導入
産業技術総合研究所（AIST）福島再生可能エネルギー研究所は、高出力パワーエレクトロニクス変換器の試験・評価を行う世界最大級の施設の一つです。その使命と目標は、米国のサンディア国立研究所や国立再生可能エネルギー研究所（NREL）、そして欧州のオーストリア工科大学（AIT）と共通しています。
シミュレーションとテストのための幅広い機能とツールにもかかわらず、AIST は、スマート インバータ グリッド コンプライアンス テストをさらに改善し、日本のインバータ メーカーと緊密に連携して超高忠実度の C-HIL 方法論を採用するために、Typhoon HIL ソリューションを導入することを決定しました。
MyWayの杉山勇氏は、最近の訪問中に福島再生可能エネルギー研究所の橋本潤氏と面会しました。
産業技術総合研究所（AIST）について少し教えていただけますか？
産総研は、日本最大級の研究機関の一つです。日本の産業と社会に役立つ技術の開発と実用化に注力しています。さらに、革新的技術の社会実装と事業化に向けた「橋渡し」機関となることを使命としています。持続可能な社会の実現に向けた革新的技術の創出に取り組んでいます。
電力システムチームはどのような仕事をしているのですか？
私のチームは、分散型エネルギー資源（DER）の導入と普及拡大を可能にする研究開発に注力しています。具体的には、高度な系統支援機能、インテリジェントな制御・通信機能を備えた次世代の系統連系型電力変換器（スマートインバータ）の開発に取り組んでいます。新たな機能を実現する新たな電力変換器トポロジーと高度な制御を研究しています。
台風HILをどうやって発見したのですか?
私は、スマートグリッド国際研究施設ネットワーク (SIRFN*) の一環としてオーストリア工科大学 (AIT) を訪問した際に、Typhoon HIL の最初のデモを目にしました。そこでは、サンディア国立研究所、国立再生可能エネルギー研究所 (NREL) などと緊密に協力していました。
6 年前、AIT でスマート インバータの事前認証に使用される Typhoon HIL 機器のデモンストレーションに参加し、この技術を自社で導入することを決意しました。
現在、SIRFN *ネットワークに加盟するすべての研究機関がHILを活用し、HIL技術の推進と国際標準化に取り組んでいます。
*SIRFNは、国際スマートグリッドアクションネットワーク（ ISGAN ）の一員です。ISGANは、スマートでクリーンな電力システムの普及を促進するために、24か国の政府代表者で構成される国際ネットワークです。
Typhoon HIL ツールはどのように使用しますか?
Typhoon HILは、研究開発の両面において非常に魅力的なプラットフォームです。このソフトウェアは、受賞歴のある設計コンセプトに基づいて開発されており、非常に使いやすく、超高忠実度のリアルタイムシミュレーションを可能にします。また、追加のHILシミュレータハードウェアを接続するだけで、分析対象システムの規模を拡大することも可能です。
海外の多くの電力変換器メーカーは既にTyphoon HILをプロジェクトに導入しており、私たちは国内のパワーエレクトロニクスメーカーと共同で、このプラットフォームを活用した研究開発を進めていきたいと考えています。C-HILは、日本の電力変換器メーカーが再生可能エネルギー資源の開発と導入を加速させる力となると確信しています。
当社の電力システムチームは、Typhoon HILテクノロジーを電力制御アプリケーションだけでなく、サイバーセキュリティ研究（通信暗号化）、マイクログリッド、高度な通信プロトコルの開発にも活用する予定です。Typhoon HILは、IEC 61850に準拠した通信プロトコルも実装しています。
以前は、低消費電力のスケールダウンされた電源システムを使用してコントローラーの評価とテストを行っていました。HILと低消費電力モデルの違いは何ですか？
端的に言えば、フルパワーテストを完全に排除することは不可能です。したがって、認証テストにおいて、低電力（スケールダウン実装）システムテストとHILテストのどちらが最も効率的なツールであるかを理解することが重要だと考えています。
HIL モデルが検証され、Typhoon HIL テストのテスト結果が認証テストに受け入れられると、フルパワー テストが大幅に削減されるため、全体的なテスト時間が大幅に短縮され、開発コストと時間が削減されます。
これを標準的な方法にするには、HIL テストでカバーできるテスト シナリオと、フルパワー テストを必要とするテストがあるかどうかを指定する必要があります。
当社の試験装置は、パワーアンプを用いて様々な周波数および電圧波形を生成し、DUTの挙動を試験できますが、相互作用や不安定性により、対象となる電力変換器や試験装置に損傷を与える重大なリスクがあります。HIL技術を用いることで、変換器の損傷やエンジニアの負傷のリスクを大幅に低減できるだけでなく、故障注入や再現困難なコーナーケースを含む幅広い試験を実施できます。
橋本さんにとって台風HILのメリットは何でしょうか？
最大のメリットは、電力変換器やパワーラボを破壊する心配をすることなく開発・テストが行えることです。Typhoon HILのもう一つの利点は、最新のソフトウェアツールであるため、ソフトウェアインターフェース（GUI）が他の製品と比べて分かりやすく、使いやすいことです。設計コンセプトはオフラインシミュレーションに類似しているため、パワーエレクトロニクスメーカーへの導入も容易です。
今後、Typhoon HIL を使ってどのようなテストを行う予定ですか?
現在、電力変換器に新しい制御機能を実装し、日本のメーカーと共有して評価を行っています。例えば、再生可能エネルギーの発電量が増加すると、同期発電機の台数が減少するため、過渡時にシステムを安定化させる同期慣性が低下します。実際、慣性エネルギー貯蔵量の減少は深刻な不安定性を引き起こし、停電につながる可能性があります。
このプロジェクトでは、同期慣性をエミュレートするスマートインバータ機能を解析します。この機能の仕様策定と実装に取り組む予定であり、これらの研究にはTyphoon HILプラットフォームを活用します。
クレジット
インタビュアーl 杉山勇
翻訳| ボリス・ヨバノヴィッチ
映像｜福島再生可能エネルギー研究所
編集者| デボラ・サント
