459
集中型電源
（低炭素排出，高効率）

電気
送電系統

石炭ガス化
炭ガス化

情報

センサ制御

分散型電源
（太陽光，風力）

高効率火力

需要地系統

蓄電池

新型
配電機器

配電系統
（需要地系統）
センサ制御&&KDUJHU

需要家
情報端末

(9(9

電気利用
（高効率，電力シフト）

電中研版次世代グリッド TIPS のイメージ図

TIPSを支える新たな情報通信技術の開発
─電中研版次世代グリッド「TIPS」の実現に向けて─
■ 新しい電力需給ネットワーク構想の登場■ 需要・供給間で情報を安全かつ適切に送るために■ 更なるシステムの高度化を目指して● ひとことシステム技術研究所

通信システム領域

主任研究員

森村 俊

新しい電力需給ネットワーク構想の登場
現在、わが国では、低炭素社会の実現に向けて、太陽光発電や風力発電などの再生可能エネルギーが注目されています。太陽光発電に関しては、2030 年までに国内で 5300 万 kw の導入目標が掲げられています。しかし、再生可能エネルギーで発電された電力が送配電の系統に大量に導入されると、電圧が不安定になったり、電力が逆潮流したりします。再生可能エネル
ギーは天候に影響されるなど不安定な要素が多く、火力発電などによるバックアップ体制を確保する必要があります。このように、電力の安定供給面で様々な問題が起こる可能性があります。
また、需要側における電力の使用形態の変化や電力供給に対するニーズの多様化が進んでいます。これらに対応するため、従来の電力供給系統を革新し、電力供給側設備、再生可能エネルギー発電設備そして需要側設備を一体的に制御・管理できる仕組みが検討されており、欧米ではスマートグリッド（Smart Grid）と呼ばれています。そのような仕組みを実現するには、安全性が保証された情報通信技術（ICT）の活用と高度な運用技術が鍵となります。
電力中央研究所ではわが国の実態を反映した上でそのような仕組みを取り入れた電力系統を次世代グリッド（TIPS）と名付け、需要・供給両サイドの一体的かつ適切な制御・管理に必要な ICT の研究に取り組んでいます。その一つとして、既設のデータ通信用光ファイバ網を利用しながら、複数の異なる方式の信号を簡易に重ねて伝達することが可能なメディア融合型光ファイバ通信方式を考え、その実現性を確認しました。

■次世代グリッド TIPS の概要■ TIPS における情報通信ネットワーク

次世代グリッドは、電力の安定供給のため、電力供給系統の管理機能の高度化により大規模停電リスクを極小化するだけでなく、ICT の最大限の活用により電力の供給側と需要側を連携し、相互に情報を送りあうとともに、必要に応じて一体的に制御・管理することにより、エネルギーの最適利用社会を実現し、大量の再生可能エネルギー導入への適切な対応を図るための送配電システムです。また、ICT を活用することで設備・機器の運用・保全を効率的に行うことも可能になります。
当研究所では上記のような次世代グリッドを知的（Intelligent）、相互影響的（Interactive）、統合的（Integrated）の 3 つの特徴を表す英単語の頭文字をとって、TIPS（Triple I PowerSystems）と名付けました。

このような特長を持つ TIPS で大きな役割を果たすのは ICT です。この ICT には、再生可能エネルギーなどの分散型電源を組み込みながら電力の供給と需要の両側で一体的な運用・制御をするための通信基盤である「需要地系セキュア通信ネットワーク」、大規模な停電を防止するための緊急制御の通信基盤である「広域・高速制御ネットワーク」、電力流通設備の保全や監視制御をする通信基盤である「設備保全・運用センサネットワーク」の 3 つの構成要素があります。
（注１）無線信号を光ファイバ中に閉じ込める技術。光ファイバの光源を直接無線信号の時間波形で変換し、無線信号の波形のままで送り、受光器から出力される元の無線信号をそのまま利用するというもの。

信号スペクトル（周期的で広帯域）
時間波形（ディジタル的）
既存データ通信ネットワーク（FTPサーバ）

PON
親局

次世代グリッド用
通信親局（符号発生機）

レーザ
光源

光強度調整器I

光強度調整器
信号スペクトル
狭帯域スペクトルの（狭帯域）
時間波形
無線信号形式で出力（アナログ的）
I

図1

光ファイバ

3dBカプラで光信号を直接多重
光分岐素子（スターカプラ）

2信号同時受信既存データ通信端末
PON（FTPクライアント）
子局
同時受信時の各信号の利用帯域の信号スペクトル 違いで信号分離（他方はノイズ）I
光受信器

次世代グリッド用
通信子局
2信号同時受信 （符号誤り率測定機）

光電波融合通信技術による PON 信号と次世代グリッド用通信信号の一括送受信イメージ図

需要・供給間で情報を安全かつ適切に送るために■既存の光ファイバ網の活用■複数の異なる信号を同時に受信可能

当研究所では、需要地系セキュア通信ネット

本方式では、異なる方式の信号同士で干渉しワークの構築技術を考えました。既存の光ファ合うという問題があります。干渉を防ぐ方法とイバ網を利用して、複数の異なる方式の信号して、異なる方式の信号は周波数の帯域や変換を同時に送ることができるというもので、メ方式の違いにより分離できることを利用し、光ディア融合型光ファイバ通信方式と名付けまし受信器で受信後に電気信号に変換し、電気スペた。本方式の概要は、図１のとおりで、周期的クトル領域で分離する方法を考え、信号の品質で広帯域な信号波長を有するデータ通信用信号の変化について評価するための実験を行いまし（PON 信号）に、狭帯域な信号波長を無線系信た。データ通信用の光信号と次世代グリッド用号形式で変換した次世代グリッド用通信信号を通信信号を想定した無線信号を、光電波融合通重ね、この異なる２つの信号を、光電波融合通信技術により光信号にしたものを光ファイバに信（注１）という技術により送るというものです。

重ねて送り、同一の光受信器で受信した場合の光波長フィルタなど新たな設備追加が不要で、品質を、光・電気スペクトルや信号強度の観点次世代グリッド用通信信号の変換方式がデータから詳細に確認しました。
その結果、無線用信号はデータ通信用信号が通信用信号と全く異なるため、安全を保証しな強くなると、その干渉の影響を受けるものの、がら情報を送ることができます。
また、有線・無線、デジタル・アナログの区信号の強さを調整することにより、両方の信号別なく、そのままの時間波形で光信号として、の品質の条件を満たしながら、同時に受信がでそれぞれの異なる伝送条件（高信頼性確保、広きる範囲が存在することが分かりました（図帯域、狭帯域など）を確保しながら、複数の信３）。これにより、既存のデータ通信用の光ファ号を光ファイバ網に簡単に重ね、送ることがでイバ網を活用して、次世代グリッド用通信信号きます。

を重ねて送ることができる見通しを得ました。

次世代グリッド用通信局舎
次世代グリッド用
通信親局

PON親局

既存データ通信局舎
図2

光ファイバ
光分岐素子
（スターカプラ）光カプラで簡単に信号追加

PON
子局

空きポートに
簡単に次世代グリッド用 無線
接続
装置
通信子局

次世代グリッドを管理する通信設備

無線端末

保守・点検
作業者

各需要家と次世代グリッド用通信子局を接続するゲートウェイ

需要家
GW

PON
子局

従来のPON設備はそのまま利用可能

PON
子局

PON
需要家 子局GW

需要家GW（無線型）の設置

次世代グリッド用通信ネットワーク部分

既存の光ファイバ網にメディア融合通信方式を適用して次世代グリッド用通信信号を多重した例

更なるシステムの高度化を目指して■効率的な系統の運用・保守も実現■今後の課題と展開

図 2 は、本方式を適用し、データ通信用光異なる方式の信号を光ファイバ網で複数重ねファイバ網で次世代グリッド用の信号を送る例て送り、同時に一括で受信可能であることを明です。信号は、次世代グリッド用通信設備局内らかにしましたが、今後は実用化を考えて、実に設置されている親局から出力され、データ通際のネットワーク環境に近い状況での利用の検信用送信局（PON 親局）から送信される信号討を進める予定です。と光カプラという素子で重ねられ、送られます。

また、データ通信用光ファイバ網に１つの異信号が送られる先に存在するデータ通信受信局なる方式の無線用信号を重ね、送ることだけで（PON 子局）をそのまま利用し、複数の信号をなく、2 つ以上の無線用信号を重ねて送る場合同時に受信します。の最適な方法を検討していく予定です。

また、光ファイバ網を分岐する素子に次世代グリッ

さらに、無線用信号がデータ通信用信号やド通信用の子局を接続し、管理システムの一部とネットワークにどの程度干渉しても、問題がなして機能させることも可能です。さらに無線装置をいのかを評価していくための手法を確立してい設置し、複数の無線型需要家ゲートウェイや保守・く予定です。

点検用無線端末を接続し、効率的な系統の運用・● ひとこと保守に活用することが可能です。

光ファイバは超大容量の無線側が強すぎてPON側が品質基準を満たせない
無線系信号の出力制限−50−70−80

同時受信成功不成功−30−20情報伝送路として使われていますが、アクセス系においてはまだまだ帯域が余っ
PON信号の出力制限

可能
受信同時−60

範囲

PON信号の最低受光レベル

無線系信号の受信電力
［dBm］

−40

無線系信号の最低受信レベル
PON側が強すぎて無線側が品質基準を満たせない
0−10

PON信号の受光強度
［dBm］

図3

PON 信号と無線系信号の同時受信可能範囲

関 連ています。メディア融合型
光ファイバ通信技術はこれ
システム技術研究所
通信システム領域主任研究員

森村

俊を有効活用するものです。
また、光ファイバは情報の伝送だけでなく、ファイバそのものを温度や振動のセンサとしても利用することができます。現在、光ファイバは街中に広く張り巡らされており、さまざまな新しい用途が考えられます。今後も光ファイバの可能性を追求していきます。

報告書●「メディア融合型光ファイバ通信方式における信号間干渉の実験的検討 －需要地系統用通信ネットワークへの適用に向けて－」電力中央研究所報告：R08024●「Smart GridプロジェクトにおけるICTの動向と次世代グリッド（TIPS）のための通信ネットワークの課題」電力中央研究所報告：R08028
2009 年 7 月 3 発行
〒 100-8126（財）電力中央研究所 広報グループ
東京都千代田区大手町 1-6-1（大手町ビル 7 階） TEL.
（03）
3201-6601 FAX.
（03）3287-2863※この冊子は大豆油インキと
http://criepi.denken.or.jp/
再生紙を使用しています