パワーグリッド

1. グリッドフォーミング制御を備えたSTATCOMによる産業用出力の改善

鉱業用施設，電気アーク炉などの産業用電気機器の負荷は，大容量かつ高速で変化し，断続的であることを主な特徴とする。これらの機器でよく見られるのは，フリッカ，高調波，不平衡，力率に関する問題である。こうした問題は，電力網の安全性・安定性の低下，発電性能の低下，グリッド接続要件への不適合を招く可能性がある。また，特に脆弱なネットワーク条件下では，ローカルネットワークの大きな外乱によって高感度の産業用電気機器の質が低下する可能性もある。送電系統の電力品質・安定性を向上させる新しいソリューションであるグリッドフォーミングSTATCOM（Static Synchronous Compensator：自励式無効電力補償装置）は，産業用アプリケーションにも適用できる。

グリッドフォーミング制御ループは，既存の電力品質制御ループと並列の補助制御として示される。また，電力品質を効果的に向上させ，系統連系要件に適合させるとともに，インピーダンス特性の背後電圧によって安定性も向上させることができる。電圧変化に瞬時に反応して対処し，高調波を抑制する。

（日立エナジー）

2. 風力発電所向けエネルギー蓄積型エンハンスドSTATCOM

世界中で，送電系統への大規模風力発電所（WPP：Wind Power Plant）の導入が急速に進んでいる。WPP内の風力タービン，送電ケーブル，その他の電気設備間の動的な相互作用は，特に，多様な運転条件下における電力系統の安定性と電力品質に対して課題がある。

エネルギー蓄積型エンハンスドSTATCOMは，大規模WPPの電力系統の統合に伴う安定性と電力品質の課題に対処するためのオールインワンソリューションである。エネルギー蓄積型エンハンスドSTATCOMは，DC（Direct Current）リンクに設けられたエネルギー蓄積システムと，グリッドフォーミング制御を組み合わせることで，以下（1）〜（3）を実現し，系統を効果的にサポートできる。

1. 系統変動の適切な抑制（電力オーバーシュートを低減し，WPPが目標とする有効電力のステップ応答の整定時間を達成する。）
2. 周波数変化率の改善による慣性応答
3. 電圧全高調波歪み率改善のためのアクティブ高調波フィルタリング

エネルギー蓄積型エンハンスドSTATCOMは，定評ある日立エナジーのコンバータ技術をベースに，高い拡張性，コンパクトなデザイン，優れた効率性，容易な保守を実現する，電力系統アプリケーションに利点をもたらすソリューションである。

（日立エナジー）

［02］エネルギー蓄積型エンハンスドSTATCOMを備えたオフショアWPPの簡易系統図

3. 負荷プロファイルと周囲温度に基づく太陽光および風力発電向け配電用変圧器の定格電力の定義手法

4. エネルギー市場向けの確率的価格予測

電力市場の取引業者は，エネルギー価格の予測を，その日，およびその時間の入札を決定するための重要な情報として使用する。多くの市場価格予測ソリューションは期待値の予測を生成するのみであるが，解釈可能なアルゴリズムは，利益の最適化をめざす低入札価格のアルゴリズムにさらなる利益をもたらす。また一方で，「確率的予測」として知られる不確実性を定量化することもできる。

Hitachi Energy Research が開発した機械学習に基づくエネルギー市場向け確率予測モデルは，価格帯に合わせて確率を提供し，より適切な入札の策定をサポートする。開発した予測モデルは，価格曲線の特性を考慮し，エンドツーエンドで学習され，基本的なトレンドや季節変動を自動的に推定し，外部変数やイベントがエネルギー価格に与える影響を定量化できる。確率的な推定値を提供するため，複数の分位数を関連する確率とともに予測する。このモデルは，カリフォルニアISO（International Organization for Standardization）とミッドコンティネントISOで評価され，他の最先端の予測モデルよりも優れていることが分かった。説明可能な季節性モジュールでは，学習した季節変動とエネルギー価格のイベントの影響もレポートされる。

（日立エナジー）

［04］確率的エネルギー価格予測とモデルによって学習された解釈可能な季節変動

5. 世界初の洋上風力発電用小型冷却乾式変圧器

6. 洋上HVDCグリッド―再生可能エネルギー送電の新たな展望

欧州の洋上風力発電は目覚ましい発展を遂げている。洋上風力発電は2050年までに温室効果ガス排出量をネットゼロにするために不可欠であり，欧州以外の地域も今後数年でこの動きに追随することが見込まれている。

そのために，極めて重要な技術となるのがHVDC（High Voltage Direct Current：高圧直流）送電であり，特に1997年に日立エナジーが初めて開発したVSC（Voltage Source Converter：電圧源コンバータ）ソリューションは，現在も高出力，小型化，高効率化に向けた開発が進められている。

再生可能な自然エネルギーのHVDCによる接続と配電が普及し，ポイントツーポイントの洋上接続から洋上ハイブリッドシステム，さらには洋上グリッドへとシフトしていくことで，さまざまな社会経済的利益がもたらされる。このような目標を実現するためのテクノロジーはすでに存在しており，すでに洋上DC（Direct Current）グリッドの計画，建設，運用，保守を実施するための適切な枠組みを構築し，迅速かつ大規模に展開する段階にきている。

これを実現するには，新たな規制アプローチと革新的なビジネスモデルが不可欠である。また，業界全体のイノベーションプロジェクトを通じて実証されたとおり，DCグリッドの拡張性によりクリティカルなHVDCソリューションの相互運用性が促進される。

今後，日立エナジーは再生可能エネルギー送電の次なるフロンティアを築く，本格的な洋上グリッドの構築に注力していく。

（日立エナジー）

［06］英国ドッガーバンクの洋上変換所（出典：日立エナジー，クレジット：Aibel）

7. フルデジタル変電所と接点ベースの従来型変電所間の距離保護

電力網におけるIEC（International Electrotechnical Commission）61850の普及は着々と進んでおり，WAN（Wide Area Network）を介した変電所間通信をサポートするまでに進化している。IEC 61850ベースの送電線保護を実装するには，保護の対象とする送電線に接続されるすべての接続箇所においてデジタルの概念が必要となる。しかし，既存の従来型変電所をデジタル変電所に段階的に更新していくことから，概して現状は異なる。

そこで日立エナジーでは，従来のテレプロテクションソリューションと最新のIEC 61850保護システム間の相互運用性を提供するソリューションを開発した。これにより，伝送路保護アプリケーションを含むデジタルコンセプトへの段階的な移行が可能になるとともに，新たな保護ソリューションやマルチベンダー展開への道が開かれる。スマートゲートウェイは，マルチプレクサプラットフォームFOX615のBIGO1モジュール，あるいは送電線保護通信ターミナルNSDなどでスタンドアロンソリューションとして提供されている。コア機能はゲートウェイIED（Intelligent Electronic Device）としてデジタル変電所環境に関与することであり，それによって関係部門間の明確な責任境界，サイバーセキュリティ上の強力な境界線，保護性能の向上，監視および保守機能の強化など，複数のメリットを提供する。

（日立エナジー）

［07］従来型変電所とデジタル変電所のギャップを解消するBIGO1-TEPI2を備えたFOX615

8. データセンター向け3ポートSSTのシステムモデリングと信頼性の研究

Microsoft，Google，Metaといった大手データセンター事業者の多くは，2025年あるいは2030年までに24時間365日（常時）供給可能なカーボンフリーエネルギーを実現するという，難易度の高い持続可能性ロードマップに取り組んでいる。

本研究では，従来の交流配電システムと同等の極めて高い可用性および信頼性を備えたデータセンター向け直流配電方式を提案する。この方式には効率性と制御性の面で大きな利点があり，MV SST（Middle Voltage Solid State Transformer）を直流配電の核として，具体的には太陽光発電，燃料電池，UPS（Uninterruptible Power System）の統合に主眼を置く。特に，本研究で提案する，MVDC配電とLVDC（Low Voltage Direct Current）バスをIT機器に接続するUPS付き3端子SSTは，変換段数の削減によって部品点数，コスト，信頼性，効率面で大きな利点があることが実証されている。

提案する直流配電方式は，2030年の持続可能性ロードマップ（24時間365日，再生可能エネルギー源から100％供給）にコミットした将来のグリーンデータセンターに向けて柔軟なソリューションを提供する。

（日立エナジー）

※）

論文全文はIEEE EPE-ECCE 2024で発表。

［08］3ポートSSTによるDCグリーンデータセンターの効率，信頼性，可用性の向上

9. 再生可能エネルギーの普及拡大のための革新的な線路保護技術

全世界の再生可能エネルギーの設備容量は，2050年までに約85%増加すると予想されている。この移行を後押ししているのは温暖化ガス削減目標，エネルギー安全保障，経済的要因である。化石燃料ベースの発電とは異なり，再生可能エネルギーはパワーエレクトロニクスコンバータを介して電力系統に統合される。

線路保護における主な課題は，コンバータの制御と系統連系要件によって左右される，特有の故障応答である。従来の系統に対して設計された数十年前の保護アルゴリズムでは対応できなくなってきており，実際にさまざまな電力会社からリレーの故障が複数報告されている。

将来も使い続けられる線路保護を実現するため，日立エナジーは，再生可能エネルギーの故障特性に関する新たな理解，系統連系要件，コンバータ制御，および変電所保護に関する長年のノウハウを基に，革新的な技術を開発した。この技術は信頼性が高く，従来のソリューションと比較して大幅な改善をもたらす。具体的には，事故分類，方向検出，距離保護の主な三つのモジュールの信頼性性能において，それぞれ71%，48%，31%改善した。この技術は，追加のハードウェアやインフラのアップグレードを必要とせずに既存のリレープラットフォームに実装できるため，全体的なソリューションコストを削減できる。

（日立エナジー）

［09］再生可能エネルギーに接続された電力網のための線路保護リレーの信頼性と実験結果の概要

10. 送電網向けの低コスト故障箇所特定技術

電力会社において送電線上の故障箇所の特定は，故障箇所の速やかな修理や，電力供給の迅速な復旧により停電時間の短縮につながるため，経済的損失の軽減に大きく寄与する。日立エナジーは，変電所の先進的な通信機能と当社の数十年にわたる電力系統の保護・制御・通信における経験を生かして，低コストで設定不要の電力網用故障箇所特定技術を開発した。

この手法をPOWERGRID社（インド）の400 kV，233.07 kmの送電線，およびSvenska Kraftnät社（スウェーデン）の220 kV，265.6 kmの送電線のリレーに実装し，実証試験を行った。この実証試験と研究室での実験結果から，この手法では2基の鉄塔間（約300 m）の故障を特定できることが確認された。これは，1,000倍のサンプリングレート，高価なハードウェア，複雑な試運転，設定を要する進行波ベースの技術に匹敵する結果である。この技術はエンジニアリングコストを削減し，設定が不要で，現代の線路差動保護ソリューションに必要なもの，つまり2 Mbpsの通信リンク以外に追加のハードウェアを必要としない。

（日立エナジー）

［10］ダブルエンド型故障箇所特定パイロット施工の構成

11. 抵抗先行投入方式に代わる制御スイッチングによる送電線の過電圧緩和

12. 地域公共交通機関の電化・運用および充電戦略