はじめに | e-mesh™とは？
日立エナジー株式会社 の「Grid Edgeソリューション 」グループは、エネルギーの最適化、管理、高度な制御、および監視を実現する垂直統合型のグリッドエッジソリューションを通じて、エネルギー分野のイノベーションと転換を牽引しています。
再生可能エネルギー源の統合を最大化し、システムの信頼性と回復力を高め、CO2排出量を削減し、エネルギーコストを低減することを目標としています。
ミケーレ・フセロ
上級研究開発エンジニア
日立エナジー株式会社
e-mesh™ PowerStore スマート蓄電池システム（BESS）は、e-mesh™ ソリューションの電力部門の中核をなすものであり、多くの国の系統連系規則への準拠が認証されており、継続的に統合されています（詳細は動画 2 をご覧ください）。 また、このシステムには、管理機能を備えた自動化機能に加え、モノのインターネット（IoT）技術を活用した遠隔監視や、SaaS（Software as a Service）ソリューションによる性能最適化を可能にするデジタル要素も備わっています（図2を参照）。
ミケーレ氏は、制御のテストおよび検証における自動化されたハードウェア・イン・ザ・ループ（HIL）アプリケーションの専門家です。彼のチームは、e-mesh™ PowerStore BESS製品の開発において、この手法を幅広く活用してきました。以下に、HILが彼のチームの日常業務の柱となった5つの理由を紹介します（詳細はビデオ1をご覧ください）。
#1 バランス| HIL試験手法は、デジタル制御の開発と試験において、コストと忠実度の最適なバランスを実現します。
e-mesh™製品が堅牢で、信頼性が高く、かつ効率的であることを保証する上で、試験は最も強力な手段です。利用可能な試験ソリューションは、完全なシミュレーション環境から完全な実環境まで多岐にわたり、それらの主な違いは試験範囲と試験の忠実度にあります（図1を参照）。
コントローラおよびパワーHILは、優れたテストカバレッジ、忠実度、そして低コストまたは中程度のコストの最適なバランスを提供します。
ミケーレ・フセロ
上級研究開発エンジニア
日立エナジー株式会社
シミュレーション対象の構成要素の割合が高ければ高いほど、機器を損傷させることなく安全にテスト可能なシナリオの範囲において、テストカバレッジは向上する。同時に、仮想モデルは近似をもたらし、テストの忠実度を低下させる可能性がある。
研究開発チームは、低～中程度のコストでカバレッジと忠実度の効率的なバランスを実現することが実証されているため、コントローラHIL（C-HIL）およびパワーHIL（P-HIL）のセットアップを頻繁に活用する。C-HILにより、エンジニアはテスト対象向けに特別設計された実機コンポーネントとシミュレーションコンポーネントを組み合わせることが可能となり、高いテストカバレッジと最大95%のモデル忠実度を実現する（図1参照）。
#2 自動化された検証| 自動化されたC-HILテストにより、制御ソフトウェア開発中に再現性が高く、拡張性があり、再利用可能なテストが可能となります。
日立エナジー株式会社 では、HILテストを用いて、系統連系運転および独立運転の両方に向けて開発されたアルゴリズムの検証を毎日行っています。サニティテストスイートにより、開発された各関数が実行され、応答速度、制御の安定性、低電圧ライドスルー（LVRT）への反応が評価されるとともに、対象となる系統規則および顧客固有の要件への準拠が検証されます。自動化されたテストスクリプトにより、再現性が高く、拡張性があり、再利用可能なテストの作成が可能になります。
自動テストでは、テスト手順を一連のコマンドに分解し、スクリプトにまとめ、必要な回数だけこれらのスクリプトを実行できます。
ミケーレ・フセロ
上級研究開発エンジニア
日立エナジー株式会社
PyTestを使用することで、合格・不合格の条件を設定でき、制御ファームウェアの更新ごとに迅速な健全性チェックを行うための、無人での自動レポート生成が可能になります。これにより、エンジニアは実装されたファームウェアの変更についてすべての機能を迅速に確認でき、更新による予期せぬ影響を特定して、エンドユーザーに提供される前に修正することができます。スクリプト化された自動HILテストは、こうした確認に役立つだけでなく、反復テストによる微調整にも活用できます。
#3 事前認証| HILテストにより、系統連系規則準拠のための事前認証テストが可能となります。
系統連系機器は、市場で販売・導入されるためには、各国固有の系統連系規格の認証を取得する必要があります。HIL試験は事前認証に活用でき、仮想試験中に問題を発見・対処することが可能です。これにより、認証手続き時の試験時間とコストを最小限に抑えられます。
製品を認証に出す前に、非常に低コストで問題を修正できます。
ミケーレ・フセロ
上級研究開発エンジニア
日立エナジー株式会社
また、認証基準は絶えず進化しているため、更新された基準を満たすようテストを適応させることも非常に迅速に行えます。チームは初日からテストの自動化を開始でき、変調、電流ループ、電圧ループ、保護機能から始まり、電力ループ、系統支援機能、系統連系規則に至るまで、一つずつ追加していくことができます。
#4 制御検証| システムレベルのHILテストにより、分散制御の背後にある制御ロジックの連携を検証可能。
システムレベルのHIL環境では、分散制御のテストを行うことができます。ここでは、各分散型エネルギー資源（DER）にコントローラが割り当てられ、個々のコントローラ同士が相互に接続されています。これにより、異なるハードウェア上で、かつ異なる速度で動作する制御ロジックの連携を検証することが可能になります。また、通信、管理、および制御の利用状況についてもテストを行うことで、運用中に発生しうる潜在的な問題を未然に防ぐことができます。
#5 統合| HILは、顧客プラントのデジタルツインを用いたカスタマイズされたテストを通じて製品最適化を実現します。
現場でのソリューション導入時に発生し得る問題を回避するため、顧客プラントのデジタルツイン上でシステム全体をテスト可能です。HIL環境においてサイト全体を構築・テストできるため、試運転時間を短縮できます。 設定は現場から移植でき、シミュレーションされた実験環境内で問題を再現し、対処・修正した後、設定を現場に送り返すことが可能です。これにより、製品を顧客プラント環境向けに特化してテストし、その性能を検証・最適化できます。
結論| 開発段階を超えたHILの活用
製品開発におけるHIL活用の5つの理由に加え、さらに2つの重要な利点を挙げておく価値がある。 まず第一に、開発、統合、製品保守の各段階で同一の高精度ツールを利用できる可能性は非常に価値が高い。通常、これらの各段階では異なるエンジニアリングチームが作業するため、垂直統合された同一ツールを使用できる機会は、関連データの効率的な共有を促進する。これにより、特に製品統合や保守段階において、開発・テストチームが生成した膨大な知識が手元に残るため、時間とコストの節約につながる。
第二に、HIL Compatible を作成することで製品統合が容易になり、長期的な価値が生まれます。あらゆる製品のデジタルツインモデルは、HIL Compatible 向けの全入出力マッピングを含むライブラリとしてパッケージ化でき、容易に共有可能です。これによりシステムインテグレータは、HIL Compatible ハードウェアと共にこのライブラリコンポーネントをシステムモデルに追加し、必要な統合テストを全て実行できるようになります。
製品モデルまたは性能に問題が見つかった場合、ユーザーはフィードバックをOEMメーカーに報告できます。これによりOEMメーカーはモデルやファームウェアを改良し、自動テスト検証プロセスを再実行した後、更新されたモデルとファームウェアを全顧客に配布します。
日立エナジー株式会社 、HILを活用し、製品のライフサイクル全体を通じて顧客に長期的な価値日立エナジー株式会社 。
クレジット
著者 | デボラ・サント、エンリケ・マグナゴ、サマンサ・ブルース
画像 | ©日立エナジー株式会社 Grids 2021. All Rights Reserved.
編集者| デボラ・サント
参考文献 | 本ブログは、PEDG 2021 カンファレンスにおけるミケーレ・フセロ氏の講演に基づいています。カンファレンスの録画は、本ブログ内のリソースとして提供されています。
