はじめに
FlexGenは、石油・ガス、船舶、産業用電力システム向けの画期的なハイブリッドエネルギー貯蔵ソフトウェアおよび電力変換製品により、世界のエネルギー貯蔵業界をリードしています。
電力生産・小売事業者であるビスタ・エナジー社は、同社の10メガワット/42メガワット時の蓄電システムを構築するため、同社のエネルギー貯蔵システムを導入した。これにより、テキサス州最大の蓄電池システムとなった。1
FlexGenのエンジニアリングディレクターであるトニー・オリヴォ氏と、ファームウェアエンジニアのプレストン・ミラー氏が、Typhoon HIL統合プラットフォームを活用して、最高品質の制御システムをテストおよび検証した方法について語ります。
Typhoon HIL：それでは 、インバーターメーカーがインバーターの開発や試験を行う際に直面する課題についてお話ししましょう 。
トニー：従来の製品開発環境では、ファームウェアチームは制御作業を最後に行う立場にある。そのため、フロントエンド開発とハードウェア開発の間に挟まれ、本格的な電力システムでテストする機会は稀だ。メガワット規模を超える電力システムを扱う場合、テスト環境を確保することは困難である。
Typhoon HIL：プレストン 、君は主にファームウェアの設計と制御テストを担当しているね。ハードウェア・イン・ザ・ループ（HIL）テストベッドを導入する前に、インバータコントローラのファームウェアをどのようにテストしていたのか、君の考えを聞かせてほしい。
プレストン：ハードウェア・イン・ザ・ループ以前には、制御設計ソフトウェアとシミュレーションソフトウェアは常にコンポーネントパラメータや理想的なコンポーネントを用いて動作していました。実際に制御器を直接接続することはできません。そこで我々は独自の制御器とハードウェア構成をシミュレートし、それらをインターフェースします。そしてこれら全てが何らかのシミュレーション試験台上で動作するのです。
Typhoon HIL： 実際のコントローラを使用する代わりに、コントローラをシミュレートすることのデメリットは何ですか ？その際に問題に直面したことはありますか？
プレストン：ああ、確かに。シミュレーションと実際のコントローラー実装の間で変換しようとするとき、つい見落としがちになることがあるんだ。
Typhoon HIL： 見逃してもいいような点には、どのような ものがありますか？
プレストン：運が良かったと思うけど、パルス幅変調やデッドタイム、パワースタックの上下スイッチが同時にオンになるような危険な状態は何度もあった。あれは基本的に全体を吹き飛ばす可能性がある。今回は何とか回避できたけど、もっと運が悪ければ簡単にそうなっていたと思う。
Typhoon HIL：ところで、 フルパワーの装置を使って1回のテストを行う場合、一般的にどれくらいの費用がかかりますか？
トニー：負荷試験装置を用いて1メガワットシステムを全出力で試験する場合の総費用は、月額約35,000米ドルとなります。
Typhoon HIL： テストサイクルはどのくらいの期間ですか？
トニー：設計検証と製品検証のための典型的なテストサイクルは、シミュレーションモデルから実ハードウェアへの実装を直接行う場合、約3ヶ月程度となります。
Typhoon HIL：それは かなりの金額ですね 。では、どうやってその開発サイクルを短縮できるのですか？
トニー：ハードウェア・イン・ザ・ループを利用すれば、フルパワーの試験設備がなくてもソフトウェア機能の検証が可能になります。
ハードウェア・イン・ザ・ループ（HIL）環境があれば、HILと制御基板のみで、小型の低消費電力ラボ内において設計検証テストを全て実施できます。
そしてテストサイクルの最終段階、おそらく最後の1か月間のみ、製造と機能検証の両方における品質の最終確認を確実に行うためのフルパワーテスト環境が整うのです。
Typhoon HIL：プレストン 、トニーが設計の初期段階と終盤における機能検証について言及していた点について、もう少し詳しく聞かせてほしい。具体的にどのような主要コンポーネントをモデル化していたのか？
プレストン：我々は並列IGBTとウルトラキャパシタまたは蓄電池、インダクタ、発電機を含む電力システム全体をモデル化した。
私たちは、さまざまな種類の発電機や負荷、そしてほぼあらゆる要素について検討を重ねてきました。Typhoonライブラリでは、あらゆる局面を経験してきたと言えます。
Typhoon HIL： パワーラボ環境ではシミュレーションが困難だったテストケースを、HILではどのような ものをシミュレートすることができましたか？
プレストン：ある顧客から容量負荷試験の依頼があったのですが、当社ラボではその種の負荷試験装置をレンタルしたことがありませんでした。しかし、ハードウェア・イン・ザ・ループにそのまま組み込んで、そこで試験を実施することができたのです。
Typhoon HIL： 電力実験室では再現できなかった、どのような 災害状況や運用シナリオをシミュレートすることができましたか？
プレストン：当社の製品が対応するグリッド障害には様々な種類があり、実験室で再現するのは非常に困難です。実際の送電網では、電圧障害の原因として電圧低下（ブラウンアウト）が発生する場合があります。これは単相が接地短絡したり、送電線で二相導体が接触したり、あるいは三相全てが接地されるケースが考えられます。こうした状況を実験室で再現するのは難しいのです。 そして、実際の電力系統でそれが発生するのをいつまでも待っているわけにもいきません。
つまり、Typhoonでは、グリッドの各障害に対して、再現性のあるテストベンチを作成することができます。
特定の地点から何マイル離れた線路上でその故障が発生するかは物理的に変更可能です。また、実際のシステムではコスト的に非現実的な方法で、故障の持続時間や深刻度を調整することもできます。
Typhoon HIL： 御社も独自のシミュレーションプラットフォームを運営されていると伺っています 。他のシミュレーションプラットフォームでは難しいことが、HILではどのようなことができるのでしょうか？
プレストン：基本的に、我々のコントローラーとその入出力の状況をはるかに詳細に把握できます。さらに、コントローラーが変動やロック検知にどれほど敏感に反応しているかを感知しながら、実際に何が起きているのかを把握できます。加えて、テストプログラムのスクリプト化により再現性のある結果を得て、それらを継続的に分析し、実際のコントローラーが接続された状態での性能を報告しています。
トニー：制御システムとパワーエレクトロニクスをソフトウェアのみでシミュレートする場合、正確な結果を得るには非常に小さな時間ステップが必要となる。その結果、わずか数ラインサイクルのデータであっても、実行に非常に長い時間を要する。
Typhoon HILを使用して実際のコントローラを実行できれば、高速かつ正確な結果を得ることができます。
Typhoon HIL： FlexGenの品質保証プロセスについてはあまり詳しくありません 。ファームウェアのアップデートを検証・確認Typhoon HIL どのように活用されたのでしょうか？
プレストン：私たちは主にHILを用いて安定性を検証し、すべてが想定通りに動作していることを確認しています。新規顧客向けに、Typhoonを使用してUL 1741 SA認証の取得を検討しています。しかし、現時点では主に開発用途として活用しており、実際のハードウェアに接続した際に安全であることを確信するための手段として活用しています。
トニー：FlexGenの製品ライン全体では、年間6つの主要ソフトウェアリリースが現場に展開されています。各ファームウェアアップグレードでは、特定のリリースで追加される機能のテストだけでなく、それまでに開発した全機能の回帰テストも実施します。これにより新機能追加による問題の発生を防いでいます。これらの検証は全てHIL環境で行われています。
Typhoon HIL： Typhoonのハードウェア・イン・ザ・ループ（HIL）テストベッドを利用する際、最大のメリットは何 だと思いますか？
トニー：ハードウェアを爆破する連中もいないし、機材代も全部払わなくていい。それに、あの音を聞かなくて済むんだ。電源変換器ってのはすごくうるさいんだ。それに、ただ戻ってくれば、みんなが鼓膜を破壊せずに真剣に仕事してるってわかってるのが気に入ってるんだ。
プレストン：そうですね。同様に、テストを行えることは当社にとって大きな強みだと思いますし、テスト結果が実際のハードウェア上で動作させたときと非常に近いものであるという確信も持てます。もしそうでない場合でも、Typhoonで調整することができます。そうすれば、実際の動作を再現し、良好なモデルを動作させることが可能になるでしょう。 コントローラーの最適化も可能です。そうすれば、テスト環境でも確実に動作するようになります。
非常にプラグアンドプレイです。そして、システムを非常に迅速にテストし、テスト計画に追加することができました。
Typhoon HIL：さて、 これが皆さんに最後にお聞きする質問です。HILでの体験を一言で表すなら、どんな言葉を使いますか？
プレストン：ちょっと「楽しい」って言いたいんだよね。子供っぽいかもだけど、ああいう風に気軽にテストできるって、それだけで結構楽しいんだよね。
トニー：私の場合は「安堵」だと思う。
クレジット
著者 | サマンサ・ブルース
画像 | Typhoon HIL
編集者 | デボラ・サント
参考文献 1| スペクター、ジュリアン。 (2018年6月22日). ヴィストラとフレックスジェンがテキサス州最大のバッテリー事業を成立させた方法。 https://www.greentechmedia.com/articles/read/how-vistra-and-flexgen-made-the-largest-battery-project-in-texas-pencil-out#gs.xzuXOxgより取得。
