はじめに| e-meshとは？
日立エナジーのグリッド エッジ ソリューション グループは、エネルギーの最適化、管理、高度な制御、監視のための垂直統合型グリッド エッジ ソリューションにより、エネルギーの革新と移行をリードしています。
私たちの目標は、再生可能エネルギー源の統合を最大限にし、システムの信頼性と回復力を高め、CO2排出量を削減し、エネルギーコストを削減することです。
ミケーレ・フセロ
シニアR&Dエンジニア
日立エナジー
e-mesh™ PowerStoreスマートバッテリーエネルギー貯蔵システム（BESS）は、 e-meshソリューションの電力部分の基盤であり、多くの国のグリッドコードへの認証コンプライアンスと継続的な統合を実現しています（詳細はビデオ2をご覧ください）。このシステムは、管理機能を備えた自動化部分と、IoT（モノのインターネット）技術による遠隔監視とSaaS（サービスとしてのソフトウェア）ソリューションによるパフォーマンス最適化を可能にするデジタル要素も備えています（図2参照）。
ミシェル氏は、制御テストと検証のための自動化されたハードウェア・イン・ザ・ループ（HIL）アプリケーションのエキスパートです。彼のチームは、e-mesh PowerStore BESS製品の開発において、この手法を広く活用しています。以下は、HILが彼のチームの日々の仕事の柱となった5つの理由です（詳細はビデオ1をご覧ください）。
バランスNo.1 | HILテスト方法論は、デジタル制御の開発とテストのコストと忠実度の最適なバランスを提供します。
e-mesh製品の堅牢性、信頼性、効率性を保証する最も強力なソリューションは、テストです。利用可能なテストソリューションは、完全なシミュレーション環境から完全な物理環境まで多岐にわたりますが、テストの範囲とテストの忠実度がそれらの主な差別化要因となります（図1参照）。
コントローラーとパワー HIL は、優れたテスト範囲、忠実度、および低または中程度のコストの最適なバランスを提供します。
ミケーレ・フセロ
シニアR&Dエンジニア
日立エナジー
シミュレーション対象コンポーネントの割合が高ければ高いほど、機器に損傷を与えることなく安全にテストできるシナリオの範囲という点で、テストカバレッジは高くなります。同時に、仮想モデルは近似値をもたらすため、テストの忠実度が低下する可能性があります。
R&Dチームは、コントローラーHIL（C-HIL）とパワーHIL（P-HIL）のセットアップを頻繁に使用しています。これは、これらのセットアップが、低～中程度のコストでカバレッジと忠実度を効率的に両立できることが実証されているためです。C-HILを使用すると、エンジニアはテスト対象に合わせて特別に設計された実際のコンポーネントとシミュレーションコンポーネントを組み合わせることができ、高いテストカバレッジと最大95%のモデル忠実度を実現できます（図1参照）。
#2 自動チェック| 自動化された C-HIL テストにより、制御ソフトウェアの開発中に繰り返し可能で、スケーラブルかつ再利用可能なテストが可能になります。
日立エナジーでは、HILテストを用いて、系統連系および非系統連系運用向けに開発されたアルゴリズムを日々検証しています。健全性テストスイートは、開発された各機能を実行し、応答速度、制御安定性、低電圧ライドスルー（LVRT）への反応を評価し、対象となる系統連系コードおよび特定の顧客要件への適合性を検証します。自動化されたテストスクリプトにより、繰り返し可能で拡張性が高く、再利用性の高いテストを作成する余地が生まれます。
自動テストを使用すると、テスト手順をコマンドのリストに分割し、それをスクリプトに収集して、これらのスクリプトを必要な回数だけ実行できます。
ミケーレ・フセロ
シニアR&Dエンジニア
日立エナジー
PyTestを使用すると、合否条件を設定でき、制御ファームウェアのアップデートごとに自動で監視なしのレポートを生成して、迅速なサニティチェックを実施できます。これにより、エンジニアは実装されたファームウェア変更のすべての機能を迅速に確認でき、アップデートによる予期せぬ影響を明らかにして、エンドユーザーにリリースする前に修正することができます。スクリプト化された自動HILテストは、その他にも、反復テストによる微調整にも役立ちます。
#3 事前認証| HIL テストにより、グリッド コード準拠の事前認証テストが可能になります。
グリッドタイドデバイスは、販売・市場導入のために、各国のグリッドコードに基づく認証を取得する必要があります。HILテストは認証前段階として活用でき、仮想テスト中に問題点を発見・解決することができます。これにより、認証手続きにおけるテスト時間とコストを最小限に抑えることができます。
製品を認証に送る前に、非常に安価に問題を修正できます。
ミケーレ・フセロ
シニアR&Dエンジニア
日立エナジー
また、認証基準は常に進化しているため、更新された基準を満たすようにテストを適応させることも非常に迅速です。チームは初日からテストの自動化を開始できます。変調、電流ループ、電圧ループ、保護、さらには電力ループ、グリッドサポート機能、グリッドコードまで、一度に1つずつ追加していくことができます。
#4 制御検証| システムレベルの HIL テストにより、分散制御の背後にある制御ロジックの調整を検証できます。
システムレベルのHILセットアップでは、分散制御をテストできます。ここでは、各分散型エネルギーリソース（DER）にコントローラが接続され、個々のコントローラは相互に接続されています。これにより、異なるハードウェア上で異なる速度で実行される制御ロジックの連携を検証できます。また、通信、管理、制御の利用状況もテストできるため、運用中に発生する可能性のある問題を回避できます。
#5 統合| HIL は、顧客工場のデジタル ツインでのカスタマイズされたテストを通じて製品の最適化を可能にします。
ソリューションを現場に導入する際に発生する可能性のある問題を回避するため、システム全体を顧客のプラントのデジタルツイン上でテストできます。HIL環境でサイト全体を構築・テストできるため、試運転時間を短縮できます。設定を現場から移植し、シミュレートされたラボ環境で問題を再現し、問題に対処・修正した後、設定を現場に送り返すことができます。これにより、製品を具体的にテストし、顧客のプラント環境に合わせてパフォーマンスを検証・最適化することができます。
結論| 開発を超えた HIL の活用。
製品開発においてHILを活用する5つの理由に加え、HILにはさらに2つの重要なメリットがあります。まず、開発、統合、そして製品保守の各段階で、同じ高忠実度ツールを使用できるという点は非常に貴重です。通常、これらの各段階では異なるエンジニアリングチームが作業するため、垂直統合された同じツールを使用できることで、関連データの効率的な伝達が可能になります。これは、特に開発チームとテストチームによって生成された膨大な知識が手元に残る製品統合と保守の段階で、時間とコストの節約につながります。
第二に、HIL互換デバイスを作成することで、製品統合が容易になり、長期的な価値が創出されます。あらゆる製品のデジタルツインモデルをライブラリにパッケージ化することで、特定のHIL互換コントローラのすべてのIOマッピングを含む、簡単に共有できるライブラリを作成できます。システムインテグレーターは、このライブラリコンポーネントをHIL互換デバイスのハードウェアと併せてシステムモデルに追加し、必要なすべての統合テストを実行できます。
モデルまたは製品のパフォーマンスに問題が見つかった場合は、このフィードバックを OEM (相手先ブランド製造会社) に転送できます。OEM はモデルやファームウェアを改善し、自動テスト検証および妥当性確認プロセスを再度実行して、更新されたモデルとファームウェアをすべての顧客に配布します。
日立エナジーは、HIL を活用して、製品ライフサイクル全体を通じて顧客に長期的な価値を創造しています。
クレジット
著者|デボラ・サント、エンリケ・マグナゴ、サマンサ・ブルース
画像| © 日立エナジーパワーグリッド 2021. All Rights Reserved.
編集者| デボラ・サント
参考資料| このブログは、PEDG 2021カンファレンスにおけるMichele Fusero氏の講演に基づいています。カンファレンスの録画はブログ内のリソースとして提供されています。
