1-必要性 - 片山研究室

日本テクノセンター
2011.08.05
無線制御の必要性
since 2001
名古屋大学エコトピア科学研究所情報・通信科学研究部門
（大学院工学研究科電子情報システム専攻兼担）
片山正昭
無線制御は必要なのか？
ISPLC 2011, Udine
Panel: Smart Grids
Masaaki Katayama
EcoTopia Science Institute
Green Mobility Research Center
Graduate School of Engineering
of Nagoya University, Japan
since
2001
Some Special Features of Japan

Regional Monopoly



10 companies
Each company does all of
 Generation
 Transmission
 Distribution
Robust Power Network
Layered Structure
 Small Numbers of I/O
 Private Communication
Networks
(Optical, Metal and
Wireless with exclusive Channel)


4
Low Non-technical-loss Rate
After March 11, 2011

Hidden Costs of NC


Spot Light on Green Energy
Rolling Blackout


Fukusima
Self-dependent
factory, campus, house
Necessity of
Larger Capacity to
Exchange Energy
between companies
Nagoya
5
Tokyo
スマートグリッドとは１



一種の政策パッケージ名
欧州が先行
米国の景気対策法等で注目

エネルギー政策法(Energy Policy Act 2005)



電力設備老朽化対策
電力需要増大への対応
エネルギー自給安全保障法（ Energy
Independence and Security Act
2007)
 石油依存からの脱却
 太陽，風力，原子力利用拡大による発電方式の転換



6
景気対策法（American Recovery and Reinvestment Act 2009)
エネルギー構造改革(45億ドル）
スマートグリッド，再生可能エネルギーと系統連携
スマートグリッドとは２
Key Words

発電・送配電・電力消費の全体を一体とみた電力送配電システム
(System of Systems)

情報・通信技術を活用
(Information and Communication Technologies)

電力潮流と情報の双方向性
(Two-ways flow of Energy and Information)

システムの状況をモニターし，変化に自動的に適応制御可能
(Automated control of Network)

高い信頼性
（Self Healing and Cyber Security)
 相互接続性
History
高品質の電源供給 → 電力需要側管理
7
→ 供給・消費双方の協調
スマートグリッドの世代( 片山提案 )

第１世代：高品質の電源供給

米国では，中小電力会社が多数存在．



相互接続が複雑
設備の老朽化が深刻．更新が困難
第２世代：電力需要側管理

風力，太陽光等の発電変動を大規模需要家が吸収（制御：発電→受電）
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 
第３世代：供給・消費双方の協調



8
分散電源：配電網における[逆潮流]制御
分散蓄電：余剰電力の蓄電制御
仮想発電所
スマートグリッドの世代( 片山提案 )

第１世代：高品質の電源供給

米国では，中小電力会社が多数存在．



相互接続が複雑
設備の老朽化が深刻．更新が困難
第２世代：電力需要側管理

風力，太陽光等の発電変動を大規模需要家が吸収（制御：発電→受電）
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 
第３世代：供給・消費双方の協調




第４世代：電力網と通信網の融合による新サービス



9
分散電源：配電網における[逆潮流]制御
分散蓄電：余剰電力の蓄電制御
仮想発電所
消費者の電力消費に含まれる情報を活用したサービス
スマートメータ
(世界：7600万/2009年 -> 2.1億/2014年米国：5% -> 55%/2015年）
米国：リアルタイムで消費者に情報提供義務
スマートグリッドの世代( 片山提案 )




第１世代：高品質の電源供給
第２世代：電力需要側管理
第３世代：供給・消費双方の協調
第４世代：電力網と通信網の融合による新サービス
Smart Community, Smart City
10
スマートグリッド通信
スマートグリッド通信

基本技術



情報収集：センサーネットワーク
機器制御：遠隔制御通信
特徴

規模


セキュリティ



扱う情報は高度にプライベート
トラヒック量そのものにも情報
信頼性・頑強性

12
従来のセンサネットワークの想定より大
意図的攻撃も想定が必要
大学・社会における
二酸化炭素排出削減のための
電力および環境情報収集・提示技術
Electric Energy EcoTopia
環境問題への情報通信技術の応用
Electric Energy EcoTopia
エネルギー消費
★心理を考慮し
た
情報提示
EcoTopia行動
電力・ガス
消費
照明
エアコン
ヒータ
環境
・総量削減
温度，湿度，人数，日照
・ピーク削減
・Green Energyに
電力システム状況
・発電量[風力，太陽]
応じた消費
--環境補助
ＦＡＮ
ドライミスト
--蓄積装置
★高信頼性自動制御
・電気料金＝時価!
温水蓄熱
氷蓄冷熱
PHV EV
★センシング（広範囲・（準）リアルタイム）
EE-EcoTopia社会実験期待される成果

学術的成果



産業的成果






広域センシング技術
行動促進型情報提示技術
供給側からのデマンド制御技術
短周期デマンド制御技術
大規模地区総合省エネ手法の確立
大学経営・運営面



各学問領域での成果
人文理工融合---新たな学問分野の創出
省エネルギーによる経費節減
ＣＯ２削減に対する政策的要求への回答
社会貢献
 地域の省エネ・ＣＯ２削減への適用
研究課題





多地点多路回路電力消費情報収集方式
多地点多項目環境情報収集方式
EcoTopia行動を促す情報提示方式
EcoTopia行動を促進する料金設定
電力システムの負荷を軽減するデマンド自動制御



自然エネルギ発電



快適性とは？（季節によっても異なる）
短周期の電気機器自動制御
発電システム
発電量変動特性のモデル
etc.
無線制御は必要なのか？
広域の多数の機器の制御は
持続可能な社会実現の鍵
ロボットや産業機器の無線制御
産業機器のインテリジェント無線制御
 ライン組換えコスト・時間の大幅削減
 機器配置の配線による制約からの開放
 自律移動する産業機器の制御
 無人搬送台車
 ロボット
 高速クレーン
固定電話 → 携帯電話
有線ＬＡＮ → 無線ＬＡＮ
有線制御 → 無線制御？！
センサ等の追加の容易さ
現場では大きな期待
無線制御古くて新しい分野

無線技術の適用範囲の拡大・開拓
 ものづくりの高度化：ネットワーク生産システム
 高度交通システム
 家庭内オートメーション
 コジェネ（太陽光発電）
 EV,HEV
 家庭内セキュリティ(施錠集中管理等)
無線制御は必要なのか？
もちろん環境以外の分野でも．
黒電話 → 携帯電話
と同様のインパクト
無線制御の面白さ

無線制御の重要性は増大

無線制御は制御にとってもおもしろい分野


制御の動作が確率過程に（安定の保障は不可能）
無線制御は無線にとって新しい応用分野

従来の無線の品質尺度では不十分
従来の制御の品質尺度では不十分---確率的尺度が必要
部分の品質応用層まで含めた最適化が可能・必要

同期動作など時刻の概念が必要



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