2016年7月26日

パワーエレクトロニクスとマイクログリッドにおけるHIL採用が急増している4つの理由

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自動車産業や航空宇宙産業で長年利用されてきたハードウェア・イン・ザ・ループ（HIL）技術は、現在、パワーエレクトロニクスおよび電力システム分野で急速に普及しつつあります。2015年の市場調査レポートはこの変化を浮き彫りにし、パワーエレクトロニクスおよびマイクログリッドにおけるHILの採用が大幅に増加すると予測しています。このトレンドの主な推進要因としては、様々なアプリケーションにおけるパワーエレクトロニクスの普及、再生可能エネルギーの統合拡大に伴う電力網の変革、マイクログリッドの台頭、そして交通機関の電化などが挙げられます。HILは、複雑な電力システムやスマートインバータの効率的、自動化、そして安全なテストを可能にし、急速に進化するこれらの分野における高度な制御と調整の高まるニーズに対応します。

導入

ハードウェア・イン・ザ・ループ（HIL）は新しい技術ではありません。25年以上前から存在し、自動車業界と航空宇宙業界では、コントローラーの性能とシステム統合のテストと検証にほぼ独占的に利用されてきました。HILは自動車テストの代名詞でしたが、これは変わりつつあります。

2015年、3つの独立系市場調査会社が「HILの現状」に関する3つのレポートを発表しました。これら3つのレポートはいずれも、数十年にわたるHILの進化を経て、パワーエレクトロニクスと電力システムにおけるHILという新たな用途が登場したと述べています。

パワーエレクトロニクス、マイクログリッド、電力システム向けのHIL市場は、自動車産業や航空宇宙産業に比べるとまだ規模は小さいものの、最も急速に成長している分野です。パワーエレクトロニクスとマイクログリッドの市場規模は計り知れません。以下は、VDC、Markets and Markets、Frost and Sullivanのレポートからの抜粋です。

VDCリサーチ

「 HILツールへの支出はエネルギー/電力業界で最も急速に増加するでしょう… 」

「 …HILの導入は、従来のユーザーベース（自動車および航空宇宙／防衛）以外でも加速しています。エネルギー／電力を含む複数の業界におけるHILの急速な利用拡大が、収益成長の促進に貢献しています。」

市場と市場

「パワーエレクトロニクス分野の市場は、ループハードウェアとソフトウェアにおけるハードウェアの使用増加の結果として、2015年から2020年にかけて14.36%という最高の成長率を記録すると予想されています。」

「ループ内のハードウェア市場全体は、2015年から2020年の間に9.37%の成長率で成長すると予想されています。パワーエレクトロニクス分野の市場は、2015年から2020年の間に14.36%という高いCAGRで成長すると予想されています。」

フロスト・アンド・サリバン

「フロスト＆サリバンは、パワーエレクトロニクスHILセグメントが今後10年間で大きな成長を遂げ、1億ドル規模に達すると予想しています。」

パワーエレクトロニクスとマイクログリッドにおける HIL の急速な普及を推進している 4 つの主な要因は次のとおりです。

1.パワーエレクトロニクスは普及しつつあります。

パワーエレクトロニクス・コンバータはあらゆる場所で使われています。低電力ノートパソコンや携帯電話の充電器から、ハイブリッド車や電気自動車、太陽光発電インバータ、風力タービン、そしてHVDCコンバータまで。

現在、全エネルギー消費量の 40% は電気エネルギーですが、2040 年までにこの割合は 60% に増加します。また、パワーエレクトロニクスコンバータによって制御される電気エネルギーの割合は、2030 年までに 40% から 80% に増加するでしょう。

パワーエレクトロニクスが完全に導入されれば、電気エネルギー効率が 30% 以上向上すると期待されています。

スマート電力エレクトロニクスコンバータ、ネットワーク化された電力エレクトロニクスコンバータ、適応型電力エレクトロニクスコンバータなどによって、文明のエネルギーの 50% 以上 (60% の 80%) を効率的に処理するという目標には、電力エレクトロニクス制御の設計、テスト、展開のための新しい方法とプロセスが必要になります。

2.電力系統は変化しつつあります。その変化を推進しているのはパワーエレクトロニクスです。

再生可能エネルギーと分散型エネルギー資源 (DER) のグリッド普及が継続的に増加するにつれて、今日知られている高度に集中化されたグリッドは、将来のスマートグリッドへと変化しつつあります。

2015年だけでも7GWの太陽光発電と5GWの風力発電が導入され、そのペースは加速の一途を辿っています。これらの分散型エネルギー貯蔵（DER）はすべて、電力系統に電力エレクトロニクス・インバーターを介して接続されており、これらのインバーターはまもなくスマートインバーターへと移行します。新たなスマートインバーターのグリッド規格（BDEW、CEI 0-21、Rule 21、UL 1741 SAなど）に準拠した試験がますます重要になっています。

UL1741 SAスマートインバータ事前認証ウェビナーを見る

グリッド上のすべてのスマートインバータは、再生可能エネルギーを制御するか、負荷 (可変速ドライブなど) を制御するかに関係なく、グリッド制御に参加できます。

インバータはますますスマートになり、インバータコントローラも高度化しています。ますます高度化するコントローラには、自動化され、安全で、繰り返し可能なプロセスによる、より広範なテストが必要です。これは、適切なハードウェア・イン・ザ・ループ・テストの手法とツールを用いることで実現できます。

3.マイクログリッドは配電システムを変革しています。

マイクログリッドは、系統接続モードと独立モードの両方で動作できる負荷と電源で構成される電力サブシステムとして定義され、信頼性の向上、再生可能エネルギーの普及率の向上、より柔軟な系統を実現するソリューションとして注目を集めています。

マイクログリッドは複雑なシステムであるため、マイクログリッドの制御と調整もますます複雑になっています。

ハードウェア・イン・ザ・ループ・テストは、マイクログリッドコントローラの開発、テスト、試運転において広く使用されるツールになりつつあります。

4.交通手段はますます電動化しています。

ハイブリッド車や電気自動車から、ハイブリッドのオフロードトラックや農業機械、さらには電気やハイブリッドの飛行機、ハイブリッド/電気の船舶に至るまで、私たちは輸送の電化において非常に力強いトレンドを目撃しています。

電気システムとハイブリッドシステムは、より柔軟で効率的です。そしてパワーエレクトロニクスは、これらすべてを再び可能にしています。

電動化が進むにつれてシステムの複雑さが増し、より高度な設計・テスト手法が必要になります。実際、複雑なソフトウェア／ファームウェアを実行し、異なる通信ネットワークを介して通信する数十個のコントローラーによって制御されるこれらのシステムのテストとテスト自動化において、Hardware in the Loopテストが重要な役割を果たし始めています。