導入
世界中のエネルギーネットワークは、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、多くの分野における新たな発展を背景に、ますます分散化が進んでいます。これは、危険な停電や混乱を回避するための堅牢なローカル制御・蓄電システムの必要性が高まっていることを意味します。これらの要因は、特にエネルギー貯蔵およびDER向けの新しいパワーエレクトロニクスコントローラと、より幅広い条件下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という2つの分野でイノベーションを推進しています。
新しい技術は新しいテストを意味します。特に、ナノ秒単位の違いが安定性と故障の分かれ目となる場合にはなおさらです。実務に携わる電力エンジニアは、こうしたニーズに対応する手段として、新しいデバイスのリアルタイムかつ高忠実度な検証を行うハードウェア・イン・ザ・ループ（HIL）を急速に導入しています。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HILの利用は、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。さらに重要なのは、テスト自動化の新たな発展と機器モデリングにおける経験の蓄積により、システムインテグレーターが制御スキームをHILテストで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ですか?
HILとは、リアルタイムシミュレーションに物理デバイスが接続されていることを意味します。これは、電力ハードウェアの一部、またはコントローラハードウェアの一部である場合があります。電力ハードウェアを使用したHILシミュレーションは、Power HIL（P-HIL）と呼ばれることがよくあります。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シミュレーションは、C-HILと呼ばれます。
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、最低 200 ns のアナログサンプリングレートと最低 3.5 ns のデジタル入力ゲートドライブ信号（GDS）オーバーサンプリングを備えた市販の C-HIL テストシステムが利用可能になりました。
C-HIL アプローチとは何ですか? また、それをどのように使用しますか?
C-HILテスト手法は、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を用いて、物理制御システム（ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア）の性能をテストするテスト手順です。このアプローチは、自動車業界や航空宇宙業界で、高度な制御システムをテストする際の最適な方法として、数十年にわたり使用されてきました。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コントローラを接続することで、ラボでのテストが困難または非現実的であるだけでなく、時間と費用がかかりすぎる動作条件をテストできます。
これらの利点は、テスト対象のパフォーマンスシステムの信頼性と品質に明確な影響を与えます。そのため、モデルベースHILテストと検証を導入し、その活用にコミットするコンポーネントメーカーは、製品の性能と品質が高忠実度環境で検証されていることを示すHIL Tested認証を取得することができます。
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には、C-HIL デバイスとテスト対象の制御システムを適切に接続するために、両者の間に専用の信号調整インターフェイスが必要になる可能性があることですが、そのコストはフルパワー ラボを構築するコストには遠く及びません。
コントローラーとモデルはどのように接続しますか?
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、電力システムの各要素からコントローラへ単純な電力ケーブルを直接配線していました。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ります。
Typhoon HILは、主要な電力制御ハードウェアメーカーとの長年にわたる協業経験を活かし、箱から出してすぐにC-HILテストを実行できる、すぐに使用可能なコントローラーインターフェースを複数提供しています。箱から出してすぐにC-HILテストに接続できるコントローラーは、 HIL互換認証を取得しており、以下の点が保証されています。
- コントローラー モデルは、Typhoon HIL コントロール センター ソフトウェアで開発されます。
- HIL 用の事前構築されたインターフェースが開発されているか、コントローラーに組み込まれています。
- 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、コントローラー バージョン管理が実装されています。
HIL 互換コントローラをすでに開発しているインバータ メーカーおよびシステム インテグレータとしては、ABB、EPC Power、Schneider Electric、Woodward などがあります。
テストをさらに速く行うにはどうすればよいでしょうか?
新規マイクログリッド導入時のテストには、複雑なテスト条件を何度も繰り返し実行する必要があることがよくあります。これらのテストを事前に計画するには非常に時間がかかるため、企業によっては、これらの重要なテストを自動化するために専任のテスト自動化エンジニアを雇用することもあります。
TyphoonTest自動化フレームワークやTyphoonTestIDEといった新しいツールにより、電力エンジニアはコーディングの知識をほとんど、あるいは全く必要とせずに、ソフトウェアインターフェースから直接、詳細な自動レポートを備えた強力なテストスクリプトを作成できます。これにより、テストをより迅速かつ低コストで実行できるため、エンジニアはテストプロセス自体の開発ではなく、信頼性の高いシステムの設計に多くの時間を費やすことができます。
これはマイクログリッドのテストにとって何を意味するのでしょうか?
C-HILをパワーエレクトロニクス試験に活用することで、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特有の課題に対してHILテスト済みであることをより容易に確認できます。これらのコントローラをHIL対応にすることで、システムインテグレーターは、実績のあるデバイスを用いて、高忠実度環境でシステムレベル制御の複数のオプションをシミュレーションできるようになります。これにより、新しいマイクログリッドの設計と実装にかかる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
編集者| デボラ・サント
