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
電源装置開発部
梅澤和義、津久田元弘、君水拓也（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は設立以来、先進的なパワーエレクトロニクス変換器ベース製品の開発・製造拠点として機能してきました。今回、同社の制御開発・制御試験チームに直接お話を伺う貴重な機会を得て、無停電電源装置（UPS）Typhoon プラットフォームをどのように活用しているかを直接学ぶことができました。
Typhoon を選択した決定的要因は、超高精度と使いやすさでした。
津久田元博
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 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）技術を採用する社内決定を下しました。 初期調査の結果、HIL製品を提供する5社を特定し、各社のカタログを確認した上で、仕様と性能について詳細な比較検討を行いました。Typhoon を選択したのは、HIL仕様が他社ソリューションを凌駕していたことに加え、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完全なソリューションを提供していたTyphoon 。
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。
津久田元博
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 を導入する決定的要因は何ですか？
当社にとって重要な要素は、HILの忠実度と総合的な性能でした。Typhoon 際、性能に重点を置きました。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須でした。例えば、制御性能の検証や高速保護機能の検証などが挙げられます。 当社（富士電機）の制御器の中には3マイクロ秒の分解能でサンプリングするものもあるため、シミュレータの速度がそれより遅い場合、テスト結果は有用ではありません。
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、新たなUPS電力変換器モデル（単一コンバータおよび並列構成）を構築中です。並列UPSシステムのシミュレーションには、Typhoon 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。UPS側での故障注入および系統側での短絡事象に対応するモデルを準備中です。
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？
高出力実験室試験を実施する際、高電圧・高出力の要件により、当実験室の安全基準に基づき、各試験には少なくとも2名以上の立会いが必要です。さらに、2名で試験準備、機器配置、コンバータ起動、実験室の安全対策の全てを整えるには約1週間を要します。Typhoon ベッドなら、シミュレーションを簡単に開始でき、昼夜を問わずオフィスやデスクでテストを実行可能です。HILschematic editor モデルを作成すれば、コンバータの使用可能日時や製品テストの予約といったテストスケジュールの計画schematic editor 。テストと検証の柔軟性と効率性が飛躍的に向上し、まさにゲームチェンジングな能力と言えます。
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。
津久田元博
Typhoon に関する今後の計画はどのようなものですか？
ソフトウェアの検証と妥当性確認（V&V）におけるHIL（ハードウェア・イン・ザ・ループ）の活用を継続的に拡大しています。Typhoon の利用を開始し、ソフトウェア回帰テストのための夜間自動テスト実行の導入を計画しています。短期目標として、少なくとも1000のテストケースを達成し、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）プロセスを導入します。これには日次テスト、週次テスト、および完全なリリーステストスケジュールが含まれます。
クレジット
インタビュアー | 杉山 勇
翻訳者 | Ivan Celanovic
ビジュアル | Fuji Electric,Typhoon
編集者 | Debora Santo
