次世代グリッド（TIPS）のための通信ネットワークの提案と需要地系セキュア通信ネットワーク構成手法の開発

全文

(1)主要な研究成果. 次世代グリッド（TIPS）のための通信ネットワークの提案と需要地系セキュア通信ネットワーク構成手法の開発背景当所では、将来の低炭素社会の電力供給・利用インフラとして、次世代グリッド（TIPS）の開発に取り組んでいる。TIPS では、1）需要・供給両側の一体的な制御、2）分散形電源大量導入への適切な対応、3）大規模停電防止、4）設備管理の高度化の 4 目標を掲げており、これらの実現のためには高度な通信ネットワーク機能が必要である。特に多数の需要家や配電設備が接続される通信ネットワークを低コストかつ迅速に構築するためには、配電自動化や FTTH（Fiber To The Home）等ですでに需要地に広く敷設されている光ファイバの利用が有効である。. 目的 TIPS が目指す 4 目標を実現するための各種通信ネットワークを提案するとともに、特に低コスト化が求められる需要地系セキュア通信ネットワークを既設光ファイバの活用により効率的に構成する手法を開発する。. 主な成果 1．TIPS を実現するための通信ネットワークの提案 TIPSを実現するために、表 1 および以下で特徴を示すような 3 つの通信ネットワークを提案した。 a）需要地系セキュア通信ネットワーク：配電設備や分散形電源、需要制御・エネルギー管理システム、需要家内機器などを効率的に連携する。 b）広域・高速制御ネットワーク：基幹・負荷系統の擾乱監視と緊急時保護制御を総合的に実現する。 c）設備保全・運用センサネットワーク：多数の設備監視情報の効率的収集と機器監視制御を実現する。 2．既設光ファイバを有効活用した需要地系セキュア通信ネットワーク構成手法の開発既設の FTTH で広く利用されている PON ＊ 1 を有効活用して TIPS 用通信ネットワークを構築するため、広い周波数スペクトル帯域をもつ PON 信号に対し、狭帯域スペクトルをもつように変調した TIPS 用信号を直接多重する手法を開発した（図 1）。これら 2 信号は互いに干渉する可能性があるが、強度を調整することで双方の受信信号品質要件を同時に満足させることができる。図 2 では 2 信号の互いの受信強度に対して、双方が同時に正常受信可能な範囲が存在することを示している。2 信号は変調方式が全く異なるため安全性・独立性が高く、かつ PON 子局側の設備変更が不要である。図 3 に本手法を利用して既存の PON に TIPS 用信号を多重した構成例を示す。従来の PON 設備はそのまま利用可能なので、TIPS 用の新たな通信ネットワークを低コストで迅速かつセキュアに構築可能である。. 今後の展開各通信ネットワークのプロトタイプを試作・評価し、所要の要件を満足するネットワーク構成法を開発する。主担当者. 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上席研究員芹澤善積、黒野正裕、大場英二. 関連報告書. 「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 3 月）など「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（2009 年 6 月）. ＊ 1 ：Passive Optical Network，受動分岐型光ファイバネットワーク。1 本の光ファイバをスターカプラで複数に分岐させて 1:n の接続を行う。下り光信号はすべての端末で同じものが受信され、各端末が時間スロットで各自に割り当てられた信号を抜き出す。アクセス系光ファイバ網では本方式が主流である。. 116.

(2) 8．情報・通信表1 TIPSの目標と提案する通信ネットワーク TIPSの目標. 提案通信ネットワーク. 内容. 需要地系セキュア通信ネットワーク. 広く分散した膨大な数の機器間で効率よく通信するために、光・無線の融合利用、 IPベースの標準プロトコル、情報セキュリティ対策などの機能を有する。. 広域・高速制御ネットワーク. 高精度な監視制御を行うための全系の時刻同期や広域・高速イーサネット技術などが含まれる。. 設備保全・運用センサネットワーク. 電力設備の予防保全や状態監視に必要な情報を長期にわたり経済的に収集する。監視用センサのプラグアンドプレイ機能や、アドホック無線通信機能などを有する。. 需要・供給両側の一体的制御分散形電源大量導入への適切な対応. 大規模停電防止. 設備管理の高度化. 時間波形（ディジタル的）既存データ通信ネットワーク. 需要地系統用通信親局. 2信号同時受信. 光強度調整器. PON 親局. レーザ光源. 狭帯域スペクトルの無線信号形式で出力. 信号スペクトル（周期的で広帯域） PON 子局. 光ファイバ. f 3dBカプラで光信号を直接多重. 既存データ通信端末. 同時受信時の信号スペクトル光分岐素子（スターカプラ）. 光強度調整器. f 光受信器. 信号スペクトル（狭帯域）. 各信号の利用帯域の違いで信号分離（他方はノイズ）需要地系統用通信子局. 2信号同時受信. 時間波形（アナログ的）. f. 図1 既設PONにTIPS用信号を多重する基本構成 - 40 TIPS 用信号の出力制限. 範囲可能受信同. 時. - 60. 2信号の強度を調整し、適切な品質基準を設けると、2信号をどちらも正常受信できる範囲が存在する. PON 信号の出力制限. - 50. PON信号の最低受光レベル. TIPS用信号が強すぎると PON側に干渉影響を与える. TIPS用信号の受信電力 [dBm]. TIPS側が強すぎてPON側が品質基準を満たせない. - 70 TIPS 用信号の最低受信レベル. 同時受信成功不成功. - 80. - 30. PON側が強すぎてTIPS側が品質基準を満たせない. - 20. - 10. PON信号が強すぎると TIPS側に干渉影響を与える. 0. PON信号の受光強度 [dBm]. 図2 PON信号とTIPS用信号の同時受信可能範囲. 需要地系統用通信局舎. PON 子局. 従来のPON 設備はそのまま利用可能. PON 子局. 光ファイバ光分岐素子（スターカプラ）. 需要地系統用通信親局. 光カプラで簡単に信号追加. 空きポートに簡単に接続需要地系統用無線通信子局. 装置需要家 GW. 需要地系統を管理する通信設備. 無線端末. PON 親局. 保守・点検作業者. 既存データ通信局舎. （従来の光信号追加技術である波長多重方式では各子局にフィルタが必要）. PON 子局. 各需要家と需要地系統用通信子局を接続するゲートウェイ装置. 需要家 GW. PON 子局. 需要家GW（無線型）の設置. 需要地系統用通信ネットワーク部分. 図3 既存のPONを利用して需要地系統用通信ネットワークを構成した例. 117. 8.

(3)