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米国ニューメキシコ州における日米スマートグリッド実証
成果報告
転送遮断システムおよび需給安定化装置（HEMS）
２０１４年６月１９日
日本電気株式会社
寺澤 哲
ＮＥＣ実証システム概要
▐ 転送遮断システム （TransferTransfer-Cutout System）
System）
系統と需要家を高速ＰＬＣ、および無線で接続し、多数の需要家を対象に、広域、高速な
監視・制御を実現
▐ 需給安定化装置 （Supply Stabilizer)
転送遮断システムからの信号による需要家の自立運転切替え制御、また自立運転中における
ＰＶやバッテリーのエネルギー源を最大限に活用した、ハウスエネルギーマネージメントを実現
LAC Office
スマートハウス
転送遮断システム
Master
Control Unit
遮断指令/再接続指令
Micro-DX
Slave Unit
(Breaker)
ＰＶ
Supply
Stabilizer
蓄電池
自立運転制御
家電
需要家
需給安定化装置
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転送遮断システム実証概要
▐ 需要家に設置の太陽光発電（分散型電源）を系統側で集中管理し、停電による逆潮流等
の危険が生じた際に、系統側からの遮断信号により 『切り離し』 を実施。
高速性
事象検知からの高速遮断を実現
“100msec以内”
信頼性
需要家に対し、確実な制御を実現
“99％以上”
同時性
エリア内に対し、同時制御を実現
“数万件”
Micro-DX
Master Control Unit
Slave Unit (Breaker)
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転送遮断システム実証目的
①ラストワンマイル通信検証
ラストワンマイル通信に３つの伝送方式を用意
高速ＰＬＣ（MHz)
Slave Unit
レスポンス時間
各伝送方式におけるレスポンスを測定し、高速遮断
が実現可能か検証（システム目標100msec)
低速ＰＬＣ（kHz)
Micro-DX
Slave Unit
通信品質
無線（915MHz)
各伝送方式におけるパケットエラーレートを測定し、
確実な伝送が可能か検証（システム目標99%以上）
Slave Unit
ラストワンマイル
②転送遮断機能（ゲートウェイ機能）検証
Supply
Stabilizer
伝送情報として、「遮断指令情報」以外に、「停電情報/
需要家情報」、「メーター情報」を伝送
Micro-DX
転送遮断機能（ゲートウェイ機能）
帯域分けにより、他の伝送状況の影響を受ける事
なく、転送遮断機能が実現可能か検証
耐環境性・安定性
Ｍｉｃｒｏ－ＤＸが、厳しい屋外環境下において、長期
運用に耐え、安定して稼働可能か検証
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Master
Control Unit
停電情報/需要家情報
Slave Unit
遮断指令情報
MDMS
（東芝製）
メーター情報
Smart Meter
（東芝製）
転送遮断システム実証結果
①ラストワンマイル通信検証
ラストワンマイル測定結果 (2013年1月 ～ 2014年2月)
レスポンス時間
高速PLC および 無線通信 にて、10ms以下のレスポ
ンス時間を達成
通信品質
全通信方式において1%未満のパケットエラーレートを
確保 (上位レイヤによる再送未実施)
通信方式
レスポンス時間
(平均)[msec]
エラーレート
(平均)[%]
高速PLC （MHz)
5.6
0.589
低速PLC (kHz)
239.2
0.146
9.4
0.080
無線 (915 MHz)
→再送により、更なる信頼性向上が可能
②転送遮断機能（ゲートウェイ機能）検証
装置内外の温湿度 (2012年9月 ～ 2013年10月)
温度［℃］
転送遮断機能（ゲートウェイ機能）
他情報によりネットワーク高負荷状態においても、
「遮断信号」は影響を受ける事なく、高速に安定して
伝送可能な事を確認
耐環境性・安定性
実証期間中、屋外設置のＭｉｃｒｏ－ＤＸ他、システム
の長期安定稼働を確認
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測定点
最高
最低
湿度［％］
平均
最高
最低
平均
Micro-DX
（内部）
48.5
2.0
22.6
57.1
0.6
18.8
Micro-DX
（外部）
43.5 -18.0
12.1
99.5
2.6
40.9
Slave Unit
（内部）
35.0
26.5
62.6
1.8
18.9
8.0
転送遮断システム実証結果（ＰＬＣ：ＭＨｚ）
▐ ＰＬＣ通信における家電影響調査
通信品質・レスポンスとも影響なしを確認
家電稼働時影響調査（調査家電のみ稼働）
高速ＰＬＣ
物理速度[Mbps]
UP
無負荷
ヒートポンプ
TV
照明（LED）
エアコン
模擬負荷
冷蔵庫
掃除機
変圧器
85
83
81
83
77
84
82
86
82
DOWN
47
48
48
49
46
48
47
45
47
CFR[dB]※
低速ＰＬＣ
SNR[dB]
応答時間
平均[ms]
応答時間
平均[ms]
3.5
2.0
2.0
2.0
2.0
1.5
2.5
2.6
1.6
192.0
176.5
176.5
177.0
177.0
186.0
176.5
176.2
156.9
UP
DOWN
UP
DOWN
-10.0
-9.2
24.6
17.9
-10.1
-9.5
25.0
17.8
-10.2
-9.4
25.3
17.7
-10.0
-9.5
25.6
18.3
-10.2
-9.6
25.3
17.8
-10.0
-9.3
25.8
17.0
-9.9
-9.4
24.3
18.4
-15.3
-15.3
25.3
17.7
-15.3
-15.1
24.2
18.1
※CFR：PLCモジュールのアナログ受信レベル
▐ ＰＬＣ通信における蓄電池充放電調査
通信品質、レスポンスとも影響なしを確認
蓄電池充放電調査（蓄電池の充放電を実施）
高速ＰＬＣ
物理速度[Mbps]
UP
通常時
蓄電池充電
蓄電池放電
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87
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DOWN
48
51
47
CFR[dB]
UP
-10.2
-10.2
-10.4
DOWN
-15.2
-9.9
-9.6
低速ＰＬＣ
SNR[dB]
UP
24.7
25.9
25.6
DOWN
18.1
18.2
18.1
応答時間
平均[ms]
応答時間
平均[ms]
2.0
2.0
3.5
177.0
175.5
177.0
転送遮断システム実証結果（無線：９１５ＭＨｚ）
Energy Detect分布グラフ （Micro-DX/Slave Unit)
無線通信における定常的パケットエラー発生
原因
近隣ビル建物屋上に設置された、携帯電
話基地局（ＧＳＭ）からの電波干渉を受けて
いる可能性が判明
対策
キャリアセンス機能を緩和
（キャリアセンス閾値 -80dB→-60dB）
※キャリアセンス
送信前、周囲の電波状態をモニタし、何等
かの送信波を観測した場合に、送信タイミ
ングを遅らせることで、電波の干渉防止を
目的とした機能。日本の電波法で規定され
ているが、米国のFCCでは必須とされてい
ない
結果
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パケットエラー発生率が改善
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干渉波発生場所のハウス周辺調査
需給安定化装置実証概要
▐ 系統側から家が切り離された後、家の中を自立運転に切り替え、ユーザの快適性の維持
を実現
自動
転送遮断システムと連携し、スマートハウスの自立運転を自動で実現
最適性
自立運転中のエネルギー源を予測し、最適な家電制御を実現
Los Alamos County Office
Smart House
Wireless
Micro-DX
Smart
Meter
MHz PLC
/ KHz PLC
Slave Unit
Internet
Ether
ZigBee SEP
Supply Stabilizer
ＮＥＣルーム
ZigBee HA
Operation PC
需給安定化装置
システム概要
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Hybrid
Controller
Smart Gateway
Air Conditioner
Heat Pump
Water Heater
Refrigerator
HVAC
Television
LED Lighting
LED Lightning
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Control
Signal
Ether
Ether
Optical Fiber
Master Control Unit
Sharp Home
Appliances
Kyocera Home
Appliances
PV
LiB
需給安定化装置の実証結果
①系統主導による自立運転移行
目的
実証
内容
結果
系統主導による転送遮断が行われた際に、
スマートハウスの自立運転を自動で行う。
系統との再接続の際に、系統連携を安全に
行う。
LAC Officeから遮断指令により、スマートハ
ウスを遮断された後、需給安定化装置によ
り、PVと蓄電池による自立運転を開始する。
LAC Officeからの再接続指令により、ス
マートハウスを系統連携する。
一連の動作を実環境で発生させ、想定通り
の自立運転制御を確認した。
遮断信号の送信手順
►
系統と需要家の双方向による遮断と再接続
の方法を確立
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需給安定化装置の実証結果
②自立運転制御の有効性
目的
実証
内容
停電の継続時間やPV発電の有無、蓄電池
の残量など様々な条件下において、需要と
供給を考慮した自立運転制御を行う。
停電レベルの推移を変更させた自立運転を
行う。
エネルギー源として、PVのみ、蓄電池のみ、
PV＋蓄電池での自立運転を行う。
停電レベルの推移に合わせた家電の数
結果
►
停電レベルの推移に応じて、利用可能電力
が計算され、最適に制御されたことを確認
した。
PV＋蓄電池を利用することにより、より長
時間の自立運転が可能であることを確認し
た。
臨機応変な自立運転制御を実現
PVと蓄電池による自立運転時のエネルギー使用量
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需給安定化装置の実証結果
③自立運転時の家電制御
目的
実証
内容
結果
►
自立運転時に、停電の継続時間の情報を
元に蓄電池とPVのエネルギー源を予測する
ことによりユーザの快適性を追求する。
PV発電予測や蓄電池残量の予測を行うこ
とで、利用可能電力を予測する。
家電制御を自動制御、半自動制御、手動
制御、省エネモードの4つのパターンを用い
て最適な制御方法を行う。
需給安定化装置の画面
利用可能電力を予測することは、ユーザの
快適性に貢献することが分かった。
家電制御は、臨機応変さの観点から、家電
のON/OFFや設定の判断はユーザが行う手
動制御が現状の最適方法であることが分
かった。
自立運転中の利用可能電力予測の有効性を
確認
手動制御画面
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まとめ
▐ 転送遮断システム （TransferTransfer-Cutout System）
System）
ラストワンマイル通信にＰＬＣ、無線を適用し、需要家に対し
高速・高信頼な制御を実現できる事を確認
▐ 需給安定化装置 （Supply Stabilizer)
自立運転切替え制御、ハウスエネルギーマネージメントにより、
停電中の安全な電気の供給と、快適な生活を実現できる事を
確認
NEC provides reliable network and
intelligence for safety and comfort.
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