はじめに
HIL（Hardware-in-the-Loop）は新しい技術ではない。HILは25年以上前から存在し、自動車や航空宇宙産業で、コントローラーの性能やシステム統合のテストと検証にほぼ独占的に使用されてきた。HILは自動車テストの代名詞であったが、これは変わりつつある。
2015年、3つの独立系市場調査会社が3つの「HILの現状」レポートを発表した。3つの報告書すべてによると、数十年にわたる進化的なHIL開発の後、パワーエレクトロニクスと電力システムのためのHILという新しいアプリケーションが登場している。
パワーエレクトロニクス、マイクログリッド、電力システムのHIL市場は、自動車や航空宇宙よりもまだ小さいが、最も急速に成長している分野である。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絶大です。以下は、VDC、Markets and Markets、Frost and Sullivanのレポートからの抜粋です。
「HILツールへの投資は、エネルギー／電力産業で最も急速に成長するだろう。
"...HILの採用は、従来のユーザーベース（自動車、航空宇宙/防衛）以外でも加速している。エネルギー/電力を含むいくつかの産業におけるHIL利用の急速な拡大が、収益の伸びを後押ししている。"
"パワーエレクトロニクス分野の市場は、ループ・ハードウェアとソフトウェアのハードウェア使用の増加により、2015年から2020年にかけて14.36％の最高成長率を記録すると予想されている。"
"ループ内ハードウェア市場全体は、2015年から2020年にかけて9.37%の成長が見込まれている。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%という高い年平均成長率が見込まれている。"
「フロスト＆サリバンは、パワーエレクトロニクスのHIL分野が大きな成長を遂げ、今後10年間で1億ドルに達すると予測している。
パワーエレクトロニクスとマイクログリッドにおけるHILの急速な普及に拍車をかけているのは、次の4つの主要なドライバーである：
1.パワーエレクトロニクスはユビキタスになっている。
パワー・エレクトロニクス・コンバーターは至る所にある。低消費電力のノートパソコンや携帯電話の充電器から、ハイブリッド車や電気自動車、太陽光発電インバータ、風力タービン、そしてHVDCコンバータに至るまで。
現在、全エネルギー消費の40％が電気エネルギーであるが、2040年には60％まで増加する。しかし、パワー・エレクトロニクス・コンバーター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、電気エネルギー効率を30％以上向上させることができる。
スマートパワーエレクトロニクス・コンバーター、ネットワーク化されたパワーエレクトロニクス・コンバーター、適応可能なパワーエレクトロニクス・コンバーターなどによって、文明のエネルギーの50％以上（60％の80％）を効率的に処理するという目標には、パワーエレクトロニクス制御の設計、試験、展開のための新しい方法とプロセスが必要となる。
2.グリッドが変わる。パワーエレクトロニクスがその変化を後押ししている。
再生可能エネルギーや分散型エネルギー資源（DER）の送電網への普及が進むにつれ、現在のような高度に集中化された送電網は、明日のスマート送電網へと変貌を遂げつつある。
2015年だけでも7GWの太陽光発電と5GWの風力発電が設置され、そのペースは増すばかりだ。これらのDERはすべて、間もなくスマート・インバータになるパワーエレクトロニクス・インバータでグリッドに接続される。新たなスマート・インバータ・グリッド規格（BDEW、CEI 0-21、Rule 21、UL 1741 SAなど）に対するテストが重要になってきている。
グリッド上のすべてのスマート・インバータは、それが自然エネルギーを制御するものであれ、負荷（可変速ドライブなど）を制御するものであれ、グリッド制御に参加できるようになる。
インバータはより賢くなり、インバータ制御装置も高度化しています。高度化するコントローラには、自動化された安全で再現性のあるプロセスで、より広範なテストが必要です。
3.マイクログリッドは配電システムを変革している。
マイクログリッドは、系統連系モードと島しょモードの両方で動作可能な負荷と電源で構成される電力サブシステムと定義され、より優れた信頼性、より大きな再生可能エネルギーの普及、より柔軟なグリッドを実現するソリューション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、マイクログリッドの制御と調整もますます複雑になっている。
ハードウェア・イン・ザ・ループ試験は、マイクログリッド・コントローラーの開発、試験、試運転において、どこにでもあるツールになりつつある。
4.交通機関の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、さらに電気自動車やハイブリッド飛行機、ハイブリッド／電気船舶に至るまで、輸送の電動化における非常に力強いトレンドを目の当たりにしている。
電気システムとハイブリッド化されたシステムは、より柔軟でより効率的だ。そしてパワーエレクトロニクスは、それをまたもや可能にしている。
電化が進むにつれ、システムは複雑さを増しており、そのためより高度な設計とテスト手法が必要とされている。実際、複雑なソフトウェア／ファームウェアを実行し、さまざまな通信ネットワークを介して通信する数十台のコントローラで制御されるこれらのシステムのテストとテスト自動化において、ハードウェア・イン・ザ・ループ・テストが重要な役割を果たし始めている。
クレジット
著者 ｜イヴァン・セラノヴィッチ
ビジュアル ｜Typhoon HIL
編集 ｜デボラ・サント
