イントロダクション ｜チーム紹介

このC-HILユーザーストーリーは、シュナイダーエレクトリックのスマートUPSオンラインC-HILコアチームからのものです。シュナイダーエレクトリック・インディアの専門家チームは、UPSユーザーのあらゆるニーズと要件を満たすことを目標に、幅広いスマートUPSシステムを継続的に開発しています。

シバマニ・ククヌリはパワーエレクトロニクス・チームのリーダーで、電力変換製品の設計・開発手法と実践の新しい方法の実践と確立に情熱を注いでいます。シヴァプラサド・エレンドゥラは、チームの組み込み電力変換制御ファームウェア・エキスパートで、デジタル化、自動化、DevOpsに情熱を注いでいます。Sanjay Kandulaはチームのパワーエレクトロニクス・シニア・ハードウェア・デザイナーで、様々なパワーエレクトロニクス・トポロジーのパワーと制御モデリングに情熱を注いでいます。下の写真は、新製品を開発・テストするラボでのチームの集合写真です。

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図1.IDC-HBN部門のSchneider Electric Smart UPS Online C-HIL CoreチームのSivamani Kukunuri、Shivaprasad Ellendula、Sanjay Kandula（左から右）。

課題 ｜UPSメーカーがUPSユニットの開発、テスト、検証の際に直面する主な困難。

シュナイダーエレクトリックのスマートUPSポートフォリオには、スタンドアロン型からモジュール型まで、1～20kVAまでの複数の電源オプションがあります。典型的なUPSは、PFC回路、インバータ、および様々なDC-DCコンバータを含む、信頼性の高い電力供給を保証するために、様々な電力変換サブシステムを統合しています。図2は、シュナイダーの6KVA UPSを示しています。

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図2.シュナイダーエレクトリックのSRT6KXLI。

各コンバーターには、設計、部品選択、制御アルゴリズムにおける課題があります。さらに、UPSシステム内のすべてのコンバータをシームレスに統合するには、中断のない信頼性の高い電力供給を確保するために、同期、障害処理、調整を慎重に行う必要があります。

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図3.スマートUPSオンラインUPSブロック図[画像ソース]。

以下は、UPSのライフサイクルで遭遇する2つの重要な課題である：

  1. 新製品開発のための物理的な電子ボードの早期入手不可能性：
    UPSは、極めてエレクトロ・ファームウェアに依存しており、UPSサブシステムの検証は、パワー・エレクトロニクス・コンポーネントとデジタル・コントローラPCBで構成される物理的ハードウェアに依存している。開発の初期において、物理的なパワートレイン、ターゲット・コントローラ・ボード、AC/DCソース、および負荷が利用できないことは、新しいトポロジの開発とテスト、および関連するファームウェア開発に潜在的に大きな遅れをもたらす。この遅延は、製品開発サイクルタイムの大幅な長期化につながる可能性がある。
  2. 継続的エンジニアリング・ライフサイクルにおけるフィールド問題への対応の遅れ：
    継続的エンジニアリング・フェーズでは、主に、フィールド問題を再現するための複雑なテス ト・インフラストラクチャの必要性と、それに続く複数のファームウェア・リリースのために、課 題が浮上する。効率的な問題のデバッグと、ハードウェアやファームウェアのアップデートの迅速な提供は、 顧客満足度を維持するために極めて重要である。

ソリューション ｜使用したHILセットアップ構成とテスト手順。

当初、シュナイダー・チームは、継続的なエンジニアリング・フェーズで適用されるC-HIL（Controller Hardware-in-the-Loop）インフラストラクチャで旅を開始しました。C-HIL テスト手順は、UPS の設計と開発におけるファームウェアのデバッギング、設 計の検証、およびファームウェアのリグレッションに関連する課題を克服する上で、大 きな利点を提供する。図 3 に示すように、彼らは、インターフェース・ボードを使用して、実際のコントローラを HIL と統合した。パワー・プラント・モデルは HIL デバイスで実行され、制御プラント・モデルは実際のコン トローラで実行され、UPS システムの正確な表現を提供します。このセットアップにより、効率的なファームウェア・デバッグが容易になり、エンジニアは問題を迅速に特定し、解決することができます。

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図4.HILを使用したUPSのテストセットアップ。

チームはその後、新しいトポロジーの迅速な評価（PoC）と、技術ロードマップを強化するためのハードウェア/ファームウェア開発にC-HILを活用し始めた。通常、あるパワートレインの複雑さに対応する物理ボードの入手には、約8～10週間かかる。しかし、C-HIL技術は、1～2週間以内に立ち上げ時間を短縮し、その結果、パワー・トポロジーとファームウェアの安定化をより迅速に行うことができます。

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図5.UPS HILテストのセットアップ。

メリット ｜シュナイダーエレクトリックのUPS設計開発におけるC-HILの導入。

シュナイダーエレクトリックのチームはC-HILの旅を満喫しており、彼らが実体験から目撃したいくつかの重要な利点を共有している：

  1. 継続的エンジニアリング：
    1. 従来のテスト方法では、UPSのステートマシンの検証には3週間以上かかります。代わりに、HIL自動化ツールを採用すれば、安全な環境で同じ検証テストをわずか10時間で完了することができます。
  2. 垂直統合ツールチェーン：
    1. 垂直統合されたTyphoon ツールチェーンを使用し、Virtual Hardware-in-the-Loopによるシステムレベルモデリングを採用することで、シームレスな開発とテストを実現しています。
    2. これにより、V-HILモデルのC-HILへのシームレスな移行が可能になり、ファームウェア開発、検証、厳格なテスト回帰、効率的なフィールド問題のデバッグが合理化される。
  3. 新製品開発と新トポロジー（PoC）評価：
    1. システムレベルのモデリングに強力な内蔵Virtual-HILを活用することは、オフライン・シミュレーションがデバイスやトポロジーの選択に非常に役立つ早期設計評価に真に有益です。
    2. ハードウェア・イン・ザ・ループ試験は、IEC 61000-3-11のような業界標準への事前準拠のためにUPSの性能を検証し、さまざまな条件下での有効性を保証します。
  4. 持続可能性とデジタル化：
    1. C-HILは、コンポーネントやシステムのシミュレーション、物理的試験の削減、二酸化炭素排出量の最小化、より迅速で安全な設計最適化の実現、何度も繰り返す必要性と製造排出量の削減など、デジタル化を通じて持続可能性を促進する。

一言でHIL ｜HILでの経験をどのように表現しますか？

Typhoon HILは、将来性のある超安全な電力変換開発エコシステムを開拓しています。

Sivamani Kukunuri
パワーエレクトロニクス・チーム・リード
シュナイダーエレクトリック

ファームウェアが先、ハードウェアは後：初日からリアルタイムモデルをパワーアップ！

Shivaprasad Ellendula
組み込み電力変換制御ファームウェアエキスパート
シュナイダーエレクトリック

ハードウエア・イン・ザ・ループ：パワーエレクトロニクス製品開発の領域でイノベーションとイグニッションが出会い、ゲームチェンジャー的な革命を巻き起こす。

Sanjay Kandula
Power Electronics Senior Hardware Designer
Schneider Electric
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クレジット

テキスト ｜シヴァマニ・ククヌリ、シヴァプラサド・エレンドゥラ、サンジャイ・カンドゥラ
ビジュアル ｜カール・ミッケイ
編集｜デボラ・サント