日立エネルギーについて
日立エネルギーは、公益事業、産業部門、モビリティ、IT、都市、遠隔地コミュニティ向けの先進的なオートメーションシステムとデジタルエネルギーソリューションにおける先駆的なテクノロジーリーダーである。同社のe-meshポートフォリオは、分散型エネルギー資源（DER）をデバイスレベルからシステム制御、IoTサービスまで管理・最適化する垂直統合型ソリューションである。
我々は、マイクログリッド、エネルギー貯蔵、分散型エネルギー資源の自動化と制御に取り組むソリューションを開発している。
Luca Cicognani
Strategic Partnerships Manager
日立エネルギーのグリッドエッジソリューションズ
e-meshコントロールソリューションは、日立エネルギーの堅牢でモジュール式、拡張性の高いリモートターミナルユニット（RTU）プラットフォームをベースにしている。複雑なシステム環境において、再生可能エネルギー資産と従来のエネルギー資産とのシームレスな統合を管理するために設計されています。
日立エナジーのグリッドエッジソリューションチームは、e-meshコントロールソリューションの設計とテストにTyphoon HIL Controller Hardware-in-the-Loop (C-HIL)を使用し、信頼性が高く、安定した、コスト効率の高いエネルギーソリューションを顧客に提供するために、テストの限界に挑戦した。
課題 ｜マイクログリッド内のすべての制御可能な資産が協調して機能するようにすること。
グリッド・エッジ・ソリューションズ・チームにとって重要な課題は、マイクログリッド内のすべての制御可能な資産が協調して動作するようにすることだった。複雑なシステム環境の中で多くのコントローラーをインターフェースし、それらのコントローラーをコスト効率の良い効果的な方法で開発する必要があった。
#第1章 挑戦｜重要な役割を果たすコミュニケーション
日立エナジーのe-meshは、さまざまな制御レイヤーを1つのソリューションに統合した垂直統合型システムである。マイクログリッドの分散型発電（太陽光発電、風力発電、蓄電池システム）、伝統的な資産、負荷を管理し最適化するための複数のコントローラがある。
分散制御アプローチでは、e-mesh コントローラは互いに通信し、e-mesh SCADA インターフェースと通信する必要があります。これは、現場の機器間で送受信される信号の数が多いことを意味する。そこでチームは、さまざまなマイクログリッド・コントローラーの通信プロトコル（Can Bus、IEC 61850、DNP3、OPC、Modbusなど）をテストするシステムを必要としていた。
分散型アプローチでは、異なるコントローラーが存在するため、コミュニケーションが重要な役割を果たす。
ミケーレ・フセロ
シニア R&D エンジニア
日立エネルギーにおけるグリッドエッジソリューション
#その2｜SIL（Software-in-the-Loop）への挑戦
制御アルゴリズムの開発にはSILシミュレーションを使用した。SILは基本的な制御ロジックのテストには対応するが、ハードウェアに関連するすべてのレイヤーのテストには対応しない。SILは初期の開発には低コストで安全な環境を提供するが、より一般的なモデルでは、開発の後半に発生する可能性のある多くのリスクを検出し、軽減するには不十分である。
システム全体が機能することを保証するためには、通信レイヤーを含むハードウェアに関連するすべてのレイヤーをテストする、より忠実度の高いテスト環境が必要である。
#3チャレンジ｜現場テストとパワーラボ・テスト
SILシミュレーションの後、チームは通常、オンサイトまたはパワーラボでテストを行う。現場やハイパワーラボ環境でのテストが非常に困難または危険なテストシナリオは数多くあります。これには、部品の故障、故障シナリオ、発電ユニット（PV）の突然の喪失やユーティリティ・グリッドからの切り離しなどの過渡事象が含まれる。
私たちは以前、現場でテストを行っていました。しかし、通常、テストを実行する時間枠は限られており、実行できるテストケースの数も限られています。
ミケーレ・フセロ
シニア R&D エンジニア
日立エネルギーにおけるグリッドエッジソリューション
このようなシナリオは、テストが天候に左右されるため、実生活でテストするのは困難である。例えば、太陽があまり出ない曇りの日や、停電や停電をもたらす異常気象などである。マイクログリッドのアプリケーション・エンジニアは、正確な気象条件を得るために数日から数週間待つ必要がある。
グリッド接続からアイランドモードへの移行を検証するために、グリッド切断イベント中のコントローラの動作を現場でテストすることも、グリッドに接続されている負荷やユーザーを妨害する可能性があるため危険です。
ソリューション ｜Typhoon HIL コントローラ ハードウェア・イン・ザ・ループ シミュレーション
SILは基本的な開発ツールだが、日立エネルギー・グリッド・エッジ・ソリューションズ・チームは、マイクログリッド内の制御可能なすべての資産が協調して動作することを確認するために、忠実度の高いテスト環境を必要としていた。
C-HILは、電力系統のリアルタイム高忠実度モデルとインターフェースされた実コントローラ・ハードウェアの組み合わせである。その目的は、リアルタイムで応答する現実的なシミュレーション環境で、実際のコントローラーの性能を示すことです。
C-HILはデジタル・ツイン、つまり電力システムの正確なコピーであり、ラボで簡単にアクセスできる。そのため、配備前に予期せぬ制御上の問題をキャッチしやすく、プロジェクトのリスクを低減することができる。
C-HILは、コントローラーの実際の性能を示すことができる優れたツールだ。
Tilo Buehler
グローバル・プロダクト・マネージャー
日立エネルギーのグリッド・エッジ・ソリューションズ
日立エネルギー・グリッド・エッジ・ソリューションズ・チームにとって、C-HILはテストの限界を押し広げ、時間を節約し、e-mesh Controlの継続的な開発と保守を可能にする。
#1 解決策 ｜C-HILはテストの限界に挑む
日立エネルギーにとって、C-HILプラットフォームは、オンサイトで展開する前にe-mesh Controlsの包括的なテストカバレッジを可能にする。
C-HILテクノロジーは、実生活ではテストが困難なさまざまなテストシナリオをシミュレートできる柔軟性があるため、テストの限界を押し広げる。天候の変化やバッテリー・エネルギー貯蔵システム（BESS）の充電を何日も何週間も待つ代わりに、チームはボタンを押すだけでこれらの条件をシミュレートし、数分で結果を得ることができる。
システム動作のテスト・カバレッジを十分に取ることができ、それによって、開発した制御ソリューションが実際のプラント・シナリオで機能するという確信を持つことができる。
Tilo Buehler
グローバル・プロダクト・マネージャー
日立エネルギーのグリッド・エッジ・ソリューションズ
C-HILによるテストシナリオ例：
- 太陽光発電所からの発電電力の損失
- BESSの過充電
- 電力網からの切り離し
- グリッド接続からアイランド・モードへの移行
- PCCからグリッドへの障害
ソリューション#2｜C-HILで開発時間を短縮
C-HILは、テスト活動の計画、テストラボの空き状況の確認、さまざまな運用シナリオや故障シナリオのテスト環境の設定にかかる時間を削減することで、開発時間を短縮する。
さらに、Typhoon HILマイクログリッドライブラリですでに利用可能な標準モデルにより、マイクログリッドモデルのセットアップが迅速かつ簡単に行える。これにより、回路図の開発に必要な時間が短縮され、チームは通信テストに集中できる。
これらのマイクログリッド・モデルを、当社のコントローラーに必要な接続ができるように簡単に適応させることができる柔軟性により、開発期間を4〜5ヶ月短縮することができた。
ミケーレ・フセロ
シニア R&D エンジニア
日立エネルギーにおけるグリッドエッジソリューション
マイクログリッドのモデルを実際のコントローラに適合させるのは簡単だ。シミュレーターで動作させるためにコントローラーを変更する必要はない。
標準的なマイクログリッド・モデルは、リアルタイムで動作するように最適化されており、計測値を提供し、実際のコントローラーからコマンドを受信するようにすでに設定されている。C-HILは単にプラグアンドプレイのアプローチである。
#3ソリューション｜C-HILは継続的な開発を可能にする
グリッド・エッジ・ソリューション・チームにとって、C-HILは製品ライフサイクル全体を通して継続的な開発と保守を可能にする。
C-HILは、制御開発の初期段階から工場での受け入れテストという顧客との関わりを持つ後期段階まで、彼らのツールチェーンの不可欠な一部となった。C-HILは、新しいアイデアの迅速なテストや、現場での問題のトラブルシューティングに使用することができます。
Typhoon HILシミュレータを使用することで、特に工場での受入試験中にお客様にモデルを提供することができます。
ミケーレ・フセロ
シニア R&D エンジニア
日立エネルギーにおけるグリッドエッジソリューション
また、製品が顧客の期待通りに動作することを実証するための工場受入試験にも使用できる。工場受入試験では、すべてのシステム環境を構築できるわけではないため、C-HILは電力システムのモデル化に使用できる。
結果 ｜C-HILでテストの限界を超え、開発期間を5ヶ月短縮した日立エネルギー
日立エネルギーのグリッドエッジソリューションチームは、e-mesh Controlsのテストカバレッジを拡大し、開発期間を最大5ヶ月短縮した。Typhoon C-HIL技術により、マイクログリッドモデルの迅速なセットアップと、すべての運転シナリオと故障シナリオの再現可能なテストが可能になった。
CHILはまた、開発の初期段階から、工場での受け入れテストによる顧客との関わりを通じた後期段階まで、製品のライフサイクルの全段階を通じて継続的なテストを可能にした。これにより、信頼性が高く、安定した、コスト効率の高いエネルギー・ソリューションを顧客に提供している。
日立エナジーグリッドエッジソリューションズチームにとって、HIL Testedは柔軟性、信頼性、最適化、優れた性能を意味する。
クレジット
著者 ｜サマンサ・ブルース、デボラ・サント
ビジュアル ｜カール・ミッケイ
編集 ｜デボラ・サント
