[論文レビュー] Integration of SCADA services in cross-infrastructure holistic tests of cyber-physical energy systems

Van Hoa Nguyen, Tung Lam Nguyen+3 more|arXiv (Cornell University)|May 15, 2019

Real-time simulation and control systems参考文献 20被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、サイバー物理エネルギーシステムのクロスインfraストラクチャ統合テストに監視制御データ収集（SCADA）サービスを統合する手法を提案し、リモートハードウェアインザループおよび共同シミュレーションを通じて相互運用可能で現実的な検証を可能にする。この手法は、分散プラットフォームを用いた島嶼型マイクログリッドのリアルタイム制御を成功裏に実証し、研究インfraストラクチャ全体にわたり実験の忠実性とスケーラビリティを向上させた。

ABSTRACT

Cyber-Physical Energy System, due to its multi-domain nature, requires a holistic validation methodology, which may involve the integration of assets and expertise from various research infrastructures. In this paper, the integration of Supervisory Control and Data Acquisition services to cross-infrastructure experiment is proposed. The method requires a high degree of interoperability among the participating partners and can be applied to extend the capacity as well as the degree of realism of advanced validation method such as co-simulation, remote hardware-in-the-loop or hybrid simulation. The proposed method is applied to a case study of multi-agent system based control for islanded microgrid where real devices from one platform is integrated to real-time simulation and control platform in a distanced infrastructure, in a holistic experimental implementation.

研究の動機と目的

• 複数の研究インフラストラクチャに跨るサイバー物理エネルギーシステムの統合的検証を可能にする。
• 異なるプラットフォームからのSCADAサービスを分散型リアルタイム実験に統合する課題に対処する。
• 共同シミュレーションやリモートハードウェアインザループなどの高度な検証手法の現実性とスケーラビリティを向上させる。
• 距離を越えて実デバイスとリアルタイムシミュレーションプラットフォーム間の相互運用性を実証する。
• 統合されたSCADAサービスを用いて、島嶋型マイクログリッドのマルチエージェントシステムベースの制御戦略を検証する。

提案手法

• この手法は、地理的に分散されたインフラストラクチャ間でSCADAシステムとリアルタイムシミュレーションプラットフォームの相互運用性を実現する。
• 標準化された通信プロトコルを用いて、一つのインフラストラクチャの実デバイスを、別のインフラストラクチャのリアルタイムシミュレーション環境に接続する。
• 物理デバイスとシミュレートされたコンponentsを統合した単一の実験フレームワーク内でハイブリッドシミュレーションを支援する。
• テスト中のマイクログリッドを調整するために、マルチエージェントシステムベースの制御アーキテクチャを実装する。
• インfraストラクチャ境界を越えて、SCADAサービスを用いたマイクログリッドのエンドツーエンド監視と制御を可能にする。
• リモートハードウェアインザループによる島嶋型マイクログリッドの事例研究を通じて、システムを検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 異なる研究インフラストラクチャからのSCADAサービスを、統一的でリアルタイムのテストフレームワークに統合する方法は何か？
• RQ2 クロスインフラストラクチャのSCADA統合は、サイバー物理エネルギーシステム検証の現実性をどの程度向上させるか？
• RQ3 マルチエージェント制御システムは、実デバイスを含む分散型ハイブリッドシミュレーション環境で効果的にテスト可能か？
• RQ4 リモートで複数のプラットフォームが関与する実験において、同期性と相互運用性を維持するための技術的課題と解決策は何か？
• RQ5 SCADAサービスの統合は、統合的検証手法のスケーラビリティと忠実性にどのように影響を与えるか？

主な発見

• 提案手法により、SCADAサービスを用いて物理的マイクログリッドデバイスとリモートリアルタイムシミュレーションプラットフォームのリアルタイム統合が成功裏に実現された。
• 標準化された通信および同期プロトコルを介して、異なる研究インフラストラクチャ間の相互運用性が達成された。
• 統合的テスト環境は、マルチエージェントシステムを用いて島嶋型マイクログリッドの安定的かつ正確な制御を示した。
• 物理的ハードウェアと高精度なシミュレーションを組み合わせることで、検証プロセスの現実性が顕著に向上した。
• このアプローチは、サイバー物理エネルギーシステムにおける他のクロスインフラストラクチャテストシナリオにもスケーラブルかつ適応可能であることが証明された。
• 事例研究により、分散プラットフォームに跨る完全なSCADA可視化と制御を備えたリモートハイブリッドテストの実現可能性が確認された。