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海外における送配電事業のデジタル化と事例

2017年6月13日ABB株式会社パワーグリッド事業本部柴田悠生

資料８

技術革新のリーダー企業の1社として

ABB: the pioneering technology leader

October 30, 2017 Slide 2

132,000 人

従業員数

世界の事業拠点

100 ヵ国

設立

1988 年

売上（2016）

billion38$

- 本社所在地：スイス、チューリッヒ

- アセア社（スウェーデン：1883～）とブラウン・ボベリ社（スイス：1891～）が合併

- 約4.2兆円 *$1=\110

長期的成長性のある市場を中心に

事業分野


Pioneering technology | 革新的技術の提供

電力交通・インフラ一般産業

再生可能エネルギー

グリッドオートメーション／グリッドのデジタル化

マイクログリッド

スマート化

エレクトリフィケーション

蓄電

生産性

エネルギー効率化

自動化

IoTSP

電力品質と信頼性

新興市場

都市化

データマネジメント

電気輸送

エネルギー効率化

電力品質と信頼性

分散型発電

産業、交通と社会インフラの「現場」に向けた電力とオートメーション「系統」向けの電力とオートメーション

技術革新のリーダー企業の1社として

ABB in Japan | ABBジャパン

October 30, 2017 *2017年3月時点Slide 4

750 人

従業員数

国内事業拠点

21 拠点

設立

1907 年

売上（2015）

million523$

- 日本でのルーツは、約110年前、前身企業による横浜事務所の開設

- 約580億円 ($1=\110)

- 本社所在地：品川区大崎

- ABBジャパングループとして4つの事業体で全国15都市、21拠点にネットワークを展開*

前身の時代から110年を超える歴史

日本でのあゆみ


1998 IHIと合弁会社、ターボシステムズユナイテッド株式会社設立

日本国内の太陽光発電事業に参入

2012

水銀整流器で日本初の東西間連系（静岡県佐久間周波数変換所）

1907

1965

横浜に事業所開設（前身企業） 1993 塗装機の開発製造拠点、テクニカル

センターを開設（静岡県島田市）

極東貿易、IHIと合弁会社、ABB日本ベーレー株式会社設立

1999

2015日立製作所と合弁会社、日立ABB HVDCテクノロジーズ株式会社設立

お客様の課題とソリューション

デジタル変電所

設備管理の高度化


アジェンダ

お客様の課題とソリューション

電力業界のお客様が直面している課題


CostMinimizeOptimize

PerformanceExceedMeet or beat

RiskAvoid Manage

Aging infrastructure | 設備の老朽化

Nearly 70% of the transformers in the US aremore than 25 years old1

アメリカの70%近くの変圧器は25年以上経過 Aging workforce | 労働人口

の高齢化

40% of the workforce at America’s electric and natural gas utilities will be eligible for retirement in the next five years6

アメリカの電気ガス業界で今後5年間に40%の労働力がリタイア

Reliability | 信頼性

Up to 55% reduction in unexpected failures with predictive maintenance solutions2

予兆保全の取り組みで55%の予期せぬ故障を予防

Spending justification | 投資の正当化

Companies investing in IoT-based operational sensing and cognitive-based situational awareness will see 30% improvements in the cycle times of impactedcritical processes5

IoTベースセンシング技術や経験ベース状況判断に投資している会社は対象のプロセスにおいて30%の投資回収時間改善が見込まれる

Cyber security | サイバーセキュリティ

Through 2018, 50% of IoT device manufacturers will not be able to address threats from weak authentication practices7

2018年内に50%のIoTデバイス製造者は脆弱な電子証明方式で脅威に対処できなくなる

Distributed energy | 分散化電源

By 2020, 2.5 GW of electricity will be generated by 20% of Fortune 500 companies, which will wholesale their distributed energy resource excess power through utility-independent subsidiaries4

2020年までに2.5 GWの電力がフォーチューン500企業の20%から生み出され余剰電力が市場に出される

Asset information everywhere | 設備情報の氾濫

25 billion devices (not counting smartphones, tablets or computers) will be connected to the IoT by 20203

2020年までに250億個（スマートフォンやPC除く）のデバイスがネットワークに接続

1 Harris Williams & Co. | 2 ARC Advisory Group, November 2014 | 3 Gartner. Predicts 2016: Unexpected Implications Arising From the Internet of Things. December 2015 | 4 IDC FutureScape: Worldwide Utilities 2017 Predictions | 5 IDC Energy IDC FutureScape: Worldwide Digital Transformation 2017 Predictions | 6 APPA | 7 Gartner. Predicts 2016: Unexpected Implications Arising From the Internet of Things. December 2015

デジタル化ソリューションで上記課題の解決をサポート

現場機器監視から設備管理戦略をシームレスに統合

送配電事業デジタル化のコンセプト


設備管理戦略の連続的改善サイクル

現場機器デジタル信号・センサー・ヒストリアン・データベース

ワークフォース管理 (WFM) / 設備資産管理 (EAM)

アセットパフォーマンス管理 (APM)

– エキスパートモデル・統計モデルによる処方的分析

– データ収集から故障予測、対応策（保守点検作業）指示、作業フィードバックまでの業務フローをシームレスに実装

– 蓄積した保守点検データを用いて設備管理戦略を高度化


– 現場機器レベルから上位システムまですべての信号をデジタル化

– 各種計測値や機器間の通信含むすべての情報がデジタル通信ネットワークに乗る

– 制御及び保護の信号は光ファイバにて高速通信


エキスパートモデル統計モデル・AI

ビジネスインテリジェンス (BI)

CostMinimize Optimize


RiskAvoid Manage

ABB Ability™

包括的なデジタル化製品ラインアップ

October 30, 2017*1 NCIT: Non-Conventional Instrument Transformer*2 MSM: Modular Switchgear MonitoringSlide 10

SAM600

IED 670/650デジタルリレー

UniGearDigitalNCIT*1組込型スイッチギア

CoreTec変圧器モニタリング

送電系統配電系統

FOX615電力事業用通信デバイス（MPLS/TP・SDH）

モバイルワークフォース

サイバーセキュリティ（変電所～上位ネットワーク、電子機器）

Service Suite / eSOMS

Ellipse / Asset Suite

Asset Health Center

プロセスバス

ステーションバス

FOCS光ファイバー電流センサ（自立式または断路器組込型） GIS用NCIT*1及

びMSM*2による

ローカル監視制御盤

Intelligent substation

HMI

SDM600 Data

manager

オペレータ監視室

エンタープライズレベル



ルーター/ゲートウェイ/RTU

SAM600プロセスバス IO（アナログ/デジタル変換）

REB500バスバー保護

CoreSenseオンラインDGA

コンピュータ化接続性透明性予測性適応性可視性

インダストリー4.0

デジタル化のロードマップ

October 30, 2017 Source: Reinhart, Gunther; 2017; Handbuch Industrie 4.0 Slide 11

インダストリー

4.0成熟レベル

ビジネスバ

リュー

インダストリー3.0 開発ロードマップインダストリー4.0

何が起きたか?“見る”

なぜ起きたか?“理解する”

何が起きるか?“備える”

どうやって自律的に対応するか?“自己適化”

大規模なグローバルソフトウェアやデジタル関連製品

ABBはデジタル領域における隠れた“チャンピオン”

ＡＢＢの売上の55%以上はソフトウェアまたはデジタル接続可能な機器類

50件以上：

クラウドベースのサービス＆先進的分析

6,000 件以上：ソリューション実績

70,000 システム以上：導入済み

70,000,000 個以上：

デジタル接続可能な機器類の販売実績

ABB AbilityTM

ABBとMicrosoftのパートナーシップにより世界大級の産業用クラウドプラットフォームを実現


全ての業務レベルでループを閉じるデジタルソリューション

インテリジェントクラウドプラットフォーム

監視システム、制御システム、機器の知見異なる事業領域で得た知見の融

合

– Azureは世界の32の地域で利用可能、さらに6地域を追加予定。

– Microsoftは国際的かつ産業特有の業界標準に準拠、また厳格な監査を受けており、万全のセキュリティ管理。

世界でのフットプリントと高い信頼性

ABB Ability™はABBの全てのデジタル製品とサービスを統合します。お客様をパワフルなIoTの世界につな

げ、データからアクションを導き、現実世界で価値を生み出します。

本当の事業価値を創出する

従来型とデジタルの比較

デジタル変電所とは


従来の変電所


デジタル変電所は配線と機器の占有スペースを減らし、安全性を向上させる

デジタル変電所とIEC61850


多量のアナログ信号線が存在

現行の変電所

IEC61850ステーションバスIEC61850ステーションバス

デジタル通信にてベイ間の通信線とレガシープロトコルを置き換え

現場機器とのインターフェイス現場機器とIED間の通信は信号毎に配線が存在

デジタル変電所とIEC61850


– プロセスレベルからステーションレベルまですべての通信をデジタル化

– 各種計測値や機器間通信信号含むすべての情報がデジタル通信ネットワークに乗る

– 制御及び保護の信号は光ファイバにて高速通信

IEC61850プロセスバスにより配線量を削減

プロセスバス導入によるデジタル変電所

IEC61850ステーションバス

SAMU

NCITNCIT

SAMU

NCIT Non-conventional instrument transformers

SAMU Stand-alone merging units

NCITNCIT

SAMUSAMU

IEC61850プロセスバス

変電所の進化


プロセス

レベル

ベイ

レベル

ステーション

レベル

ネットワーク

レベル

従来現行デジタル

IEC61850

IEC61850

IEC61850Copper Cables

Copper Cables Copper Cables

Ethernet CommunicationSerial Communication MPLS-TP

現行型とデジタルのギャップを埋める


+10,000世界における

IEC61850準拠の変

電所自動化システム導入実績

Worlds 1st

IEC61850 Edition 2 規格認定取得 - システムとエンジニアリングツール

+15IEC61850プロセスバス導

入プロジェクト（2015）

Process Bus developments

マージングユニット(SAM600) プロセスバスIOに

よる効率的なレトロフィット

従来型

デジタル化の方法 - 気中絶縁スイッチギア変電所の例

October 30, 2017P: ProtectionC: ControlSlide 20

Relay house

Marshalling

Marshalling

Line

Center

Transformer

P1 P2 C1

P1 P2 C1 C2

P1 P2 C1

Conventional system

C2

C2

Marshalling

デジタル



Relay house

SAS

NCC

IEC 61850 process bus

AC, DC power supply

Stand-alonemerging units

P1C1

P2C2

P1C1

P2C2

P1C1

P2C2

Line

Center

Transformer

Digital system

Optimized panel layout(Smaller IEDs with less I/Os

and less terminals/ auxiliaries and less cables

allow more compact design)

Optical process bus

Viewer connections

Only for redundancy

purpose

Horizontal communication between IEDs

P: ProtectionC: Control

トップビュー



IO

M2

Fiber optic communication

Power supply for merging units, drives…

IO

M1

VT

M2

VT

M1

CT

M2

CT

M1

SAM600IO modules

Main 1 Main 2

Emer

gen

cy

cont

rol

Power supply, heating

FO

inte

rfac

e

IEC

618

50p

roce

ss b

usD

C1,

DC

2, A

C

Outdoor cubicle

プロジェクトハイライト

IEC61850プロセスバス導入の実績

October 30, 2017Pilot projects are installations to verify technology and compare to traditional systemsReal projects are installations without traditional backupSlide 23

Pilot installationBraemar, AUGIS NCIT,670series

Pilot installationLaufenburg, CHGIS NCIT,670series, REB500

Pilot installationSvK, SEDCB with FOCS,670series

Pilot installationCHGIS NCIT,670series, 3rd party

Pilot installation UKGIS NCIT,670 series

Pilot installationNehden, DE3rd party NCIT,REB500

Real installationLoganlea, AUGIS NCIT,670series, REB500

Real installationMillmerran, AUGIS NCIT,670series, REB500

Pilot installationTWSAM600670series, 3rd party

Real installationBraemar, AU*GIS NCIT,670series, REB500

2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016

Real installationUKSAM600, FOCS670series, 3rd party

Pilot installationCN (several)DCB with FOCS3rd party

Pilot installationVattenfall, SEAIS 3rd party NCIT,670, 630, 615series

Pilot installationUSDTB with FOCS, SAM600, 670 series

既設変電所へのIEC61850プロセスバス導入事例


お客様のニーズ

既設のセンサ、保護制御システムを流用しながらプロセス側をデジタル化

変電所を完全にIEC61850準拠したシステムに

プロジェクト内容

IEC 61850プロセスバス導入にあたっての設計、機器調達、システム構築、テスト、現地調整

導入機器：マージングユニット、IED（670シリーズ及びREB500）

ベネフィット

IEC61850準拠によりメンテナンスの簡易化

機器入れ替え時のダウンタイムを短縮

既設変電所のリプレースプロジェクト

Customer: Powerlink Queensland - Australia

Year of commissioning: first SS in 2011

Voltage level:275kV

オーストラリア

台湾

既設変電所へのIEC61850プロセスバス導入事例



IEC61850プロセスバス導入による効果検証


既設161kV変電所へSAM600を導入、プロセス側をデジタル化、光ファイバ通信

670シリーズIED、MicroSCADA Proの試験導入

新規システムと既設システムのオペレーションを比較、効果を検証

プロジェクトフィードバック

デジタル通信での保護システム動作時間が十分短いことを確認

送電線保護、サイバーセキュリティ、時刻同期といった領域にプロジェクトを拡大

SAM600のパイロットプロジェクト

Customer: Taiwan Power Company - Taiwan

Year of commissioning: 2015, extended 2017

Voltage level:161kV

期待される効果


施工時施工時

材料・スペース削減

リレーパネル、配線、CTVTコア、マーシャリングパネル

システム信頼性向上

標準モジュールを組み合わせて製造。デジタル通信のため出荷前検査にて現場模擬の再現度が高い

設計変更が柔軟

デジタル通信のためインターフェイスが取りやすい

IEC 61850

ダウンタイム短縮

施工、立ち上げ、試験が短期間

オペレーション時オペレーション時

安全性向上

デジタル通信線により施工時やメンテナンス時の電気事故リスクを低減

設備管理効率化

監視データが増え設備管理レベルが高度化

機器の取替・拡張が容易

標準化されたインターフェイス（非ベンダー依存）

メンテナンス簡易化

リモートでメンテナンスや設定変更が可能


設備管理の成熟レベル


Reliability centered6

Financial optimization7

Predictive5

Condition-based4

Usage-based3

Run to failure1

Time-based2

能率的・予測的

戦略的・能動的

Connected Asset Lifecycle Management™ (CALM)


– 異質なデータを一元化して共通ソースに

– 能動的なメンテナンス - 故障予測、具体的な対応策処方と実行

– 故障リスクと運用重要性に基づくO&M計画が可能に

– 反応性の向上 - 適切な作業オーダー、作業員、タイミングを実現

高度に連携した設備管理アプリケーション群

設備管理を高度化するトライアングルアセットパフォーマンス管理(APM)

設備資産管理(EAM)

ワークフォース管理(WFM)

APM - 設備のパフォーマンスを引き出す処方的分析

Asset Health Center™


処方的分析

対応

2

4

データ収集

標準ツールによる分析結果の検証

1

分析結果レビュー

3

設備資産管理 / ワークフォース管理より作業指示プロセスを開始

単一プラットフォームで全ての設備状態データが閲覧可能

独自アルゴリズムによる故障リスク予測、対応策の処方（提示）と優先順位付け

システム全体像



Online Sensors &

IEDs

Breakers

Enterpriseasset and

work management

IEC61850

Batteries

Transformers

MicroSCADA

SCADA Historian

Field Tests & Inspections

Comm

ABB FOX615

ABB Wireless

Central EMS,

ADMS, SCADA

Databases, Excel, Reports

OT IT

IT Asset Health Center

Decision意思決定

事象の「記述」から対応策の「処方」へ

データ分析のレベル


Action行動

Decision automation意思決定自動化

Decision support意思決定サポート

Descriptive | 記述的What happened? | 何が起きたか？

Diagnostic | 診断的Why did it happen? | なぜ起きたか？

Predictive | 予測的What will happen? | 何が起こるか？

Prescriptive | 処方的What should I do? | 何をすれば良いか？

Dataデータ

Analytics分析

Human input人間のインプット

ABB analytics portfolioABBの分析ポートフォリオ

Source: Gartner (February 2015)

処方的分析のためのパフォーマンスモデル



Data sources

Databases, Historians, SCADA

Offline Data; Excel, CSV

Packaged subject matter expertise

Data management

and performance

modelsExtract

transform load

Asset Health Center

Open Model Integration

framework (API)

Field Inspections & Tests

Condition Monitoring

Algorithms Determine:1. Health Score

2. Asset Importance

3. Recommended Actions

4. Messages, Errors, Warnings

5. Action Prioritization

6. Replacement Prioritization

アメリカ

Asset Health Center™導入事例



老朽化した重要設備の故障を予防：3,500の変電所、8000の変圧器、10000の遮断機、200のバッテリー、33%の変圧器は50年経過、18%は60年


Asset Health Centerを導入、SCADA及び保守メンテナンスデータから重要設備の処方的分析

ベネフィット

アラームと対応策処方の自動化により重要な変圧器の故障を予防

一貫性あるメンテナンス・交換の優先順位付けによりO&Mコスト削減、設備寿命の延長

フリート単位でリアルタイム設備情報が見える化、設備投資戦略が向上

11の州にまたがる膨大なフリート

中国

Asset Health Center™導入事例



電力供給体制の信頼性向上：2400万人の顧客、急拡大する電力需要


お客様の研究所にプラットフォームとしてAsset HealthCenterを導入、お客様独自のプログラムにより変圧器の故障リスクを評価

メンテナンス記録、故障記録、データ処理を標準化

ベネフィット

効果的な設備更新の意思決定サポートによる信頼性の向上

整理されたデータ記録・追跡システムにより法令違反リスクが減少、作業効率が向上

急拡大する電力需要


期待される効果


売上ダウンタイム短縮

O&Mコスト

重大事故を予防

計画外の緊急作業を削減

計画作業指示の精度向上、作業効率改善

不要な定期メンテを削減

材料在庫とハンドリングコスト削減

CAPEX設備寿命の延長（機器購入コスト削減）

運転資金（在庫資産）削減

リスク法令違反リスクの減少

財務パフォーマンス影響要素

海外の電力業界も日本と同様の課題を抱えている。

海外の送配電事業者はデジタル化により設備の信頼性向上とO&M業務標準化、設備関連のCAPEX/OPEXの削減に取り組んでいる。


まとめ

設備管理戦略の連続的改善サイクル

現場機器デジタル信号・センサー・ヒストリアン・データベース

ワークフォース管理 (WFM) / 設備資産管理 (EAM)

アセットパフォーマンス管理 (APM)

エキスパートモデル統計モデル・AI

ビジネスインテリジェンス (BI)

CostMinimize Optimize


RiskAvoid Manage

海外における送配電事業のデジタル化と事例 · pdf filereb500 real...

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