はじめに
ハードウェア・イン・ザ・ループ（HIL）は新しい技術ではない。25年以上前から存在し、主に自動車および航空宇宙産業において、制御器性能の試験・検証やシステム統合にほぼ独占的に使用されてきた。HILは自動車試験の代名詞であったが、この状況は変わりつつある。
2015年、3つの独立した市場調査会社が3つの「HILの現状」レポートを発表した。いずれのレポートも、数十年にわたるHILの進化的な発展を経て、新たな応用分野——パワーエレクトロニクスおよび電力システム向けHIL——が出現したと述べている。
パワーエレクトロニクス、マイクログリッド、電力システム向けのHIL市場は、自動車や航空宇宙分野に比べ規模は小さいものの、最も急成長しているセグメントである。パワーエレクトロニクスとマイクログリッドの牽引力は非常に大きい。以下にVDC、Markets and Markets、Frost and Sullivanの各レポートからの抜粋を示す。
「HILツールへの支出は、エネルギー・電力業界で最も急速に増加する見込みである…」
「…HILの導入は、従来のユーザー基盤（自動車および航空宇宙／防衛）以外でも加速している。エネルギー／電力を含む複数の産業におけるHIL利用の急速な拡大が、収益成長を牽引している。」
パワーエレクトロニクス分野の市場は、ハードウェア・イン・ザ・ループ（HIL）ハードウェアおよびソフトウェアの利用拡大により、2015年から2020年にかけて14.36％という最も高い成長率を示すと予測されている。
ハードウェア・イン・ザ・ループ市場全体は、2015年から2020年にかけて年率9.37％の成長が見込まれています。パワーエレクトロニクス分野の市場は、2015年から2020年にかけて14.36％という高いCAGRで成長すると予測されています。
フロスト＆サリバンは、パワーエレクトロニクスHILセグメントが今後10年間で大幅な成長を遂げ、1億ドル規模に達すると予測している。
パワーエレクトロニクスおよびマイクログリッドにおけるHILの急速な普及を牽引する4つの主要な推進要因は以下の通りである：
1.パワーエレクトロニクスは普及しつつある。
パワーエレクトロニクス変換器は至る所に存在する。低電力のノートパソコンや携帯電話充電器から、ハイブリッド車や電気自動車、太陽光発電用インバーター、風力タービン、さらには高電圧直流送電（HVDC）変換器に至るまで。
現在、全エネルギー消費量の40％が電気エネルギーであるが、これは2040年までに60％に増加する。しかし、電力電子コンバータによって制御される電気エネルギーの割合は、2030年までに40％から80％に増加する。
パワーエレクトロニクスが完全に導入されれば、30％以上の電力エネルギー効率向上が期待できる。
文明のエネルギーの50％以上（60％の80％）を、スマート電力電子コンバータ、ネットワーク化された電力電子コンバータ、適応型電力電子コンバータなどで効率的に処理するという目標を達成するには、電力電子制御の設計、試験、導入に関する新たな手法とプロセスが必要となる。
2.電力網は変化している。パワーエレクトロニクスがその変化を牽引している。
再生可能エネルギーと分散型エネルギー資源（DER）の電力系統への導入が継続的に増加するにつれ、今日我々が知る高度に集中化された電力系統は、明日のスマートグリッドへと変容しつつある。
2015年だけで太陽光発電7GW、風力発電5GWが導入され、そのペースは加速している。これらの分散型エネルギー資源（DER）はすべて、電力電子インバーターを介して系統に接続されており、これらはまもなくスマートインバーターへと進化する。新興のスマートインバーター系統規格（例：BDEW、CEI 0-21、Rule 21、UL 1741 SA）に対する試験が極めて重要となっている。
系統に接続された全てのスマートインバーターは、再生可能エネルギー源を制御する場合でも負荷（例：可変速駆動装置）を制御する場合でも、系統制御に参加可能となる。
インバーターはよりスマートになり、インバーター制御装置は高度化しています。高度化する制御装置には、自動化され安全で再現性のあるプロセスによるより広範なテストが必要であり、これは適切なハードウェア・イン・ザ・ループ試験手法とツールを用いて実現できます。
3.マイクログリッドは配電システムを変革している。
マイクログリッドとは、負荷と電源で構成される電力サブシステムであり、系統連系モードと孤立モードの両方で動作可能である。信頼性の向上、再生可能エネルギーの大幅な導入拡大、より柔軟な電力系統を実現する解決策として注目を集めている。
マイクログリッドは複雑なシステムであるため、その制御と調整もますます複雑化している。
ハードウェア・イン・ザ・ループ試験は、マイクログリッド制御装置の開発、試験、および試運転において、普遍的なツールとなりつつある。
4.交通手段はますます電動化が進んでいる。
ハイブリッド車や電気自動車から、ハイブリッドオフロードトラックや農業機械、さらには電気・ハイブリッド航空機、ハイブリッド／電気船舶に至るまで、輸送手段の電動化において非常に力強い潮流が生まれている。
電気システムとハイブリッドシステムはより柔軟で効率的である。そしてパワーエレクトロニクスが、再びそれを可能にしている。
電動化が進むにつれ、システムの複雑性は増大しており、より高度な設計・試験手法が求められている。実際、数十のコントローラーが複雑なソフトウェア／ファームウェアを実行し、異なる通信ネットワークを介して通信するこれらのシステムの試験および試験自動化において、ハードウェア・イン・ザ・ループ試験が重要な役割を担い始めている。
クレジット
著者 | Ivan Celanovic
ビジュアル | Typhoon
編集者 | Debora Santo
