富士電機株式会社
パワーエレクトロニクスシステム・エネルギー事業本部
電源機器開発部
梅澤和義氏、津久田元弘氏、木水拓也氏（左から右へ）
はじめに
富士電機について
富士電機神戸事業所では、設立以来、先進的なパワーエレクトロニクス・コンバータ製品の開発・製造拠点としての役割を果たしてきました。今回、私たちは同事業所の制御開発および制御試験チームに話を聞く貴重な機会を得て、無停電電源装置（UPS）の開発において「Typhoon HIL がどのように活用されているかを直接伺いました。
Typhoon HIL を選んだ決め手は、その極めて高い忠実度と使いやすさTyphoon HIL 。
附田 原大様
富士電機のUPS開発部門は何をしていますか？
富士電機の当社チームは、幅広い無停電電源装置（UPS）製品の開発を担当しています。具体的には：商業用小型UPSシステム（1000kVA）、データセンター向けMW級UPSシステム（1.5MVA）、太陽光発電用高出力インバーター（1MVA）、および燃料電池用電力変換装置（100kVA）です。
Typhoon HILのことをどのように知りましたか？
数年前、当社は制御開発および制御テストのプロセスを改善するため、コントローラ・ハードウェア・イン・ザ・ループ（C-HIL）技術を採用することを社内で決定しました。 初期調査の結果、HIL製品を提供している5社を特定し、各社のカタログを確認した上で、仕様や性能について詳細に検討しました。最終的に、Typhoon HIL を採用することにしました。その理由は、HILの仕様が他社製品よりも優れていただけでなく、Typhoon HIL ソフトウェア、ハードウェア、エンジニアリングサービスを包括したトータルソリューションTyphoon HIL 。
オフラインシミュレーターと実験室試験のみの使用は、製品開発を著しく遅らせていると感じた。
附田 原大様
課題
HIL前の設計およびテストプロセスについてお聞かせいただけますか？
制御開発およびテストにC-HILを採用する以前は、主に以下の3つの手法に依存していました：
- オフラインシミュレーション；
- 「オープンループ」HILシミュレーション；
- 高出力実験室試験
コントローラの早期検証（早期V&V）のためのオフラインシミュレーションは、シミュレーションが実際の制御ファームウェア／ハードウェアの低忠実度モデル抽象化を使用するため非常に限定的である。さらに、シミュレーションは通常非常に遅く、時間を要する。 オフラインシミュレーションに加え、我々は信号発生器を被試験制御基板への刺激として用いてコントローラをデバッグした。これを「オープンループ」HIL（初期V&V）と呼ぶ。この手法は、コンバータのパワーステージモデルをコントローラと「閉ループ」でシミュレートできなかったため、深刻な制約がある。
制御装置の最終試験段階（後期検証・確認）として、電力変換器の設計が完了次第、高電力実験室でソフトウェアのデバッグを実施します。実際の高電力試験中に故障を注入する作業は、費用がかさみ、危険を伴い、壊滅的な結果を招く可能性がありました。そのため、実際の電力段を用いた十分な試験カバレッジの達成は非常に困難かつ高コストでした。 また、複数のUPSシステムの並列運転をテストする際には、電力需要が増加し、特別な負荷装置や追加要員が必要となるため、コストと時間要件が増大する。
解決策
Typhoon HILを導入する決め手となる要因は何ですか？
当社にとって、最も重要な要素はHILの忠実度と全体的な性能でした。Typhoonと他のHILメーカーを比較する際、私たちは性能に重点を置きました。制御性能の検証や高速保護機能の検証など、高忠実度のシミュレーション結果を得るためには、250ナノ秒以下のリアルタイムシミュレーションステップが必要でした。 当社（富士電機）のコントローラの中には、3マイクロ秒の分解能でサンプリングを行うものもあるため、シミュレータの処理速度がそれより遅ければ、テスト結果は有用なものとはなりません。
どのようなタイプの電力変換器モデルを構築していますか？
現在、新しいUPS電源コンバータモデル（単体および並列構成）を開発中です。並列UPSシステムのシミュレーションを行うため、3台のTyphoon HIL604ユニットを並列接続し、シミュレーション能力をさらに向上させています。また、UPS側の故障注入および系統側の短絡事象に対応したモデルの準備を進めています。
HILテストの最も気に入っている利点は何ですか？
C-HILテストベッドにより、コントローラの動作を迅速に検証できるようになり、新たな制御ソフトウェア機能の開発とデバッグが非常に容易になりました。さらに、高出力実験室では再現が困難なケースの動作も検証可能となり、時間とコストを削減できます。
C-HIL設定による結果をパワーラボや実地試験の結果と比較でき、完全に一致する場合、それはしばしば魔法のように感じられる。
結果
HILはリソース計画とテスト計画にどのような影響を与えましたか？
高出力の実験室試験を行う場合、高電圧・高出力の要件があるため、当社の実験室安全基準に基づき、すべての試験において少なくとも2名以上の立ち会いが必要となります。さらに、2名で試験の準備、機器の配置、コンバータの起動、および実験室内の安全対策のすべてを整えるには、約1週間を要します。Typhoon HIL を使用すれば、昼夜を問わず、オフィスや自分のデスクで簡単にシミュレーションを開始し、テストを実行できます。HILschematic editor でモデルを作成すれば、コンバータが利用可能で製品テストを行える日時を予約するなど、テストスケジュールを計画する必要schematic editor これにより、テストと検証の柔軟性と効率性が大幅に向上します。これはまさに、業界の常識を変える画期的な機能です。
これにより、高出力実験室では再現が困難なケースにおいても、迅速に動作を検証できるようになり、時間とコストを削減できます。
附田 原大様
Typhoon HILに関する今後のご計画はどのようなものですか？
当社は、ソフトウェアの検証および妥当性確認（V&V）におけるHILの活用を拡大し続けています。現在、「Typhoon Test」の導入を開始しており、ソフトウェアの回帰テスト向けに夜間自動テストの実行を展開する予定です。当面の目標は、テストケースを少なくとも1,000件まで増やし、制御ソフトウェア開発向けに継続的インテグレーション（CI）プロセスを導入し、毎日のテスト、週次テスト、およびリリース全体のテストスケジュールを確立することです。
クレジット
インタビュアー | 杉山勇
翻訳 | イヴァン・チェラノヴィッチ
ビジュアル | 富士電機、Typhoon HIL
編集 | デボラ・サント
