はじめに
フレックスジェンは、画期的なハイブリッド・エネルギー貯蔵ソフトウェアと、石油・ガス、海洋、産業用電力システム向けの電力変換製品で、世界のエネルギー貯蔵業界をリードしている。
同社のエネルギー貯蔵システムは、電力生産・小売業者であるビスタ・エナジー社から10メガワット/42メガワット時間の貯蔵システムの構築を委託され、テキサス州最大の蓄電池となった1。
FlexGen社のエンジニアリング・ディレクターTony Olivo氏とファームウェア・エンジニアPreston Miller氏が、Typhoon HILの統合プラットフォームを使用して最高品質の制御システムをテスト・検証した方法について語ります。
Typhoon HIL： それでは、インバータメーカーがインバータを開発・テストする際に直面する課題についてお話ししましょう。
トニー：伝統的な製品開発環境では、ファームウェア・チームは制御作業を行うために最後にやってきます。そして、フロントエンド開発とハードウェアの間に挟まれ、フルスケールの電力システムでテストする機会はほとんどありません。メガワット規模の電力システムを扱う場合、テストベッドを確保するのは難しい。
Typhoon HIL: プレストン、あなたはファームウェアの設計と制御のテストをより多く行っている。ハードウェア・イン・ザ・ループのテストベッドの前に、インバーター・コントローラーのファームウェアをどのようにテストしたのか、あなたの見解を聞きたい。
プレストンハードウェア・イン・ザ・ループが登場する前は、制御設計ソフトウェアやシミュレーション・ソフトウェアに、コンポーネント・パラメーターや理想的なコンポーネントを使わせていました。コントローラーを直接プラグインすることはできません。ですから、私たちは独自のコントローラとハードウェアのセットアップをシミュレートし、それらをインターフェイスします。そしてそのすべてが、ある種のシミュレーション・テストベンチ上で行われます。
Typhoon HIL： 実際のコントローラーを使用する代わりにコントローラーをシミュレートすることのデメリットは何ですか？そうすることで問題に出くわしたことはありますか？
プレストンそうだね。シミュレーションと実際のコントローラーの実装を比較しようとすると、見落としがちなことがあります。
Typhoon HIL： 見落としがちな点は？
プレストン我々は幸運だったと思うが、パルス幅変調やデッドタイム、電源スタックの上下両方のスイッチが同時にオンになるなど、危うい状況に陥ったこともある。基本的に全体を吹き飛ばす可能性がある。そのようなことは、私たちは何とかキャッチすることができたが、運が悪かったと思う。
Typhoon HIL： フルパワーの機材を使った1回のテストには、一般的にどれくらいの費用がかかるのですか？
トニー：ロードバンクを使って1メガワットのシステムをフルパワーでテストするのにかかる総コストは、1カ月で約35,000米ドルです。
Typhoon ： テスト周期はどのくらいですか？
トニー：シミュレーション・モデルから実際のハードウェアにインプリメントする場合、設計検証や製品バリデーションの一般的なテスト・サイクルは約3カ月になります。
Typhoon HIL： それは大金だ。では、どうやって開発サイクルを短縮しているのですか？
トニー：HIL（Hardware-in-the-Loop）を使えば、フルパワーのテストラボがなくても、ソフトウェアの機能検証ができます。
ハードウェア・イン・ザ・ループがあれば、小規模で低消費電力のラボで、HILと制御ボードだけで設計検証テストを行うことができます。
そして最後に、テストサイクルの最後の1ヶ月間だけ、フルパワーテストセットアップを行い、製造と機能検証の両方で最後の品質を確保するのです。
Typhoon HIL： プレストン、トニーが言っていた設計の初期段階と最終段階での機能検証について、もう少し詳しく聞きたいと思います。どのような主要コンポーネントをモデリングしたのですか？
プレストン並列IGBT、ウルトラキャパシタ、蓄電池、インダクター、発電機を含む電力システム全体をモデル化しました。
ジェネレーターの種類や負荷の種類など、ありとあらゆるものを検討した。Typhoon 、本当にあらゆることをやった。
Typhoon HIL： パワーラボの環境ではシミュレーションが難しかったテストケースを、HILではどのようにシミュレーションできましたか？
プレストン私たちのラボでは、そのような負荷バンクをレンタルしたことはありませんでしたが、HIL（Hardware-in-the-Loop）に1つだけ入れてテストすることができました。
Typhoon HIL： パワーラボではできなかった、どのような大惨事の状況や運用シナリオをシミュレートできましたか？
プレストン私たちの製品が扱うグリッド妨害には、ラボで再現するのが非常に難しいものが混在しています。送電網では、ブラウンアウトのような電圧擾乱の原因として、1相がアースにショートしたり、2相の導体が送電線上でぶつかったりすることがあります。あるいは、3相すべてがアースに接続されていることもある。それを実験室で再現するのは難しい。また、実際の送電網で起こるのを待つこともできない。
だからTyphoon、各グリッド故障について再現性のあるテストベンチを作ることができる。
特定の現場から何マイル先で障害が発生するか、物理的に変化させることができる。そして、実際のシステムではコスト高になるような期間や深刻度を変更することができる。
Typhoon HIL: あなた方も独自のシミュレーション・プラットフォームを運営していますね。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ではできますか？
プレストン：基本的には、コントローラーとその入出力をより多く見ることができる。また、私たちのコントローラーがばらつきやロックの感知にどれだけ敏感かを感知しながら、実際に何が起こっているのかを知ることができる。さらに、テストプログラムのスクリプトを使って再現可能な結果を得て、それを常に分析し、実際のコントローラーがどのように動作するかを報告しています。
トニー：制御システムとパワーエレクトロニクスのソフトウェアのみのシミュレーションで正確なシミュレーションを行うには、非常に小さなタイムステップが必要で、数ラインサイクルのデータでも実行するのに非常に長い時間がかかります。
Typhoon HILで実際のコントローラを動かすことができれば、高速で正確な結果が得られます。
Typhoon HIL: FlexGenの品質保証プロセスについてはあまりよく知りません。ファームウェア・アップデートの検証や確認のために、どのようにTyphoon HILを使用したのですか？
プレストン私たちは主にHILを使って安定性を検証し、すべてが期待通りに動いていることを確認しています。Typhoon UL1741SA認証を取得することも検討しています。しかし、私たちはHILを開発により多く使用しており、ハードウェア全体に接続したときに安全であるという確信を得るために使用しています。
トニー：FlexGenの製品ライン全体では、おそらく年に6回のメジャー・ソフトウェア・リリースがあります。ファームウェアのアップグレードのたびに、そのリリースで追加される機能をテストするだけでなく、それまでに開発したすべてのものをリグレッション・テストしています。そうすることで、新機能を追加することで問題が発生しないようにしている。そして、それはすべてHILでの検証によって行われます。
Typhoon HIL： TyphoonHIL（Hardware-in-the-Loop）テストベッドを使う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させたり、すべての機材にお金を払わせたりしない。それを聞く必要もない。パワーコンバーターの音は大きいからね。それに、鼓膜を破壊することなく、みんなが本当の仕事をしていることを確認しながら、後ろを振り返ることができるのもいい。
プレストンええ、同様に、私たちがテストできることは、私たちの会社にとって大きな利点だと思いますし、私たちがテストしていることは、実際のハードウェアで実行したときに見られるものと非常に似ているという高い確信があります。もしそうでなければ、Typhoon微調整すればいい。私たちが見たものを再現し、良いモデルを走らせることができるだろう。コントローラーも最適化できる。だから、テストではうまくいくだろう。
非常にプラグアンドプレイだ。そして、私たちのシステムを非常に迅速にテストし、テストプランに追加することができました。
HILTyphoon ： そして、これが皆さんにお聞きする最後の質問です。HILでの経験を一言で表すと？
プレストン僕は「楽しい」と言いたいんだ。子供っぽいかもしれないけど、そうやって気軽にテストできるのは、ちょっと楽しいよ。
トニー：僕は "リリーフ "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 HIL
編集 ｜デボラ・サント
参考文献 1｜スペクター、ジュリアン。(2018, 6月 22).How Vistra and Flexgen Made the Largest Battery in Texas Pencil Out. https://www.greentechmedia.com/articles/read/how-vistra-and-flexgen-made-the-largest-battery-project-in-texas-pencil-out#gs.xzuXOxgから取得。
