日立エナジーについて
日立エナジー 電力会社、産業分野、モビリティ、IT、都市、遠隔地域向けの先進的な自動化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技術日立エナジー 。同社のe-meshポートフォリオは、デバイスレベルからシステム制御、IoTサービスに至る分散型エネルギー資源（DER）を管理・最適化する垂直統合型ソリューションです。
当社は、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および制御に取り組むソリューションを開発しています。
ルカ・チコニャーニ
戦略的パートナーシップマネージャー
日立エナジーグリッドエッジソリューションズ
e-mesh Controlソリューションは、日立エナジー堅牢でモジュール式かつ拡張性のあるリモートターミナルユニット（RTU）プラットフォームを基盤としています。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型エネルギー資産のシームレスな統合を管理するよう設計されています。
日立エナジー ソリューションチームは、Typhoon Controller Hardware-in-the-Loop（C-HIL）日立エナジー 、e-mesh制御ソリューションの設計・試験を実施。試験の限界を押し広げることで、顧客に信頼性が高く安定かつコスト効率に優れたエネルギーソリューションを提供しています。
課題 | マイクログリッド内の制御可能な全資産が協調して動作することを確実にする。
グリッドエッジソリューションチームにとっての重要な課題は、マイクログリッド内の全ての制御可能な資産が協調して動作することを確実にすることでした。彼らは複雑なシステム環境において多数のコントローラーを連携させ、それらのコントローラーを費用対効果の高い方法で開発する必要がありました。
#1 課題| コミュニケーションが重要な役割を果たす
日立エナジー 、異なる制御層を単一ソリューションに統合した垂直統合型システムです。太陽光発電、風力、蓄電池システムといったマイクログリッド分散型発電設備、従来の資産、負荷を管理・最適化するための複数のコントローラーを備えています。
分散制御アプローチでは、e-meshコントローラは相互に通信し、e-mesh SCADAインターフェースとも通信する必要があります。これは、現場のデバイス間で送受信される信号数が非常に多いことを意味します。したがって、チームは様々なマイクログリッドコントローラの通信プロトコル（例：CANバス、IEC 61850、DNP3、OPC、Modbus）をテストするシステムを必要としていました。
分散型アプローチでは、異なるコントローラが存在するため、通信が重要な役割を果たす。
ミケーレ・フセロ
シニア研究開発エンジニア
日立エナジーグリッドエッジソリューションズ
#2 課題| ソフトウェア・イン・ザ・ループ（SIL）
SILシミュレーションは制御アルゴリズムの開発に用いられた。SILは基本的な制御ロジックのテストをサポートするが、ハードウェアに関連する全ての層をサポートするわけではない。SILは初期開発のための低コストで安全な環境を提供する一方で、より一般的なモデルでは、開発の後半段階で発生し得る多くのリスクを検出・軽減するには不十分である。
システム全体が確実に動作するためには、通信層を含むハードウェアに関連するすべての層をテストするための、より高忠実度のテスト環境が必要である。
#3 課題| 現場試験およびパワーラボ試験
SILシミュレーション後、チームは通常、現場または電力実験室で試験を実施します。現場や高電力実験室環境では試験が非常に困難または危険となるシナリオが多数存在します。これには、機器故障、故障シナリオ、発電ユニット（PV）の突然の喪失や系統からの切断といった過渡現象などが含まれます。
以前は現地でテストを実施していました。しかし通常、それはテストを実行できる時間が限られ、実行可能なテストケースの数も限られることを意味します。
ミケーレ・フセロ
シニア研究開発エンジニア
日立エナジーグリッドエッジソリューションズ
これらのシナリオは、テストが天候に依存するため実生活で検証が困難である。具体的には、日照の少ない曇天や、停電や電力供給停止を引き起こすような極端な気象条件が必要となる。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。
現場において系統連系切断イベント時の制御器動作を試験し、系統連系モードから孤立モードへの移行を確認することも危険を伴う。系統に接続された負荷や利用者に影響を与える可能性があるためである。
ソリューション | Typhoon 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である一方、日立エナジー Solutionsチームは、マイクログリッド内の全ての制御可能資産が協調して動作することを保証するため、高忠実度のテスト環境を必要としていた。
C-HILは、実制御器ハードウェアと電力システムのリアルタイム高忠実度モデルを組み合わせたものです。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において、実際の制御器の真の性能を示すことにあります。
C-HILは電力システムのデジタルツイン（完全な複製）であり、実験室で容易にアクセス可能です。これにより、導入前に予期せぬ制御上の問題を容易に発見でき、プロジェクトリスクを低減します。
C-HILは優れたツールです。なぜなら、我々のコントローラの実際の性能を示すことができるからです。
ティロ・ビューラー
グローバルプロダクトマネージャー
日立エナジーグリッドエッジソリューションズ
日立エナジー Edge Solutions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制御の継続的な開発と保守を可能にします。
#1 ソリューション | C-HILがテストの限界を押し広げる
日立エナジーにとって、C-HILプラットフォームは、e-mesh Controlsを現場に導入する前に包括的なテストカバレッジを実現します。
C-HIL技術は、現実ではテストが困難な様々なシナリオを柔軟にシミュレートできるため、テストの限界を押し広げます。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ます。
システム動作の良好なテストカバレッジを得られるため、開発した制御ソリューションが実際のプラント環境で機能するという確信を持てる。
ティロ・ビューラー
グローバルプロダクトマネージャー
日立エナジーグリッドエッジソリューションズ
C-HILを用いたテストシナリオ例：
- 太陽光発電所における発電電力の損失
- BESSの過充電
- 電力系統からの切断
- 系統連系モードから孤立モードへの移行
- PCCにおける送電網への接続失敗
#2 ソリューション| C-HILが開発時間を短縮
C-HILは、テスト活動の計画立案、テストラボの空き状況の確認、および様々な動作シナリオや障害シナリオに対するテスト環境の構築にかかる時間を削減することで、開発時間を短縮します。
さらに、Typhoon グリッドライブラリに既に用意されている標準モデルにより、マイクログリッドモデルの設定が迅速かつ容易になります。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ようになります。
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を容易に適応させる柔軟性により、開発期間を4～5か月短縮できました。
ミケーレ・フセロ
シニア研究開発エンジニア
日立エナジーグリッドエッジソリューションズ
マイクログリッドモデルを実際のコントローラで動作させることは容易である。シミュレータで動作させるためにコントローラ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動作向けに最適化されており、実際の制御装置からの測定値提供とコマンド受信が既に設定済みである。C-HILは単なるプラグアンドプレイ方式である。
#3 ソリューション| C-HILによる継続的開発の実現
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じた継続的な開発と保守を可能にします。
C-HILは、制御開発の初期段階から工場受入試験における顧客関与の後期段階に至るまで、彼らのツールチェーンの不可欠な要素となりました。これにより、新たなアイデアを迅速にテストしたり、現場での問題のトラブルシューティングを行ったりすることが可能となります。
特に工場受入試験の際、顧客向けにモデルを提供するためにTyphoon シミュレーターを活用できます。
ミケーレ・フセロ
シニア研究開発エンジニア
日立エナジーグリッドエッジソリューションズ
また、工場受入試験において製品が顧客の期待通りに動作することを実証するためにも使用できます。工場受入試験では全てのシステム環境を構築できないため、C-HILは電源システムのモデリングに使用できます。
結果 | 日立エナジー 、C-HILで試験の限界を日立エナジー 、開発期間を5か月短縮
日立エナジー 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日立エナジー 、開発期間を最大5か月短縮しました。Typhoon 技術により、マイクログリッドモデルの迅速な構築と、あらゆる運用シナリオおよび障害シナリオの再現性のあるテストが可能になりました。
CHILはまた、初期開発段階から顧客との工場受入試験を通じた後期段階に至るまで、製品ライフサイクル全段階にわたる継続的テストを可能にしました。これにより、顧客に信頼性が高く安定し、かつ費用対効果に優れたエネルギーソリューションを提供しています。
日立エナジー Edge Solutionsチームにとって、HIL Tested 柔軟性、信頼性、最適化、そして優れた性能HIL Tested 。
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
編集者 | デボラ・サント
