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FNET（周波数監視ネットワーク、別名FNET/GridEye、GridEye）は、広域電力系統周波数測定システムです。周波数擾乱記録装置（FDR）と呼ばれるフェーザ測定ユニット（PMU）の一種を使用することで、FNET/GridEyeは電力系統の周波数、電圧、位相角を非常に正確に測定できます。これらの測定結果は、さまざまな電力系統現象の研究に利用でき、将来のスマートグリッド技術の開発において重要な役割を果たす可能性があります。FNET/GridEyeシステムは現在、テネシー州ノックスビルのテネシー大学（UTK）の電力情報技術研究所と、テネシー州オークリッジのオークリッジ国立研究所（ORNL）によって運用されています。[ 1 ]
位相測定ユニットは、電力系統の監視と研究に使用される重要なツールです。最初のPMUは1980年代後半にバージニア工科大学で開発されました。これらのデバイスは、電力系統内の母線における電圧、周波数、位相角を測定します。PMUは全地球測位システムを利用することで、各測定にタイムスタンプを提供できます。これにより、異なるPMUで取得された測定値を正確に比較できます。[ 2 ]
PMUは通常、変電所に設置されます。このプロセスは非常に高価で時間がかかり、デバイス1台あたり数万ドルの費用がかかり、数か月の作業が必要です。[ 3 ] PMUの設置コストが高いため、電力業界での使用は制限されています。
2000年、バージニア工科大学の教員であるYilu Liu氏率いる研究者らは、電力網の低電圧配電レベルに設置できる低コストのフェーザ測定ネットワークの開発に着手した。[ 4 ] バージニア工科大学の研究者らは、 FNETとして知られるようになったこのシステムの開発のために、米国国立科学財団からNSF MRI助成金を受け取った。[ 5 ]最初の周波数障害記録装置は、TVA（テネシー渓谷開発公社）とABB の支援を受けて2003年に開発された。FNETシステムは2004年に稼働を開始した。[ 4 ]
2010年以来、エネルギー省（DOE）との提携により、FNET/GridEyeは北米の主要3電力網と世界最大規模の16の電力網を網羅する広域電力網監視ネットワークへと発展してきた。
周波数擾乱記録装置（FDR）は、GPS同期型の単相PMUであり、一般的な120Vコンセントに設置されます。使用される電圧は一般的な三相PMUよりもはるかに低いため、この装置は比較的安価で設置も簡単です。
FDRは、アナログ-デジタル変換器を使用してコンセントの電圧信号の縮小版を高速サンプリング（毎秒1,440回）することで動作します。これらのサンプルは、オンボードのデジタル信号プロセッサによって処理され、各サンプルの電圧信号の瞬時位相角が計算されます。デバイスは、100 ms 間隔で電圧の角度、周波数、および電圧の大きさを計算します。各測定値は、GPS システムから提供される情報を使用してタイムスタンプされ、処理および保存のために FNET/GridEye サーバーに送信されます。FDR から取得される周波数測定値は、± 0.0005 Hz 以内の精度であり、角度精度は 0.02 度に達する可能性があります。[ 4 ]
FDRに必要なのは、電源コンセント、イーサネットポート、そして（GPSアンテナ用の）空が見える場所だけです。そのため、FDRは変電所、オフィス、さらには個人の住宅など、事実上どこにでも設置できます。
現在、FNET/GridEyeは300台以上のFDR（フィールドデータレコーダー）からデータを収集しており、そのほとんどは北米の電力網に設置されている。これらのユニットのうち約70台は、世界中の他の主要な電力網30か所に設置されている。
FDR（周波数データレコーダー）は、測定値をインターネット経由でテネシー大学とオークリッジ国立研究所に設置されたフェーザデータ集中装置（PDC）に送信します。これらのPDCは、1日に4GB以上のフェーザデータを収集します。PDCはまた、データをアプリケーションサーバーに転送し、そこでデータのほぼリアルタイムの解析が行われます。解析アプリケーションの例を以下に示します。
FNET/GridEyeプラットフォームを使用して、さまざまなアプリケーションが開発されています。中にはほぼリアルタイムで動作するものもあれば、オフライン分析に使用されるものもあります。
電力系統における大量の負荷または発電量の急激な増加または減少は、周波数の変化を引き起こします。たとえば、発電機のトリップは周波数の低下を引き起こし、負荷遮断は周波数の増加を引き起こします。周波数の変化は、トリップした発電機の規模または遮断された負荷量に比例します。これらの変化は、グリッド全体に空間的にも時間的にも伝播します。各FDRの地理的位置と各測定の時刻がわかっているため、これらのイベントの規模と位置の両方を推定することが可能です。[ 6 ]
FDRデータを使用すると、直感的なアニメーションを通して電力系統の事象を「再現」できます。この目的には、周波数データと角度データの両方を使用できます。
電力系統の振動は、発電機の停止、負荷遮断、故障の結果として発生する可能性がありますが、明らかな原因がないものもあります。このような振動は、迅速かつ十分に減衰すれば、通常は有害ではありません。FNET/GridEye は、位相角と周波数の両方のデータを使用して振動を検出し、リアルタイムのアラートを提供します。[ 7 ]
振動が検出されると、システムはマルチチャネル行列ペンシル技術を使用してモード解析を実行できます。この解析により、支配的な振動モードが明らかになり、電力系統のどの部分が一緒に振動する傾向があるかが示されます。[ 7 ]最近の研究では、多変量経験的モード分解法など、いくつかの時間周波数解析法がマルチチャネルモード解析に有用であることが示されています。[ 8 ] [ 9 ]
送電線遮断は、電力系統における一般的な障害の一つです。送電線の停止は、系統の周波数と電圧の安定性に影響を与えます。FNET システムの計測データを利用することで、送電線遮断イベントを正確かつ効率的に検出できます。現在のプロジェクトは、主にオンラインでの送電線遮断検出を実現し、顧客に自動アラート通知を提供するプロフェッショナルな送電線遮断アダプタの設計に焦点を当てています。[ 10 ]
北米の電力網に配備されたFDRによって取得された測定データに基づいて、系統分離検出方法が提案され、実装されました。この方法は、重要な電気負荷を監視し、これらの負荷が系統連系運転から系統分離運転に移行すること[ 11 ]、および系統分離運転から系統連系運転に戻ること[ 12 ]を検出します。