI 9227 (電流)、NI 9225 (電圧)

表1.電気パラメータの計測

 

計測

典型的なトランスデューサ

典型的な信号

NI Cシリーズモジュール

全天日射量

全天日射計

アナログ電圧

NI 9205

風速

風速計

パルス列

NI 9205

風向き

風速計

アナログ抵抗

NI 9205

周囲温度

熱電対

アナログ電圧

NI 9211

モジュール温度

熱電対

アナログ電圧

NI 9211

バッテリ温度

熱電対

アナログ電圧

NI 9211

屋内/屋外湿度

相対湿度センサ

アナログ電圧

NI 9205

表2.気象/物理パラメータの計測

 

 

LabVIEWプラットフォームを使ったSMG SCADAシステムの開発

SMG用SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) システムは、次のLabVIEWモジュールを含めたNI Developer Suiteを使って開発しました。 

 

SCADAシステムとスマートコントローラの間の通信
他社製GSM/GPRS SA 1802 Cシリーズモジュールが、CompactRIOとSCADAシステム間の通信媒体として使用されました。さまざまなデータノードから収集されたデータは、Modbusプロトコルを使ったイーサネット、TCP/IPを使ったGSMモデム経由で送信されました。

 

SMGシステム用リアルタイムデータ収集ダッシュボード

LabVIEW DSC、LabVIEW Real-Time、およびLabVIEW FPGAモジュールを含むNI Developer Suiteを使って、SMGシステム用ダッシュボードを開発しました。このダッシュボードに、電気および気象パラメータや日々のエネルギー消費などのリアルタイム情報すべてが供給されます。SMGシステム用ダッシュボードは、イーサネット (Modbusプロトコル) 経由のSMG SCADAシステムとの通信に使用しました。

 

SMGシステム用アプリケーション

SMGシステムは次の分野で使用できます。

  • ショッピングモール、ホテル、病院などの産業/商業複合施設
  • アパートやタウンシップなどの共同住宅
  • 教育施設
  • 配電網がない地方および都市周辺部
  • 電気通信基地局

 

NIのプラットフォームに基づいたシステムのメリット

NIのプラットフォームを使って開発したSMGシステムは、信頼性と一貫性に長けたソリューションで、国の電力セクターの強化を目的として導入されました。このソリューションでは、分散型電力を最適に使用できるプラットフォームを構築すると同時に、地方の電力供給システムの性能を向上します。このシステムは、インド政府の主要プログラムである「Jawaharlal Nehru National Solar Mission」 (ジャワハルラール・ネルー国家ソーラーミッション) や「Rajiv Gandhi Grameen Vidyutikaran Yojana」 (ラジーヴ・ガンディー農村電化計画) などの一環として導入することが可能です。この設備は、新・再生可能エネルギー大臣のDr. Farooq Abdullah、電力大臣のShri Sushil Kumar Shinde、TERIの所長Dr. R.K.Pachauriによって執行され、無事稼動開始されました。

 

著者​情報:

Alekhya Datta
インド資源エネルギー研究所 (TERI)
TERI (インド資源エネルギー研究所) CDG (分散型発電センター)、EETD (エネルギー環境技術開発) 部門、Darbari Seth Block、India Habitat Centre (IHC) Complex、Lodhi Road
New Delhi 110 003
India
電話l: +91 11 4150 4900 (内線:2146)
alekhya.datta@teri.res.in

図1. TERIによって開発されたSMGシステムの単線結線図
図2. SMGシステムのインテリジェントSDC
図3. SMGシステムに使用されているNI cRIO-9022とCシリーズモジュール
図4. SMG SCADAシステムおよびコントローラのインタフェース
図5. SMGシステム用リアルタイムデータ収集ダッシュボード
図6. SMGダッシュボードのLabVIEWソースコード（ブロックダイアグラム）