導入
スティーブン・ヴァンワークホーベンは、シュナイダーエレクトリックのソフトウェア開発ディレクターです。彼は、パワーエレクトロニクス制御、ファームウェア、ソフトウェア開発、ライフサイクルメンテナンスに関わるすべてのチームを統括しています。つまり、シュナイダーエレクトリックの住宅用ハイブリッドインバーターに搭載されるすべてのものを開発するチームです。
課題| ハイブリッド インバーターの製造業者がインバーターの開発、テスト、検証、認証を行う際に直面する主な課題は何ですか?
ハイブリッドインバータの設計と試験には多くの課題があり、特に世界中で販売される予定の場合はなおさらです。地域の電力系統規格（ UL 1741 SA 、PREPAなど）に準拠し、さまざまな系統擾乱に対応できる制御アルゴリズムを開発する必要があります。そのため、試験、電力系統規格への適合性検証、そして事前認証取得には、膨大な開発時間とコストがかかります。
当社では、インバーターの新しい制御アルゴリズムという形で、新機能の開発と既存機能の拡張を継続的に行っています。これは、継続的に作業を行う大規模なソフトウェア開発者チームによって行われているため、コード変更をコミットするたびにチェックを実行できるシステムが必要です。テストされていないソフトウェアで6ヶ月も作業を続けるのは避けたいものです。
以前は、インバータ制御のテストは、電力試験室で実際のインバータを用いて行っていました。そのため、実際のインバータのプロトタイプを入手し、試験室に組み込むまでに長いリードタイムが必要でした。今日の電力変換器はますます複雑化しており、試験室のセットアップにかかるコストと複雑さは飛躍的に増大しています。さらに、電力試験室の機器を操作し、テストを実行するには多くの人材と時間がかかり、1日に最大でも5～10件のテストしか実行できませんでした。制御ソフトウェアのテストを迅速化し、市場投入までの時間を短縮できる、堅牢で包括的なHILテストフレームワークが切実に求められていました。
HIL テスト| HIL セットアップはどのようになっていますか? また、それを使用して何をテストしますか?
Typhoon HILは、当社のController-Hardware-In-The-Loop（ C-HIL ）プラットフォームの中核を成しています。例えば、ACグリッドはTyphoon HIL内でシミュレートされます。ACグリッドモデルを完全に制御できるため、低電圧ライドスルー（LVRT）や単独運転防止イベントなど、あらゆる外乱をシミュレートできます。現場で実測した電圧波形をTyphoon HILで実行することで、インバータがそれらの電圧波形にどのように反応するかを正確に確認できます。これにより、トラブルシューティングにかかる時間が大幅に短縮されます。電力系統のラボでこれを行おうとすると、非常に複雑でコストもかかるでしょう。
当初の主な疑問は、モデルの精度はどの程度か、モデルの信頼性はどの程度か、モデルの有用性はどの程度か、といった点でした。HILの導入にあたり、これらの疑問に自ら答える必要がありました。そこで、ラボとHILで同一のテストケースを実施し、モデルの検証を行いました。その結果、定常状態での誤差は1%未満、高速遷移の動的テストケースでは誤差5%以内と、非常に良好な一致が得られました。
テストと事前認証は、Typhoon HIL のコントローラー ハードウェア イン ザ ループ (C-HIL) テスト ソリューションの実装が最も役立った部分です。テストの自動化により開発とテストの時間が大幅に短縮され、テストされたシナリオの範囲が広いため、常に自信を持って認証に進むことができました。
スティーブン・ヴァンワークホーベン
ソフトウェア開発ディレクター
シュナイダーエレクトリック
HIL オートメーション| インバーター制御ソフトウェアの更新をテストするための自動化手順をどのように設定しましたか?
Pythonテストフレームワークを使えば、 TyphoonのHIL APIを使ってJenkins経由でテストスイートを起動できます。開発中のテストケースはすべて、完全な回帰テストスイートに自動的に追加されます。おそらく毎週末、数千ものテストケースを実行しています。毎週金曜日の夕方、システムが自動的に起動します。ソフトウェアプログラムから最新のビルドを取得し、コントローラボードにロードして、週末を通してあらゆるパラメータセットで実行します。そのため、月曜日の朝に戻った時にテスト結果を確認できます。
ただし、新しいコードがリポジトリにコミットされるたびに、制御ソフトウェアを動作条件とコーナーケースのサブセットで実行します。これを「サニティテストスイート」と呼んでいます。さらに、毎晩、より大規模なケースセットも実行しています。これにより、開発中の新機能が常に可能な限り迅速にテストされるようになります。
HIL の利点| HIL を実装すると、作業と製品の信頼性はどのように向上しましたか?
自動化された HIL プラットフォームの利点は、開発者がコードをプッシュすると、システムが新機能の品質テストを毎日リアルタイムで自動的に実行することです。また、HIL テスト環境では、実際のコントローラ ボードに最初からコンパイルされた実際の制御の実際のコードをテストできます。これは、私たちにとって、いつでもラボ テスト、認証、またはソフトウェア リリースに進む準備ができていることを意味します。お客様にとっては、開発中の最新のソフトウェアが常に完全にテストされているため、製品がすべてのテスト ケースに合格するという保証になります。HIL のもう 1 つの利点は、数千のテスト ケースを網羅して、基本的にあらゆるコーナー ケースをテストできることです。ラボでは不可能な現場で発生する状況をシミュレートできます。HIL Tested は、製品の信頼性を保証します。
HILの結果は多くの場合、認証に十分でした。認証機関は、当社のHILプラットフォームのテスト結果を受け入れました。これは、当社のプラットフォーム全体が実験室での結果と照らし合わせて検証・妥当性確認されており、精度が許容範囲内にあることを証明したためです。
クレジット
テキスト|デボラ・サント、セルヒオ・コスタ、イヴァン・チェラノビッチ
ビジュアル| カール・ミッケイ、デボラ・サント
編集者| デボラ・サント
免責事項| このブログは、Typhoon HIL が Schneider Electric と行った「Building a Better Microgrid Industry Spotlight」ビデオ シリーズのインタビューに基づいています。
