はじめに
世界中のエネルギー・ネットワークは、多くの分野における新たな進展に後押しされ、ますます分散型へと進化している：インダストリー4.0、分散型エネルギー資源（DER）、電気自動車（EV）などです。これは、危険な混乱や停電を避けるために、堅牢なローカル制御と蓄電システムの必要性が高まることを意味する。これらの要因により、特に2つの分野で技術革新が進んでいます。すなわち、エネルギー貯蔵とDER用の新しいパワーエレクトロニクス・コントローラと、より幅広い条件でマイクログリッドを効果的に制御できる新しいシステムレベル制御アーキテクチャです。
特にナノ秒が安定と故障の分かれ目となる場合、新技術は新たなテストを意味します。このようなニーズに対応する方法として、パワーエンジニアは、新しいデバイスをリアルタイムで忠実に検証するHIL（Hardware-in-the-Loop）を急速に採用しています。特に、ハードウェア・デバイスとソフトウェア・モデルを接続するためのHILの使用は、テスト・コストの飛躍的な削減とテスト速度の高速化によって拡大しています。決定的なのは、テスト自動化の新たな発展と機器モデリングの経験により、システムインテグレーターがHILテストで制御スキームをテストできるようになったことです。
ハードウェア・イン・ザ・ループとはどういう意味か？
HILとは、リアルタイム・シミュレーションに接続された物理デバイスがあることを意味する。それはパワーハードウェアの一部である場合もあれば、コントローラハードウェアの一部である場合もある。パワー・ハードウェアを使用したHILシミュレーションは、しばしばパワーHIL（P-HIL）と呼ばれます。コントローラ・ハードウェアがリアルタイム・シミュレーションに接続されたHILシミュレーションをC-HILと呼びます。
フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（FPGA）プロセッサ技術の進歩により、アナログ・サンプリング・レートが200ns、デジタル入力のゲート・ドライブ信号（GDS）オーバーサンプリングが3.5nsという、市販のC-HILテスト・システムが利用できるようになった。
C-HILアプローチとは？
C-HILテスト手法は、物理的な制御システム（ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア）の性能を、C-HILプラットフォーム上でリアルタイムにシミュレートされた数学モデルに対してテストするテスト手順です。この手法は、高度な制御システムをテストする際に選択される手法として、自動車や航空宇宙産業で数十年にわたって使用されてきました。コントローラをリアルタイムでシミュレートされた仮想プラントモデルに接続することで、実験室でのテストが困難であったり、実用的でなかったりする運転条件をテストすることができる。
これらの利点は、テスト対象の性能システムの信頼性と品質に明らかな影響を与えます。このような理由から、モデルベースのHILテストと検証を採用し、その使用を約束する部品メーカーは、製品の性能と品質が高忠実度環境で検証されたことを示すHIL Tested認証の資格を得ることもできます。
C-HILアプローチの主な欠点は、外部コントローラを統合する場合、両者を適切に接続するために、C-HILデバイスとテスト中の制御システムとの間に専用の信号調整インターフェースが必要になる可能性があることだが、そのコストはフルパワーラボの建設コストには及ばない。
コントローラーとモデルの接続方法は？
従来のP-HIL手法では、実際の電力性能をテストするために、電力系統の要素からコントローラに単純な電力ケーブルを直接配線していた。C-HILでは、電力フローはモデル自体の中で発生するため、コントローラーが実際の電力フローを制御しているかのように「感じる」ことができるインターフェースが重要になる。
主要なパワーコントロールハードウェアメーカーとの長年の協業経験により、Typhoon HILは箱から出してすぐにC-HILテストを実施できる既製のコントローラインターフェースをいくつか用意しています。箱から取り出してすぐにC-HILテストに接続できるコントローラは、HIL Compatible認証により認められています：
- コントローラモデルは、Typhoon HIL Control Centerソフトウェアで開発される。
- HIL用のビルド済みインターフェースが開発されているか、コントローラに内蔵されている。
- コントローラーのバージョン管理は、モデルとインターフェースが最新であることを保証するために実施されている。
すでにHILC対応コントローラーを開発しているインバーターメーカーやシステムインテグレーターには、ABB、EPCパワー、シュナイダーエレクトリック、ウッドワードなどがある。
どうすればもっと速くテストができるのか？
マイクログリッドの新規導入のためのテストを実施するには、多くの場合、多くの異なる検証シナリオを通して繰り返される複雑なテスト条件が必要となる。これらのテストを事前に計画するのは非常に時間がかかるため、これらの重要なテストを自動化するために、テスト自動化専門のエンジニアを雇う企業もある。
TyphoonTest自動化フレームワークやTyphoonTestIDEなどの新しいツールにより、パワーエンジニアは、コーディングの知識をほとんど必要とせずに、ソフトウェアのインターフェースから直接、詳細な自動化レポートを含む強力なテストスクリプトを作成することができます。これは、テストをより迅速に、より少ないオーバーヘッドで実行できることを意味し、エンジニアはテストプロセス自体を開発する代わりに、信頼性の高いシステムの設計により多くの時間を割くことができます。
マイクログリッドのテストは何を意味するのか？
パワーエレクトロニクスのテストにC-HILを使用することで、デバイスメーカーは、既存または新規のパワーエレクトロニクス機器が、マイクログリッドが提供するユニークな課題に対して実証済みであり、HILテスト済みであることをより容易に確認することができます。これらのコントローラをHILC互換にすることで、システムインテグレータは、高忠実度設定で実証済みのデバイスを使用して、システムレベルの制御のための複数のオプションをシミュレートできるようになり、新しいマイクログリッドの設計と実装のコストとリスクを大幅に削減できます。
クレジット
著者 ｜セルジオ・コスタ
ビジュアル ｜カール・ミッケイ
編集 ｜デボラ・サント
