はじめに | e-meshとは何か？
日立エナジー エッジソリューション 、エネルギー最適化、管理、高度制御、監視のための垂直統合型グリッドエッジソリューションにより、エネルギー革新と移行を日立エナジー
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。
Michele Fusero
シニア研究開発エンジニア
日立エナジー
e-mesh™ PowerStoreスマートバッテリーエネルギー貯蔵システム（BESS）は、e-meshソリューションの電力基盤を構成し、多くの国々におけるグリッドコードへの適合認証と継続的統合を実現しています（詳細は動画2をご覧ください）。 本システムはさらに、管理機能を備えた自動化部分と、モノのインターネット（IoT）技術を用いた遠隔監視、およびサービスとしてのソフトウェア（SaaS）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を有しています（図2参照）。
ミケーレは制御テストおよび検証のための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あり、彼のチームはe-mesh PowerStore BESS製品開発においてこの手法を幅広く活用してきた。以下に、HILが彼のチームの日常業務の柱となった5つの理由を挙げる（詳細は動画1で）。
#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。
テストは、e-mesh製品が堅牢で信頼性が高く効率的であることを保証する最も強力な解決策です。利用可能なテストソリューションは、完全なシミュレーション環境から完全な物理環境まで多岐にわたり、テストカバレッジとテスト忠実度がそれらの主な差別化要因となります（図1参照）。
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。
Michele Fusero
シニア研究開発エンジニア
日立エナジー
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、HIL試験を日常的に活用し、系統連系運転と独立運転の両方向けに開発されたアルゴリズムの検証を行っています。健全性テストスイートにより各開発機能を実行し、応答速度、制御安定性、低電圧ライドスルー（LVRT）への反応を評価するとともに、対象となる系統連系規格および顧客固有の要件への適合性を確認します。自動化されたテストスクリプトにより、再現性・拡張性・再利用性に優れたテストの構築が可能となります。
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。
Michele Fusero
シニア研究開発エンジニア
日立エナジー
PyTestを使用することで、合格/不合格条件を設定し、各制御ファームウェア更新後の迅速な健全性チェックのために自動化された無人レポートを生成できます。これにより、エンジニアは実装されたファームウェア変更の全機能を迅速に確認でき、エンドユーザーに配信する前に修正すべき更新の予期せぬ影響を明らかにします。スクリプト化された自動HILテストは、それ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。
Michele Fusero
シニア研究開発エンジニア
日立エナジー
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、分散制御のテストが可能です。ここでは、各分散型エネルギー資源（DER）にコントローラが紐付けられ、個々のコントローラ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異なる速度で動作する制御ロジックの連携を検証できます。通信、管理、制御機能の利用状況もテスト可能であり、運用中に発生する可能性のある問題を回避できます。
#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。
HILにより、日立エナジー 製品ライフサイクル全体を通じて顧客に長期的な価値を創日立エナジー 。
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 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・フセロの講演に基づいています。カンファレンスの録画は、ブログ内のリソースとして提供されています。
