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部長であるトニー・オリヴォと、同社のファームウェアエンジニアであるプレストン・ミラーは、最高品質の制御システムをテストおよび検証するために、Typhoon 統合プラットフォームをどのように活用したかについて議論しています。
Typhoon ：それでは 、インバーターメーカーが自社インバーターの開発と試験において直面する課題について話していきましょう 。
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 ：プレストン 、君はファームウェア設計と制御テストをもっと担当してほしい。ハードウェア・イン・ザ・ループ試験装置導入前に、君がインバータ制御器のファームウェアをどのようにテストしたか、君の視点で聞かせてほしい。
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 : 実際のコントローラを使用せず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 ？その際に問題に遭遇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 ： これらのうち、見過ごせるものは何ですか ？
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 ：では、 例えばフルパワーの装置を使った1回のテストの場合、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 ： 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 ：それは かなりの金額ですね 。では、どうやって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 ：プレストン 、設計初期段階と終盤における機能検証についてトニーが言及した内容の詳細をもっと知りたい。どの主要コンポーネントをモデリングしていたのですか？
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。
様々な種類のジェネレータや負荷を徹底的に検証し、ほぼ全てを網羅しました。Typhoon では本当にあらゆる試練を経験しました。
Typhoon ： 電力実験室環境ではシミュレーションが困難だったどのような テストケースを、HILでシミュレートできましたか？
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 ： 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。
したがってTyphoonでは、各グリッド障害に対して再現可能なテストベンチを作成できます。
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 ： 皆さんも独自のシミュレーションプラットフォームを運用されていると存じます 。HILでは、他のシミュレーションプラットフォームでは難しいどのようなことが可能なのでしょうか？
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 で実際のコントローラを動作させると、高速かつ正確な結果が得られます。
Typhoon ： FlexGenの品質保証プロセスについては詳しく存じ上げません 。ファームウェア更新の検証と確認にTyphoon どのように活用されたのでしょうか？
プレストン：主にHILを使って安定性を検証し、すべてが期待通りに動作することを確認しています。Typhoon 1741 SA認証の取得を検討中です。ただし、現時点では開発段階での使用が中心で、ハードウェア全体に組み込んだ際の安全性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 ： Typhoon（Typhoon ）テストベッドを使用する最大の利点は何 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：ええ、同様に、テストが可能であることは当社にとって大きな利点だと思います。テスト内容が実機で動作させた際に実際に目にするものと非常に近いと確信できるからです。もし違っていたとしても、Typhoon調整できます。目にした現象を再現し、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。つまり、テスト環境では確実に動作するのです。
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 : そして 、これは私が皆さんに尋ねる最後の質問です。HILでのご経験を表現するのに使うなら、たった一つの言葉は何ですか？
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
ビジュアル | Typhoon
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). 「VistraとFlexgenがテキサス州最大のバッテリーを採算ラインに乗せた方法」. 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
