製品紹介
エネルギーの最適利用を可能にする

スマートコントローラ
永山 伸行

草川 慎一

Nobuyuki Nagayama

Shinichi Kusagawa

太陽光発電の出力変動（春季）

1．はじめに

2.5（kW）

近年，電力の見える化は広く一般に認識され，需要家晴れ2の間にも普及している。見える化によって特定の時間に曇り

1.5

電力のピークが出ていることや，割安な夜間電力が有効1活用できることに気付くことができるようになってき雨た。これによりデマンドや電力料金を抑えるためのピー

0.5

クカット・ピークシフトが求められ，省エネや CO2 排

06789

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19（時）出量の削減，また BCP（事業継続計画）にも効果を発揮する再生可能エネルギーや蓄電池などの分散電源を導風力発電の出力変動（冬季）

入し，エネルギーを有効利用する機運が高まってきている。しかし，太陽光発電や風力発電などの再生可能エネ
ルギーの出力は地域特性に大きく影響し，図 1 に示す（kW）
1,200

定格出力（1,100kW）

1,000

ように急峻かつ変動量も大きい（1）。

800

特定規模電気事業者（PPS）に於いては，送電で既存600の系統を利用する場合，お客さまの電力需要量と発電に400よる電力供給量を 30 分間で± 3％の範囲で同時同量と200する規定があるが，単純に蓄電池を導入するだけでは00

図 1 に示す変動を抑えることはできない。これらの対図1策としてエネルギーマネジメントシステムが開発され，6121824（時）再生可能エネルギーの出力変動例実証試験が行われているが，天候によっては蓄電池等の予め決められており，電源設備などを追加する場合，シスケジュール運転ではカバーしきれない場合がある。
東光高岳では再生可能エネルギー，蓄電池，コージェステムに対応した制御ロジックの再構築が必要となる場

ネ型電源などの分散電源を迅速かつ効率的な手法を適用合が多々ある。本コントローラは分散電源などの制御にして開発した高度な制御アルゴリズムによって，このよモデルベースデザイン手法で開発した高度な制御アルゴ

うな課題に対応できる小型の制御装置「スマートコント

リズムを実装しており，需要家の設備やニーズにマッチローラ」を開発した。

したアルゴリズムを素早く提供できる。
太陽光発電，風力発電の出力変動を抑制し，電力事業者との連系点における受電量と送電量を 3 分間で± 3％

2．スマートコントローラの概要の範囲で同時同量とすることを目標とした実証が行われスマートコントローラは小型で廉価なエネルギーマネジメント用の制御装置である。設備状態や運転状況を確（3）ており（2），これと同等以上の制御が行えるよう，制御周期を最速 100 ms で動作可能としている。

認しながら，再生可能エネルギーや蓄電池などの分散電2.1 システム構成

源を制御することによって受電電力を調整し，エネルギ

スマートコントローラのシステム構成例を図 2 に示ーコストの削減や安定した受電電力の維持に貢献する。

す。

制御方法や料金形態により効果は異なるが，デマンドパワーコンディショナやリモート I/O を介して太陽を下げるとともに夜間電力の有効利用による電力量料金

光発電，蓄電池などの分散電源やその他の負荷設備を監の削減，分散電源の出力変動による受電電力の変動を抑視・制御して受電電力を調整することで，エネルギーコえるなどの効果を発揮する。また，蓄電池の状態を監視ストの削減や安定した受電の維持に貢献する。設備監視して充放電制御を適切に実施することで，対策を施さな制御システム MUDIC シリーズと連携し，スマートコンい場合と比較して寿命の延長効果が期待できる。

トローラで収集したデータを MUDIC の画面上に表示す

一般的に汎用のコントローラは使用設備や制御方法がることが可能である。

― 65 ―

東光高岳技報 Vol. 1 No. 1 2014

スマートコントローラ

受電

スマート蓄電システム
太陽光発電設備kWh

集中監視制御
システム

電力量計

蓄電池設備

パルス

負荷設備

受電デマンド監視
デマンドエース（デマンド監視）

MUDIC500V（全体監視）

LAN
ソーラーパネル

負荷設備データ
・運転状態
・使用電力 kW

発電

蓄電池ユニット

充電パワー
コンディショナEMS 用
スマートコントローラ

交直変換

エネルギーの最適運転計算・制御

リモート I/O

放電

図2

エネルギー消費計測

システム構成例

表12.2 装置構成仕様

スマートコントローラは盤内設置のためコンパクトに項目すると共に，既存の PLC（シーケンサ）と併設するこ

電源電圧

AC100 V ± 10％，50 Hz/60 Hz ± 1 Hzとを考慮した高さ／奥行き寸法になっている。また，消費電力

最大 30 W

DIN レールによる取り付けも可能とした。制御対象のLCD

中心は，蓄電池の充放電や分散型電源などの出力制御，

周辺温度

0 〜 55℃

周辺湿度

20 〜 80％ RH（結露なきこと）

使用
環境

太陽光発電の出力調整などに関わるパワーコンディショ

Type-A

Type-Bなし

4.3 インチ LCDナであるため通信インターフェースは Ethernet や RS-

防塵防水等級

IP30

485 をサポートしているほか，汎用の外部入出力接点，シリアルRS-485液晶パネル（オプション）などを搭載している。スマー
トコントローラの外観および仕様を図 3，表 1 に示す。
2.3 機能概要
スマートコントローラには各種分散電源などの制御のほか，帳票や Web サーバ機能も搭載している。また，クラウドのストレージサーバに計測データを蓄積する機

インLAN
ター （Ethernet）
フェUSBースSD

RJ 45（100 BASE-TX/10 BASE-T,AUTO-MDIX 対応）

外部接点

入力：2 点，出力：1 点

制御方式

ソフト PLC 注 1

USB 2.0
microSD スロット

外形寸法（※突起物は除く）

W 105 × H 100 ×D 100 mm

W 190 × H 100 ×D 100 mm

重量

約 800 g

約 1100 g

能を搭載しており，複数拠点のデータを一元管理することが可能となっている。
実装した主な機能を表 2 に示す。
Type‒A

図3

Type‒B

スマートコントローラの外観

東光高岳技報 Vol. 1 No. 1 2014

― 66 ―

スマートコントローラ
表2
ソフト PLC 機能

ホスト間連携機能機能証を行い，信頼性の高い制御アルゴリズムを開発した。

注2

アルゴリズムは，自動コード生成によって信頼性を維持

IEC61131 ─ 3
規 格 の ソ フ ト PLC 機 能を実装。FBD，LD 注 3 などの PLC プログ
ラミング環境にて開発した制御アルゴリ
ズムを搭載する。

運転データから日報，月報，年報を編集し，CSV ファイルにて提供。

メール送信機能

設定したアドレスに対して帳票や警報メールを送信。

データ蓄積機能ことができ，開発時間の短縮やヒューマンエラー削減の役目も果たしている。また，制御対象の組み合わせに応パワーコンディショナ，MUDIC，デマ
ンドエース，リモート I/O と各種プロト
コルにより，データ通信を行う。通信ポートはイーサネット，RS-485 に対応。

帳票機能

Web サーバ機能すると共にスマートコントローラへスムーズに実装する

じてシミュレーションできることから，既設の受変電設備と有機的な連携が可能となり，予算にマッチする段階的な設備導入，更新を容易にしている。
2.5 動作検証
スマートコントローラの動作検証例として東光高岳小山事業所の実証試験場（4）を対象モデルとした。本試験

Web ブラウザによるステータス表示および設定情報を変更。
IEEE1888（FIAP） の G/W 機 能 を 搭 載
し，クラウドのストレージサーバにデータを蓄積。
複数拠点のデータを一元管理。

場には電源設備として，太陽光発電，蓄電池が設置されており，電力会社およびこれらの電源により負荷に電力を供給する。
基本的な 4 つの制御アルゴリズムを適用した場合の動作状況を監視システムである MUDIC と連携して表示した結果を図 5 に示す。負荷電力と太陽光発電電力は春

2.4 制御アルゴリズム

期のある日（天候：晴天）に取得した実測データを用い制御アルゴリズムはモデルベースデザイン手法によっている。いずれの制御アルゴリズムにおいても，目標受て開発している（図 4 参照）。また，上流設計にて制御電電力に対して実際の受電電力はほぼ追従しており，目対象とする太陽光発電，風力発電，蓄電池などもモデル標としている同時同量± 3％内を実現できている。

化している。例えば蓄電池のモデルでは，極力実機に即図５（ａ）の受電一定制御の例では，分散電源で補償すべした制御応答特性や定格出力電力のパラメータなどを変き電力は更可能とすることで，多様な電池の検証が実施できる仕補償電力＝組みになっており，開発の初期段階からシミュレーションによる検証を可能とした。

目標 −
受電電力

太陽光
〔負荷電力 +〔− 発電電力〕〕

需要家の設備に合わせてモデル化した制御対象を組みとなり，急峻な変動には応答性の良い蓄電池，緩やかな合わせ，制御アルゴリズムをニーズにマッチするように変動にはガスエンジンなど（図 5（a）ではその他電源と形成し，繰り返しシミュレーションを行うことで早期検表記）を活用して，協調して補償するように制御してい制御＋制御対象のモデル化（モデリング）
コントローラ

実機器（総合試験）

上流設計＋シミュレーションツール
MATLAB/Simulink
モデルはコンピュータの中で仮想的に実設備のように振舞う。

制御モデル

制御対象
モデル

ラピットプロトタイピング（シミュレーションによるソフトウェア検証）
コントローラ制御モデル

実機器

制御対象モデル（実機，シミュレータを用いたテスト／検証）

コントローラモデルからコードを生成（ソフトウェア実装）
制御プログラムコードの自動生成

図4

モデルベース開発に基づく開発サイクル― 67 ―

東光高岳技報 Vol. 1 No. 1 2014

スマートコントローラ器を充実させる。また，対向するパワーコンディショナやセンサー機器とのプロトコルを適宜開発していく。さらには，高圧受電と対象の異なる小山事業所内のある居室規模（低圧受電）を対象に，デマンドエースのデマンド制御と空調機器の間欠制御を組み合わせたエネルギー最適制御アルゴリズムも開発が完了しており，省エネ，ピークカット・ピークシフトに寄与できるラインアップを拡げていく予定である。
■参考文献
（a）
受電一定制御（b）
負荷追従制御（1）中部電力株式会社

ホームページより

http://www.chuden.co.jp/energy/ene̲energy/
newene/ene̲data/dat̲hendo/#（2）分散型電源によるマイクログリッドシステムの開発清水建設研究報告（第 82 号平成 17 年 10 月）（3）S. Kusagawa et al.： Frequency Spectrum
Based Coordinate Control Scheme for Several Typesof Distributed Power Generation Systems in a Micro
Grid ，Proc. the 12th EPE-PEMC Conference 2006 in
Portoroz, Slovenia,（2006）．
（4）高岳レビュー 175 号（c）
蓄電池出力指定制御

図5（d）
従来デマンド制御

次世代配電ネットワーク実証試験設備の紹介

検証結果

■語句説明
注 1）ソフト PLC：ソフトウェアによるプログラマブる。
受電一定制御の場合，目標値の設定は過去の運転実績

ルロジックコントローラ。
注 2）IEC61131 ─ 3: PLC 用の 5 種類のプログラム言語

や需要家のニーズにより決定し，その他の制御パターン
では受電電力に応じて自動的に設定する。将来的には負を定義したもの。

荷需要や太陽光の発電電力の簡易な予測制御を導入する

http：//ja.wikipedia.org/wiki/IEC̲61131-3

ことで，より適した目標値を自動で設定することを目指

注 3）FBD（Function Block Diagram），LD（LadderDiagram）：PLC 用のグラフィカルなプログラム言語

す。

で，IEC61131 ─ 3 標準で定義される 5 言語のうちのひとつ。

3．おわりに
本稿では高圧受電の需要家として，東光高岳 小山事業所の 1 エリアを対象としたシミュレーション結果を紹介した。太陽光発電や負荷などの被制御器を模擬するシミュレータとの連携も実施しており，制御周期 100 msにて望む目標を実現できる可能性を確認できた。対象となる需要家の設備構成や導入される制御対象機器の応答

永山 伸行
エネルギーソリューション事業本部
ソリューション製造部 開発グループ 所属
エネルギーマネジメントシステムの開発に従事

特性が十分であれば実機での運用にも対応できると考える。
今後はシミュレーションにて得られた結果を踏まえ，実システムとして，小山事業所に設置して実機による動作検証およびデータ収集を進めると共に，ヒートポンプや EV 用急速充電器などのモデル化を行い，制御対象機

東光高岳技報 Vol. 1 No. 1 2014

― 68 ―

草川 慎一
技術開発本部
技術研究所 プロジェクト推進グループ 所属
次世代配電ネットワーク技術の開発に従事
工学博士