IEC 61850を適用した電力ネットワーク - スマートグリッドを支える変電所自動化システム -

天雨徹中部電力パワーグリッド（株）編著
田中立二産業技術総合研究所著
大谷哲夫電力中央研究所著

変電所自動化システムの通信規格IEC 61850を理解し，スマートグリッドの実現へ。

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発行年月日: 2020/06/18

判型: A5

ページ数: 198ページ

ISBN: 978-4-339-00932-3

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【読者対象】
本書は，IEC 61850 の解説と，特に変電所自動化システムの実態，課題，将来動向などを体系的にまとめたものである。電力エネルギー分野の専門技術者だけでなく，電力工学を学ぶ学生にも理解しやすくまとめており，電力システム工学などの参考書として積極的に活用していただきたい。

【キーワード】
国際標準，IEC 61850，電力ネットワーク，スマートグリッド，変電所自動化，
保護リレー，監視制御，SCADA，論理ノード，通信サービス，ステーションバス，
プロセスバス，エンジニアリングツール，IED，GOOSE，SCL(システム構成言語)，セキュリティ

【書籍の特徴】
本書は，情報通信技術を活用したスマートグリッドの中核を担う変電所自動化システムのための国際標準IEC 61850についての解説書である。
電力会社，メーカ，研究者の視座から，国内で使用されている技術との対応についても配慮しつつ，体系立ててIEC 61850の仕様と特徴を詳述した。
本書は，決して単なる解説書ではない。国際標準の世界を知り，具体的な設計方法を習得することで，IEC 61850に基づく変電所自動化システムを実現する技術者必携の一冊である。

【各章について】
第1章では，電力ネットワークを取り巻く環境の変化として，太陽光発電の大量導入，スマートグリッド，国際標準，電力ネットワークの現状と課題について述べる。

第2章では，変電所保護制御システムの国際標準であるIEC 61850 の目的・対象・適用範囲などの概要，および論理ノード・通信サービス・エンジニアリングツール・試験仕様などの規格体系について解説する。また，変電所保護制御に必要な装置・機器の情報をモデル化したIEC 61850 の論理ノードと，それを用いた変電所保護制御システムの構成について解説する。

第3章では，変電所の計測・監視・制御・保護に必要とされるIEC 61850 の通信サービスについて解説する。また，CT／VT 瞬時値・遮断器トリップ指令の高速伝送のためのプロセスバス，および送電線電流差動保護・シンクロフェーザ適用系統観測・変電所―制御所間通信などの広域通信のためのIEC 61850 拡張標準と，これらに関係した電力システムのセキュリティ標準IEC 62351 について解説する。

第4章では，保護制御ユニットの構成を，ハードウェア，実装される保護制御機能，ソフトウェアの三つの側面から解説する。あわせて，IED の設定作業を行う際に利用するエンジニアリングツールについても説明する。

第5章では，IEC 61850 のクライアントとなるSCADA について述べる。SCADA は，変電所監視制御システムにおいても適用される。具体的には，一般的なSCADA の機能と構成について述べた後，変電所監視制御システムに適用するSCADA について説明する。

第6章では，配電用変電所が有する保護制御機能（抜粋）を対象に，IEC 61850 を適用した場合のケーススタディを述べる。ケーススタディでは，主回路構成・保護制御機能・対応する論理ノード・IEDの仕様を想定した上で，システムの設計・試験・メンテナンスの具体例を示す。

第7章では，電力ネットワークに関する保護制御システムの今後を，IEC 61850 に関連する観点から考察する。具体的には，汎用性を確保するためのアプローチ，分散型電源・配電自動化・風力発電といった広域性の確保，エンジニアリングツールの標準化など標準化範囲の拡大に着目する。また，電力会社とメーカの役割分担やデータ活用についても考察する。

【著者からのメッセージ】
本書が変電所自動化システム設計者のみならず，これら電力ネットワークについて関心をもっておられる方々にとって，少しでも役に立つものとなれば望外の喜びです。

はじめに

いまや電力供給システムは，産業や生活を支える最も重要な社会インフラとなっている。その一方で近年の災害は，大規模停電をはじめ電力供給システムに大きな被害をもたらし，そのレジリエンスの重要性を改めて認識させることとなった。今後の電力供給システムは「3E＋S（energy security，economic efficiency，environment，safety）」のバランスを保ちつつ，レジリエンス・安定供給の重要性をより高めていく必要があろう。加えて，化石エネルギーから再生可能エネルギーへのパラダイムシフトによる地球温暖化対策など，環境問題への配慮も求められる。

そうした中，政府は第5期科学技術基本計画において，「サイバー空間（仮想空間）とフィジカル空間（現実空間）を高度に融合させたシステムにより，経済発展と社会的課題の解決を両立する，人間中心の社会＝Society5.0」を目指すべき未来社会の姿として提唱した。この社会が実現すれば，IoT（internetofthings），人工知能（AI）の活用により必要な情報が必要なときに提供されることで，先に述べたような課題の克服が可能となるだろう。電力供給システムにおいても，情報通信技術を活用した「スマートグリッド（賢い電力網）」の構想がますます注目を集めている。また，国内外でスマートメータなどのデジタル形計量システムの導入が進むなど，電力供給システムはいまや大きな転換期にあるといえる。

このようなデジタライゼーションが進展する中で，新たな情報通信技術としておもに変電所自動化システムに適用されるIEC61850が注目を浴びている。国際標準であるIEC61850に準拠した変電所自動化システムは，保護リレーシステムや変電所監視制御システム，給電・制御所システムと相互に連携して電力系統を制御する電力供給システムにおける中核的な役割を担うものであり，iiはじめにその適用が拡大している。しかしながら，これまでIEC61850を本格的に取り扱う書籍はほとんど存在しなかった。

本書は，IEC61850の解説と，変電所自動化システムの実態・課題・将来動向などを体系的にまとめたものである。電力エネルギー分野の専門技術者だけでなく，電力工学を学ぶ学生にも理解しやすくまとめており，電力システム工学などの参考書として積極的に活用していただきたい。本書が変電所自動化システム設計者のみならず，これら電力ネットワークについて関心をもっておられる方々にとって，少しでも役に立つものとなれば望外の喜びである。なお，本書は電力ネットワークに関わっている技術者が分担して執筆した。そのおもな分担は以下のとおりである。

天雨　徹　：1，5章
田中　立二：2，3章，付録
大谷　哲夫：4，6，7章

本書の完成にあたっては，浜松浩一氏，瀬戸好弘氏，坂泰孝氏に多大な協力をいただいた。厚く御礼申し上げる。また，コロナ社の方々には終始貴重な助言と励ましをいただいた。感謝の言葉もない。

2020年4月　　　　　天雨　徹

1．序章
1.1　概要
1.2　電力ネットワークと変電所保護制御システムに関する環境変化と課題
　1.2.1　電力ネットワークを取り巻く環境の変化
　1.2.2　変電所保護制御システムの現状
　1.2.3　変電所保護制御システムにおける課題
1.3　本書の目的と内容
引用・参考文献

2．変電所保護制御システム標準 IEC 61850　①―概要と論理ノード
2.1　概要
2.2　標準体系
2.3　IEC 61850に基づいたシステム開発手順
2.4　論理ノードの構成
　2.4.1　論理ノード（LN：logicalnode）
　2.4.2　共通データクラス（CDC：common data class）
　2.4.3　共通データクラスのデータ属性
引用・参考文献

3．変電所保護制御システム標準 IEC 61850 ②　―通信サービスとセキュリティ
3.1　通信サービス IEC 61850-7-2
　3.1.1　GenServerクラス
　3.1.2　Associationモデル
　3.1.3　GetDataValues/SetDataValues　―データ読出/書込
　3.1.4　Report　―計測，イベント伝送
　3.1.5　Log　―記録・検索
　3.1.6　Control　―直接制御・選択制御
　3.1.7　Setting　―設定・整定
　3.1.8　Filetransfer　―ファイル転送
　3.1.9　GOOSE　―高速高信頼イベント伝送
　3.1.10　Sampled Value　―瞬時値伝送
　3.1.11　時刻同期
3.2　変電所構内および広域通信ネットワーク
　3.2.1　プロセスバスの適用　IEC 61850-90-4
　3.2.2　通信の冗長化構成（RSTP，PRP，HSR）　IEC 61850-90-4
　3.2.3　変電所間通信（送電線電流差動保護など）　IEC 61850-90-1
　3.2.4　給電・制御所-変電所間通信（テレコン）　IEC 61850-90-2
　3.2.5　シンクロフェーザ（系統観測，安定化システム）　IEC 61850-90-5，IEC 62361-102
3.3　セキュリティ IEC 62351
引用・参考文献

4．保護制御ユニット（IED）とエンジニアリングツール
4.1　ハードウェア
　4.1.1　CPUとメモリ
　4.1.2　電源
　4.1.3　通信インタフェース
　4.1.4　入出力部
　4.1.5　耐環境性能
4.2　IEDに実装される保護制御機能
4.3　ソフトウェア
　4.3.1　保護制御プログラム
　4.3.2　通信用ミドルウェア
　4.3.3　オペレーティングシステム
4.4　エンジニアリングツール
　4.4.1　システムコンフィグレータ
　4.4.2　IEDコンフィグレータ
引用・参考文献

5．SCADA
5.1　SCADAと関連する装置
　5.1.1　SCADAの構成形態
　5.1.2　SCADAソフトウェアの機能
　5.1.3　SCADAソフトウェアの構成
　5.1.4　OPCについて
5.2　変電所SCADA
　5.2.1　系統監視機能
　5.2.2　機器制御機能
　5.2.3　切替スイッチ制御機能
　5.2.4　計測機能
　5.2.5　状態表示機能
　5.2.6　故障表示機能
引用・参考文献

6．IEC 61850適用保護制御システム構築のケーススタディ
6.1　適用対象の変電所および保護制御機能
　6.1.1　変電所の主回路構成
　6.1.2　保護制御機能
　6.1.3　論理ノードの選定とその役割設定
　6.1.4　IEDの仕様
6.2　システムの設計
6.3　システムのテストとメンテナンス

7．電力ネットワークにおける保護制御システムの今後
7.1　汎用性の確保のためのアプローチ
　7.1.1　BAPを使ったシステム構築
　7.1.2　国内における機能仕様の活用
　7.1.3　論理ノードの実装方法の改良
7.2　広域性
　7.2.1　分散型電源などの監視制御
　7.2.2　配電自動化システム
　7.2.3　風力発電の監視制御
7.3　標準化範囲の拡大
　7.3.1　エンジニアリングツールの標準化
　7.3.2　標準化を充実させるための置換性の可能性
　7.3.3　システム管理
7.4　電力会社，メーカの役割分担
7.5　データ活用
引用・参考文献

付録
　付表1　IEC 61850-7-4論理ノード一覧
　付表2　IEC 61850-7-3共通データクラス
　付表3　IEC 61850-7-420分散電源論理ノード，共通データクラス

索引

天雨徹（アマウトオル）

技術系社員研修の専門家。名古屋工業大学客員准教授。東京都市大学非常勤講師。博士（工学）。修士（経済学）。専門は「電力システムネットワーク論」。1962年愛知県生まれ。中部電力パワーグリッド株式会社にて電力ネットワーク系の技術戦略・開発業務に従事すると同時に大学客員准教授として学生の卒業論文、修士論文、学会発表の指導・助言を行っている。中部電力(株)工務研修所で技術系社員約3000人を対象に社員研修を実施、新入社員研修(20～25歳)、専門技術研修(25～30歳)、新任管理職研修（30～40歳）など社内の技術力向上に貢献。2012年電気学会学術振興賞、優秀技術報告賞受賞。電気学会上級会員。技術士（電気電子部門）。他に他社企業研修・講演なども自主開催。企業、学生を対象に幅広く活動している。一般社団法人日本ほめる達人協会「ほめ達！」研修特別認定講師。
【著作】
◆『電気工学ハンドブック第 7 版』第 19 編保護リレーと監視制御装置, 3 章監視制御と監視制御装置の執筆を担当,（電気学会[オーム社] ）(2013-9)
◆『保護制御システムサージ対策』（電気協同研究会）（保護制御システムのサージ対策技術専門委員会ＷＧ１編集委員として執筆に参画）(2002-1)
◆『変電所に見るオープン分散制御技術 (特集電力系統への適用進むオープン分散技術の現状と将来)』, OHM 87(9), 38-43, [オーム社](2000-9)共著（天雨，佐藤）(2000-9)
◆『下位系変電所総合ディジタル監視制御システムの開発』,（電気現場技術[電気情報社]）共著（天雨，田上）(1997-8)

田中立二（タナカタツジ）

(国研)産業技術総合研究所客員研究員、早稲田大学招聘研究員、(一財)電力中央研究所客員研究員　スマートグリッド関係の国際標準化に従事。
1971年早稲田大学理工学部数学科卒業、同年㈱東芝重電技術研究所。2002年～2017年㈱東芝電力・社会システム社。電力・産業分野の制御システムの高度化の研究・開発、および電力システム・通信の国際標準化に従事。
2017年東芝退職現在に至る。
㈱東芝在職中、制御用計算機システム・組込機器システムのOS、言語・コンパイラー、データベース、通信ネットワーク、AI適用故障診断、三次元グラフィック適用ロボットプログラム生成・レーザー加工機などの製品化に従事。送配電系統情報モデル、保護リレー装置組込型ネットワークコンピューティングシステム(Java/Web Server/Agent)、IEC 61850適用変電所自動化システム・保護リレー装置、プロセスバス、広域イーサネット適用送電線電流差動保護リレー・広域保護システム・系統安定化システムなどの試作・製品化に従事。
また、IEC 61850の規格化に関しては1999年よりIEC TC57 WG10にて規格作成・審議にかかわり、送電線電流差動保護、系統安定化システム、変電設備診断、BAP (Basic Application Profile)、E-Mobility (EV Smart Charging)、可変速揚水発電などについてのIEC 61850の拡張を行った。
表彰：
2002年電機工業技術功績者表彰会長賞「イントラネットを用いた電力系統保護システムの開発」
2008年電気学会電気規格調査会功績賞「IEC TC57における標準化活動」
2016年電気学会論文賞「IP系汎用・標準技術を用いた広域系統監視・保護制御システムの開発と検証」
著書：
[1] オブジェクト指向データベース標準：ODMG-93（共訳）、共立出版、1995
[2] オブジェクト指向とエージェント基礎と応用（共著）、オーム社、2001
[3] 国際標準に基づくエネルギーサービス構築の必須知識 ―電気事業者・需要家のための―（共著）、オーム社、2016
[4] IEC 61850 を適用した電力ネットワーク ―スマートグリッドを支える変電所自動化システム―（共著）、コロナ社、2020
論文、学会発表など（国内のみ海外は省略）：

科学技術振興機構 J-GLOBAL（科学技術総合リンクセンター）

大谷哲夫（オオタニテツオ）

私がIEC 61850の研究を本格的に開始したのは2009年でした。それ以来，本書の編著者である天雨様や共著者である田中様をはじめ，大変多くの方々にご支援いただきながら，IEC 61850適用方法の研究や国際標準化活動に携わってきました。そして，国内の実運用システム構築に研究成果のIEC 61850適用方法が活用され，配電自動化システムの時限順送方式を実現する論理ノード提案がIEC文書に掲載されるなど，これまでの活動が実を結んできています。現在は，熱エネルギーシステムや電気自動車充放電に関するIEC 61850の国際標準化活動に携わっており，IEC 61850がより包括的なエネルギー関連システムの国際標準となるよう，尽力する所存です。
【経歴】
1994年慶應義塾大学大学院計算機科学専攻修士課程修了
同年財団法人電力中央研究所入所
2000〜2003年　在職のまま慶應義塾大学大学院開放環境科学専攻後期博士課程在籍
現在一般財団法人電力中央研究所システム技術研究所通信システム領域リーダー
副研究参事
博士（工学）　技術士（情報工学部門）　電気学会上級会員
IEC 61850の制定を担当するIEC TC 57 WG 10およびWG 17エキスパート
【受賞】
2002年電気学会優秀論文発表賞「需要地系統の運用制御に対するモバイルエージェント技術の適性評価」
2005年電気学会優秀論文発表賞「需要地系統の事故区間分離に関する運用管理システムの性能評価」
2005年電気学会電気学術振興賞論文賞「次世代配電系統監視制御用モバイルエージェントの構成とQoS制御方式」
2010年電気学会電子・情報・システム部門大会企画賞「情報・通信を中心としたスマートグリッド関連の国際標準化と海外動向」
2014年電気学会電子・情報・システム部門大会企画賞「電力システムの監視制御用規格 (IEC 61850) の現状と適用事例」
2019年電気学会電気学術振興賞論文賞「初期設定作業を省力化した変電所設備保全センサネットワーク」