はじめに ｜e-meshとは？
日立エネルギーのグリッドエッジソリューションズグループは、エネルギーの最適化、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で、エネルギーの革新と移行をリードしています。
私たちの目標は、再生可能エネルギーを最大限に統合し、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削減することです。
ミケーレ・フセロ
シニア R&D エンジニア
日立エネルギー
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分の基盤であり、多くの国のグリッドコードへの準拠と継続的な統合が認証されている（詳細はビデオ2で）。このシステムには、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）技術を利用した遠隔監視やSaaS（Software as a Service）ソリューションを利用した性能最適化を可能にするデジタル要素もあります（図2参照）。
ミケーレは、制御テストと検証のための自動化されたHIL（Hardware-in-the-Loop）アプリケーションのエキスパートであり、彼のチームはe-mesh PowerStore BESSの製品開発でこの手法を幅広く使用してきました。以下は、HILが彼のチームの日常業務の柱となった5つの理由です（詳細はビデオ1で）。
#その1 バランス｜HILテスト手法は、デジタル制御の開発とテストにコストと忠実度の最適なバランスを提供します。
テストは、e-mesh製品の堅牢性、信頼性、効率性を保証する最も強力なソリューションである。利用可能なテスト・ソリューションは、完全にシミュレートされた環境から完全に物理的な環境まで多岐にわたり、テスト・カバレージとテスト・フィデリティが両者の主な差別化要因となっている（図1参照）。
コントローラHILとパワーHILは、良好なテストカバレッジ、忠実度、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
シニア R&D エンジニア
日立エネルギー
シミュレートされたコンポーネントの割合が高いほど、機器を損傷することなく安全にテストできるシナリオの範囲という意味で、テストカバレッジが高くなります。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ります。
R&Dチームは、コントローラHIL（C-HIL）やパワーHIL（P-HIL）のセットアップによく取り組みます。これは、低～中程度のコストで、カバレッジと忠実度の効率的な妥協が可能であることが証明されたためです。C-HILでは、高いテストカバレッジと最大95%のモデル忠実度を持つテストターゲット用に特別に設計された実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できます（図1参照）。
#2 自動チェック｜自動化されたC-HILテストは、制御ソフトウェア開発において、繰り返し可能で、拡張性があり、再利用可能なテストを可能にします。
日立エネルギーでは、HILテストはグリッド接続とオフグリッド運転の両方で開発されたアルゴリズムの検証に毎日使用されている。サニティ・テスト・スーツは、開発された各機能を実行し、応答速度、制御の安定性、低電圧ライドスルー（LVRT）への反応を評価し、ターゲット・グリッド・コードや特定の顧客要件への準拠を検証する。自動化されたテストスクリプトは、繰り返し可能で拡張性があり、再利用可能なテストを作成するためのスペースを提供します。
自動テストでは、テスト手順をコマンドのリストに分解してスクリプトにまとめ、必要な回数だけスクリプトを実行することができる。
ミケーレ・フセロ
シニア R&D エンジニア
日立エネルギー
PyTest を使用することで、合格条件と不合格条件を設定することができ、制御ファームウェアの各更新後に、自動化された監視なしレポートを生成して、迅速な正常性チェックを行うことができる。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チェックし、エンドユーザーに送信する前に修正すべきアップデートの予期せぬ影響を明らかにすることができる。スクリプト化された自動HILテストは、それだけではなく、繰り返しテストによる微調整にも使用できる。
#3事前認証｜HILテストにより、グリッドコード準拠の事前認証テストが可能。
グリッド・タイド・デバイスが市場で販売され、導入されるためには、各国固有のグリッド・コードの認証に合格する必要がある。HILテストは事前認証に利用できるため、仮想テスト中に問題を発見し対処することができる。これにより、認証手続き中のテスト時間とコストを最小限に抑えることができます。
認証のために製品を送る前に、非常に安価に問題を修正することができる。
ミケーレ・フセロ
シニア R&D エンジニア
日立エネルギー
また、認証規格は常に進化しているため、更新された規格に適合させるための試験も非常に迅速に行うことができます。チームは、変調、電流ループ、電圧ループ、保護、電力ループ、グリッド・サポート機能、グリッド・コードに至るまで、テストの自動化を初日から開始することができます。
#4制御の検証｜システムレベルのHILテストは、分散制御の背後にある制御ロジックの協調の検証を可能にします。
システムレベルのHILセットアップでは、分散制御をテストすることができる。ここでは、コントローラーが各分散エネルギー資源（DER）に関連付けられ、個々のコントローラーは相互に接続されている。これにより、異なるハードウェアと異なる速度で動作する制御ロジックの協調を検証できる。また、通信、管理、制御の利用状況もテストすることができ、運転中に発生する可能性のある問題を回避することができる。
#5統合｜HILは、顧客のプラントのデジタルツイン上でカスタマイズされたテストを通じて、製品の最適化を可能にします。
現場でのソリューション導入時に発生する可能性のある問題を回避するため、システム全体を顧客のプラントのデジタルツイン上でテストすることができる。HIL環境でサイト全体を構築し、テストすることが可能で、試運転時間を短縮することができます。コンフィギュレーションを現場から移植し、シミュレートされたラボ環境内で問題を再現し、問題に対処して修正し、コンフィギュレーションを現場に送り返すことができる。このようにして、製品を具体的にテストし、その性能を検証し、顧客のプラント環境に最適化することができます。
結論｜開発以外のHIL利用。
製品開発でHILを使用する5つの理由の他に、HILを使用することでさらに2つの重要な利点があります。まず第一に、開発、統合、製品メンテナンスの各段階で、同じ高忠実度ツールを使用できる可能性があることは非常に貴重です。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、同じ垂直統合ツールを使用する機会を持つことで、関連データの効率的なコミュニケーションが促進される。これは、特に製品の統合とメンテナンスの間、開発チームとテストチームによって生成された知識の大きな塊が手近に残るため、時間とコストの節約につながります。
次に、HIL互換デバイスを作成することで、製品の統合が容易になり、長期的な価値が生まれます。どの製品のデジタルツインモデルも、特定のHIL対応コントローラのすべてのIOマッピングを簡単に共有できるライブラリにパッケージ化できます。システムインテグレータは、このライブラリコンポーネントをHIL互換デバイスハードウェアと一緒にシステムモデルに追加し、必要なすべての統合テストを実行できます。
OEMは、モデルやファームウェアを改善し、自動テスト検証プロセスを再度実行し、更新されたモデルとファームウェアをすべての顧客に配布する。
日立エネルギーはHILによって、製品のライフサイクル全体を通じて顧客の長期的な価値を創造している。
クレジット
著者 ｜デボラ・サント、ヘンリケ・マニャーゴ、サマンサ・ブルース
画像 ｜© Hitachi Energy Power Grids 2021.All Rights Reserved.
編集者｜デボラ・サント
参考文献 ｜このブログは、PEDG 2021カンファレンスでミケーレ・フセロが行った講演に基づいている。会議の記録はブログ内のリソースとして提供されている。
