既存の電力網をIEC 61850準拠のスマートグリッド技術にレトロフィットすることは、ネットワーク全体を一から再構築することなく、スマートパワーグリッドを導入する費用対効果が高く実用的な代替策です。IEC 61850規格には効率性やレジリエンスの向上など多くの利点がありますが、レトロフィットには、従来の電力システムをIEC 61850ネットワークへ統合することや、セキュリティ対策といった課題も伴います。これらの課題を克服するには、綿密な計画と、変電所のレトロフィットを効率化するプロトコルゲートウェイなど、適切なツールや技術の導入が必要です。
スマートグリッドとは？
スマートグリッドとは、電力サービスの効率性、信頼性、持続可能性を向上させるために、さまざまな技術を統合した高度な電力網です。この複雑かつ広範なシステムは、発電、送電、配電、消費といった複数のサブシステムで構成されており、すべてが高度な通信・制御技術によって相互接続されています。スマートグリッドはこれらの技術を活用して電力の流れをリアルタイムで監視・管理し、再生可能エネルギー源の統合や電力網全体のレジリエンス向上を実現します。スマートグリッドの進化における最も重要なトレンドの一つは、IEC 61850プロトコルの採用です。このプロトコルは現在、エネルギーシステムの標準として広く受け入れられており、通信および相互運用性のための包括的なフレームワークを提供します。
IEC 61850の広範な採用
IEC 61850は、DNP3やIEC 101/104などの他のエネルギープロトコルと異なり、エネルギーおよび電力システム全体の要件に特化して設計されています。特定の側面に焦点を当てる他のプロトコルとは異なり、IEC 61850はデバイス構成、データモデル、通信、構成管理を網羅する統合標準を提供します。この統合的アプローチにより、より一貫性のある統一されたシステム設計が実現され、現代の電力網の効率的な運用および管理に不可欠となります。
統一されたプロトコルの利点が認識される中、世界各国はますますIEC 61850規格に政策を合わせつつあります。スマートグリッドが進化を続ける中、既存インフラとIEC 61850の統合が極めて重要となっています。
IEC 61850システム統合の課題
既存インフラをすべてIEC 61850対応システムに置き換えるには多大なコストがかかるため、既存電力網をレトロフィットすることが現有資産の価値を最大化する最適な方法となっています。しかし、従来の電力システムをIEC 61850通信ネットワークに接続することは複雑であり、現場では多様な産業用プロトコルが使用されています。さらに、IEC 61850デバイスを既存ネットワークに導入することで、深刻なセキュリティ上の懸念も生じます。
課題1：複雑なプロトコルが障壁となる
従来の電力システムをレトロフィットする際には、SCADAやエンドデバイスで一般的に使用されるDNP3、IEC 101、IEC 104など、さまざまなプロトコルに直面する可能性があります。場合によっては、Modbus PLCの統合が必要となることもあります。システム内のこれらすべてのレガシーインテリジェント電子デバイス（IED）は、同時に接続および管理する必要があります。オペレーターはプロトコル変換の課題だけでなく、すべてのデバイスを統合するという重要なタスクにも直面します。したがって、統一されたプロトコルおよびポリシーを含むIEC 61850ネットワークの機能は極めて重要です。
課題2：ダウンタイムの許容ゼロ
重要な電力システムでは、いかなるダウンタイムも許容されません。したがって、機器の故障、自然災害、人為的ミス、サイバー攻撃、その他の外部要因に対する保護が引き続き必要です。現場のオペレーターは、老朽化、絶縁劣化、機械的問題、過熱など、さまざまな要因によって機器の故障に直面する可能性があります。落雷や地震などの外部要因が機器を妨害し、ネットワークに損傷を与えることがあります。予期せぬダウンタイムが発生した場合、迅速に根本原因を特定し、ネットワークを正常な状態に復旧することが重要です。
課題3：進化する脅威の状況
重要インフラ環境におけるサイバー脅威の頻度は増加しており、電力変電所は悪意のある攻撃者の主要な標的となっています。サイバー攻撃は、ネットワークノードのデフォルトパスワードを一つ突破するだけで成立します。一度ネットワークが侵害されると、ハッカーは平文の設定ファイルを悪用して攻撃を仕掛けたり、DDoS攻撃によってインフラを圧倒したりすることが可能です。したがって、運用者はサイバーセキュリティリスクに常に注意を払い、効果的な手法を用いて最悪の事態に備える必要があります。
変電所のレトロフィットを容易にするために設計されたプロトコルゲートウェイ
変電所の近代化には、広範なリソースと多様な専門家による多大な時間と労力が必要です。したがって、変電所のレトロフィットを簡素化し、有用なツールで一般的な課題に対処し、サイバーセキュリティリスクを低減することは、電力網のインテリジェンスを高めるための3つの重要な要件です。
これら3つの要件に対応する鍵は、適切なプロトコルゲートウェイを選定することです。変電所のレトロフィット時にプロトコル変換を容易にするため、MGate IEC 61850ゲートウェイのような特定のプロトコルゲートウェイは、これらの要件を考慮して設計されており、複数の有用な機能を備えています。
- クイック設定：IEC 61850ネットワークに接続する必要があるレガシーシステムは、一般的にDNP3、IEC 101、IEC 104、Modbusなどのプロトコル通信を使用します。複数のプロトコルでIEC 61850通信を設定することは非常に複雑であり、特にSCLファイル（異なるベンダーの異なるプロトコルを実行するデバイス間の相互運用性を確保するための標準化されたファイル形式）を編集する場合はなおさらです。MGate IEC 61850ゲートウェイは、ユーザーフレンドリーなSCLファイル生成機能を活用することで、複雑なプロセスを簡素化し、追加のエンジニアリングツールに伴うコストと労力を削減し、デバイス構成を効率化します。
- 最小限のダウンタイム：通信エラー発生時には迅速な対応が不可欠です。MGate IEC 61850ゲートウェイは、内蔵の診断ツールにより、根本原因を迅速に特定します。さらに、テストモード（IEC 61850-7-4）を利用することで、運用者は実装前に構成のシミュレーションおよびテストが可能となり、ネットワークのダウンタイムを最小限に抑え、継続的な運用を確保できます。テストモードがなければ、運用者は各ノードを手動で切断・再構成・再接続するのに多大な時間を要する可能性があります。
- セキュアな通信：変電所においてサイバーセキュリティ対策は最も重要です。変電所ネットワークのサイバーセキュリティを強化するため、MGate IEC 61850ゲートウェイはIEC 61850 MMS通信暗号化（SSL）を提供し、IEC 62443およびNERC CIP規格に準拠することで通信プロトコルの暗号化を実現しています。さらに、MGateは内蔵された検出機能によりDDoS防御をサポートし、異常パケットを検出してオペレーターに即時対応を促します。また、これらのIEC 61850プロトコルゲートウェイは、設定ファイルのエクスポート時に暗号化を行うことでセキュリティを確保します。
結論
スマートグリッドの進展とIEC 61850規格の普及により、既存変電所のレトロフィットは極めて重要となっています。MGate IEC 61850プロトコルゲートウェイのようなソリューションは、この変革を推進する最前線にあり、レガシーインフラと最新のスマートグリッドシステムとのシームレスな統合を実現します。プロトコル変換の簡素化、セキュリティの重視、ユーザーフレンドリーな設定ツールの提供により、これらのゲートウェイは、より効率的で信頼性が高く、将来に対応したエネルギーインフラの構築を可能にします。よりスマートなグリッドへの進化が進む中、これらの技術を導入することは、既存資産の価値を最大化し、エネルギーマネジメントの未来への円滑な移行を実現するために不可欠です。
IEC 61850ゲートウェイの詳細については、下記リンクより当社製品ページをご覧ください。
MGate 5192：IEC 61850-to-DNP3/IEC 101/IEC 104/Modbus ゲートウェイ
MGate 5119：DNP3/IEC 101/IEC 104/Modbus-to-IEC 61850 ゲートウェイ