JP2005269759A - Sampling synchronization system and time management system - Google Patents
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Description
本発明は、電力系統や電力機器の電圧/電流を同時にサンプリングして系統や機器を保護するディジタル形保護継電システムや故障点標定システムなど、複数の計測信号を同期して取得するためのサンプリング同期方式、および電力系統や電力機器を監視制御するディジタル形監視制御システムなど、複数の監視制御信号を絶対時刻で管理するための時間管理方式に関する。 The present invention provides sampling for synchronously acquiring a plurality of measurement signals, such as a digital protective relay system and a fault location system that simultaneously sample the voltage / current of a power system and power equipment to protect the system and equipment. The present invention relates to a time management system for managing a plurality of monitoring control signals in absolute time, such as a synchronization system and a digital monitoring control system for monitoring and controlling a power system and a power device.
ディジタル形保護継電装置は、単機能型のものには距離継電装置、回線選択装置、母線保護継電装置、変圧器保護継電装置などがある。このような装置は、変電所の保護対象設備に設備される変圧器、送電線、母線など、保護対象系統または機器毎に設けられる。 As the digital type protective relay device, there are a distance relay device, a line selection device, a bus protection relay device, a transformer protection relay device, and the like as a single function type. Such a device is provided for each system or device to be protected, such as a transformer, a power transmission line, or a bus line installed in a facility to be protected at a substation.
また、電力系統線路や変電所等の全体を一括して保護する多機能型のディジタル形保護継電システムとして、多種多様の保護継電装置を広域に分散配置した総合保護継電システムや分散形保護継電システムがある。 In addition, as a multi-function digital protection relay system that protects the entire power system lines and substations in a lump, a comprehensive protection relay system or distributed type with a wide variety of protective relay devices distributed over a wide area There is a protective relay system.
これらディジタル形保護継電装置または保護継電システムにおいて、送配電線など遠隔した複数箇所の電流、電圧の計測信号をサンプリングで取得し、これらサンプリングデータを互いに他端の保護継電装置に伝送することで保護演算を行うものがある。例えば、図12に示す光PCM電流差動リレー等がある。 In these digital protection relay devices or protection relay systems, current and voltage measurement signals at multiple remote locations such as transmission and distribution lines are acquired by sampling, and these sampling data are transmitted to the protection relay device at the other end. There are some that perform protection computation. For example, there is an optical PCM current differential relay shown in FIG.
以上のようなディジタル形保護継電装置またはシステムでは、計測にはサンプリング同期を取る必要がある。このサンプリング同期において、線路の一か所の電流計測と電圧計測など、同じ箇所または近接した箇所の計測には、保護継電装置内で装置単位でのサンプリング同期を容易に得ることができる。しかし、上記の光PCM電流差動リレーなど、自端の計測信号と遠隔地からの計測信号との間には伝送遅れが介在する。このため、伝送遅れを補償できるサンプリング同期方式が種々提案されている。 In the digital protective relay device or system as described above, sampling must be synchronized for measurement. In this sampling synchronization, sampling synchronization in units of devices within the protective relay device can be easily obtained for measurement of the same location or nearby locations such as current measurement and voltage measurement at one location of the line. However, there is a transmission delay between the measurement signal at its own end and the measurement signal from a remote place such as the above-mentioned optical PCM current differential relay. For this reason, various sampling synchronization methods capable of compensating for transmission delay have been proposed.
例えば、図12構成の光PCM差動リレーの場合、図13に示すように、保護継電装置AとBとCがループ型光ファイバー伝送路で接続され、装置Aから装置B→装置C→装置B→装置Aのように、装置Cで折返したループ伝送路で同期信号を伝送する。そして、同期信号の送受信に対し、各装置A〜Cは伝送路での伝送遅れ時間の存在から、送信タイミングと受信タイミングの中間時刻をサンプリング同期点とすることで、各装置のサンプリングタイミングを一致させる。 For example, in the case of the optical PCM differential relay configured as shown in FIG. 12, as shown in FIG. 13, the protective relay devices A, B, and C are connected by a loop type optical fiber transmission line, and from device A to device B → device C → device. As in the case of B → device A, the synchronization signal is transmitted through the loop transmission path looped back by the device C. And, for the transmission and reception of the synchronization signal, each device A to C matches the sampling timing of each device by setting the intermediate time between the transmission timing and the reception timing as the sampling synchronization point because of the transmission delay time in the transmission line. Let
他の同期方式として、図14に示すように、遠隔地の保護継電装置A,BがGPS(Global Positioning System:衛星測位システム)の人工衛星から発信される絶対時刻をそれぞれ受信し、この絶対時刻を基に計測信号のサンプリングを行うことでサンプリング同期を確立する方式がある(例えば、特許文献1参照)。 As another synchronization method, as shown in FIG. 14, the protection relay devices A and B at remote locations receive absolute times transmitted from satellites of GPS (Global Positioning System), respectively. There is a method of establishing sampling synchronization by sampling a measurement signal based on time (see, for example, Patent Document 1).
図15には装置A,Bのサンプリング回路例を示し、GPSシステムの受信機1で一定周期パルスを受信し、これをサンプリング同期回路2で逓倍することで50Hz/60Hzの同期信号を得、さらには600Hz/720Hzの同期信号を得、これらの同期信号をアナログ入力処理部3のサンプリング同期信号とし、電圧や電流信号をサンプリングする。
FIG. 15 shows an example of sampling circuits of the devices A and B. The
このGPSからの絶対時刻情報は1秒周期で発信され、保護継電装置では、図16に示すように、受信した絶対時刻パルスに同期したサンプリング同期信号を生成する。 The absolute time information from the GPS is transmitted at a cycle of 1 second, and the protective relay device generates a sampling synchronization signal synchronized with the received absolute time pulse as shown in FIG.
次に、電力機器等のディジタル形監視制御システムは、各機器の状態、応動状態を監視するのに、絶対時刻で管理されたログが必要になり、その時の時間管理が必要となる。このための各種の状変情報(状態変化情報)に対して絶対時刻を付ける方式として、各装置内で時計機能を持ち、その時刻を定期的に中央からの補正指令により補正しておく方式のものがある。補正方式については、毎正時毎にパルスによってその正時に合わせる方法と、補正のための絶対時刻を伝送してもらい、それに合わせる方法等がある。
(1)従来の保護継電装置単位でのサンプリング同期方式は、装置単位でサンプリング同期回路を構成するため、他の保護継電装置との間のサンプリング同期は非同期となる。従って、各装置間のサンプリング同期がとれないため、1つの瞬時データを複数の装置が有効活用することができない。これに加えて、変電所全体の保護を行うような総合保護システム等は、各保護継電装置毎または機能毎に計測装置を設けることから、そのハードウェア規模も大きくなる。 (1) Since the conventional sampling synchronization method in units of protection relay devices constitutes a sampling synchronization circuit in units of devices, sampling synchronization with other protection relay devices is asynchronous. Therefore, since sampling synchronization cannot be established between the devices, a plurality of devices cannot effectively use one instantaneous data. In addition to this, an integrated protection system or the like that protects the entire substation is provided with a measuring device for each protection relay device or for each function, so that the hardware scale becomes large.
また、光PCM電流差動リレーは、複数の端子間で光伝送路を使用して同期を取り、同時サンプリングしたデータを共用で使用しているが、これらデータは光伝送路単位でクローズしたサンプリング同期システムであり、上記の方式と同様の問題が残る。同様に、変電所間をまたぐデータの共用利用するものとして、故障点標定システム(ロケータ)や系統安定化システム等があるが、これらシステムにも同様の問題がある。 In addition, the optical PCM current differential relay uses an optical transmission line between multiple terminals to synchronize and uses the data sampled at the same time. However, these data are sampled in units of the optical transmission line. This is a synchronous system, and the same problems as those described above remain. Similarly, there are a fault location system (locator), a system stabilization system, and the like that share and use data across substations, but these systems also have similar problems.
本発明の目的は、多機能型のディジタル形保護継電システムや故障点標定システム等において、システム全体のサンプリング同期を確保及び集中管理でき、またサンプリング信号の性能を損なうことなく同じ系統や変電所全体のデータ、または、別の系統や変電所のデータを有効利用できるようにしたサンプリング同期方式を提供することにある。 An object of the present invention is to secure and centrally manage sampling synchronization of the entire system in a multi-function type digital protection relay system, fault location system, etc., and the same system or substation without impairing the performance of the sampling signal The object is to provide a sampling synchronization method in which the entire data or data of another system or substation can be used effectively.
(2)前記のように、ディジタル形監視制御システムは、絶対時刻で管理された時間ログが必要となるが、システム単位で個別に管理しようとすると、複数のシステムが1つのデータを有効活用することができないため、広範囲に亙る電力系統のそれぞれの電力用機器の応動が正しく評価できない等の問題がある。 (2) As described above, the digital supervisory control system requires a time log managed in absolute time. However, when trying to manage individually in units of systems, a plurality of systems effectively use one data. Therefore, there is a problem that the response of each power device in the power system over a wide range cannot be evaluated correctly.
本発明の他の目的は、ディジタル形監視制御システムなど、複数の監視制御信号の有効活用および一括した時間管理を容易にした時間管理方式を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a time management system that facilitates effective use of a plurality of supervisory control signals and collective time management, such as a digital supervisory control system.
本発明は、ディジタル形監制御システムにおける各装置間の時刻管理をGPSから受信する絶対時刻情報を利用した時間管理方式とすること、およびディジタル形保護継電システムにおける各装置間のサンプリング同期をGPSから受信する単位時間の周期信号を利用したサンプリング同期方式とするもので、以下の構成を特徴とする。 The present invention provides a time management method using absolute time information received from GPS for time management between devices in a digital supervisory control system, and sampling synchronization between devices in a digital protective relay system using GPS. This is a sampling synchronization method using a periodic signal of unit time received from, and has the following configuration.
(1)複数の保護継電装置または手段を有し、前記各保護継電装置または手段がそれぞれ複数の計測信号をサンプリング同期で取得し、この複数のサンプリングデータを基にそれぞれ保護演算を行うためのサンプリング同期方式であって、
前記各保護継電装置または手段のうち、GPS受信機を有する1つの保護継電装置または手段はマスター局とし、他の保護継電装置または手段は該マスター局とはバス接続またはスター接続の通信手段で接続されたスレーブ局とし、
前記マスター局は、GPS受信機で受信する単位時間の周期信号を必要な周波数に逓倍して自局内のサンプリングパルスとすると共に、前記周期信号を前記スレーブ局に送信する手段を設け、
前記スレーブ局は、内部発振器のパルスでカウントするカウンタを前記マスター局から送信される前記単位時間の周期信号でリセットすることでマスター局と同期をとり、逓倍したタイミング信号を生成し、このタイミング信号を自局内のサンプリング同期信号とする手段を設けたことを特徴とする。
(1) In order to have a plurality of protection relay devices or means, each protection relay device or means acquires a plurality of measurement signals in sampling synchronization, and performs a protection operation based on the plurality of sampling data, respectively. Sampling synchronization method,
Among the protection relay devices or means, one protection relay device or means having a GPS receiver is a master station, and the other protection relay device or means is a bus connection or star connection communication with the master station. A slave station connected by means,
The master station is provided with means for multiplying a periodic signal of unit time received by a GPS receiver to a necessary frequency to obtain a sampling pulse in the own station, and transmitting the periodic signal to the slave station,
The slave station generates a multiplied timing signal by synchronizing with the master station by resetting a counter that counts with a pulse of an internal oscillator with a periodic signal of the unit time transmitted from the master station. Is provided with means for making a sampling synchronization signal in the own station.
(2)複数の監視制御装置または手段を有し、前記各監視制御装置または手段がそれぞれ監視制御信号を絶対時刻で管理するための時間管理方式であって、
前記各監視制御装置または手段のうち、GPS受信機を有する1つの監視制御装置または手段はマスター局とし、他の監視制御装置または手段は該マスター局とはバス接続またはスター接続の通信手段で接続されたスレーブ局とし、
前記マスター局は、GPS受信機で受信する絶対時刻情報をメッセージシリアル信号として取り込み、該GPS受信機で受信する単位時間の周期信号のタイミングにより該メッセージシリアル信号を自局内の絶対時刻情報として時間管理すると共に、該絶対時刻情報を他のスレーブ局に一斉同報通信で分配する手段を設け、
前記各スレーブ局は、前記マスター局から一斉同報通信で分配された時刻情報を絶対時刻として時間管理する手段を設けたことを特徴とする。
(2) A time management method for having a plurality of monitoring control devices or means, wherein each of the monitoring control devices or means manages the monitoring control signal in absolute time,
Among the monitoring control devices or means, one monitoring control device or means having a GPS receiver is a master station, and the other monitoring control devices or means are connected to the master station by bus connection or star connection communication means. As a slave station
The master station captures the absolute time information received by the GPS receiver as a message serial signal, and manages the time of the message serial signal as absolute time information in the own station according to the timing of the unit time signal received by the GPS receiver. And providing means for distributing the absolute time information to other slave stations by broadcast communication,
Each of the slave stations is provided with means for managing time by using time information distributed from the master station by simultaneous broadcast communication as an absolute time.
(3)前記マスター局は、前記GPS受信機で単位時間の周期信号と絶対時刻情報を取得し、前記周期信号を分周して一定時間毎のタイミング信号を得、前記周期信号に前記タイミング信号でバイオレーションを掛けて単位時間周期のタイミングパルスを発生させて自局内のCPU処理部に割込みをかけ、この割り込みで一定時間でタイムアップするタイマを起動し、該CPU処理部が前記GPS受信機で受信した絶対時刻情報に一定時間を足して前記スレーブ局へ一斉同報通信をし、前記タイマのタイムアップで前記一定時間を足した絶対時刻情報をリアルタイム時計に書込む手段を設け、
前記スレーブ局は、前記バイオレーションのタイミングで自局内のCPU処理部に割込みをかけ、一定時間後にタイムアップするタイマを起動し、タイマのタイムアップ時に該CPU処理部が前回受信した絶対時刻情報をリアルタイム時計に書込み、前記マスター局からの一斉同報通信で該絶対時刻情報を取得する手段を設けたことを特徴とする。
(3) The master station acquires a periodic signal of unit time and absolute time information with the GPS receiver, divides the periodic signal to obtain a timing signal for every predetermined time, and adds the timing signal to the periodic signal. In order to generate a timing pulse with a unit time period by applying a violation, the CPU processing unit in the own station is interrupted, and a timer that times up by a predetermined time is started by this interrupt, and the CPU processing unit In addition, the slave station broadcasts to the slave station by adding a certain time to the absolute time information received in the above, and has means for writing the absolute time information to the real-time clock by adding the certain time when the timer expires,
The slave station interrupts the CPU processing unit in its own station at the timing of the violation, starts a timer that times up after a certain time, and obtains the absolute time information that the CPU processing unit previously received when the timer expires. Means is provided for writing in a real-time clock and acquiring the absolute time information by simultaneous broadcast communication from the master station.
(4)前記絶対時刻の管理は、年月日時分秒までの管理は一斉同報による前記メッセージシリアル信号とし、秒以下は前記単位時間の周期信号からカウンタ回路によって刻むことを特徴とする。 (4) The management of the absolute time is characterized in that the management up to year / month / day / hour / minute / second is the message serial signal by simultaneous broadcasting, and the second or less is recorded by the counter circuit from the periodic signal of the unit time.
以上のとおり、本発明によれば、以下の効果がある。 As described above, the present invention has the following effects.
(1)GPSの時刻データによる絶対時刻を使用することにより、変電所などの全体、または、広域に分散配置された装置で、絶対時刻のデータを取り扱うことが可能となる。絶対時刻が同一であることから、それぞれに発生した事象を同じ時系列で管理できる。 (1) By using the absolute time based on the GPS time data, it becomes possible to handle the absolute time data in an entire substation or a device distributed in a wide area. Since the absolute time is the same, the events that occur can be managed in the same time series.
(2)GPSのハードウェア信号による同期方式を使用することにより、変電所などの全体、または、広域に分散配置された装置で、サンプリングのデータを取り扱うことが可能となる。サンプリング時刻が同一であることから、それぞれの位相演算が可能となる。例えば、母線保護継電装置のように、全てのフィーダの電流総和などの演算が可能となる。 (2) By using a synchronization method based on GPS hardware signals, sampling data can be handled by an entire substation or a device distributed in a wide area. Since the sampling times are the same, each phase calculation is possible. For example, like the bus protection relay device, it is possible to calculate the current sum of all feeders.
1秒周期で同期をとる場合、マスター局から各スレーブ局に送るハードタイミング信号は1秒周期の同期タイミング信号のみで済むので、ハードで必要信号線は1本でよい。また、マスター局から50Hz等を送信する場合には各スレーブ局の逓倍周波数生成回路が簡単になる。また、この信号はGPSからの信号であり、同期の基準としてもっとも同期ずれが少ない信号であるので、同期ずれを最小限にできる。 When synchronization is performed with a 1-second cycle, the hardware timing signal sent from the master station to each slave station is only a synchronization timing signal with a 1-second cycle, so that only one hardware signal line is required. Further, when transmitting 50 Hz or the like from the master station, the multiplication frequency generation circuit of each slave station is simplified. Further, since this signal is a signal from GPS and is the signal with the smallest synchronization deviation as a reference for synchronization, the synchronization deviation can be minimized.
(3)GPSによるサンプリング同期とその絶対時刻の関連付けを行うことにより、変電所などの全体、または、広域に分散配置された装置で、絶対時刻とサンプリングのデータを取り扱うことが可能となる。サンプリングと絶対時刻が同一であることから、それぞれの位相演算が可能となる。例えば、母線保護継電装置のように、全てのフィーダの電流総和などの演算が可能となる。 (3) By associating the sampling synchronization with the absolute time with GPS, it becomes possible to handle the absolute time and the sampling data in a device such as a substation as a whole or distributed in a wide area. Since sampling and absolute time are the same, each phase calculation is possible. For example, like the bus protection relay device, it is possible to calculate the current sum of all feeders.
また、絶対時刻が同一であることから、それぞれに発生した事象を同じ時系列で管理できる。絶対時刻管理には、年月日時分秒までの管理と秒以下は、ハードウェアタイミングによって、同期した基本波(50Hzまたは60Hz)の12倍の600Hzまたは720Hz,96倍の4.8kHz,5.76kHzのサンプリング同期信号をカウントすれば、それ以下の精度で時間計測が可能である。 Moreover, since the absolute time is the same, the events that have occurred can be managed in the same time series. For absolute time management, management up to year / month / day / hour / minute / second and subseconds are 600 Hz or 720 Hz, 12 times the synchronized fundamental wave (50 Hz or 60 Hz), 4.8 kHz, 96 times 4.8 kHz, 5. If the sampling synchronization signal of 76 kHz is counted, time measurement can be performed with an accuracy less than that.
実施形態2の方法によれば、同期ずれが最小限にできる。また、ソフト処理がマスター局とスレーブ局が同時に認識できるタイミング信号によるため、同期ずれが少なくなる。
According to the method of
(4)詳細絶対時刻の管理は、年月日時分秒までの管理と、秒以下はハードウェアタイミングによって、カウンタによって刻み、秒以上はRTCにより刻むことにより、状態変化時の時間分解能の高精度化が可能である。 (4) Detailed absolute time is managed up to year, month, day, hour, minute, and second, and hardware time is used to count less than a second with a counter, and more than a second is recorded with an RTC. Is possible.
図1は、本発明における時間管理とサンプリング同期のためのシステム構成図であり、例えば変電所内の一か所に設けるGPS受信機が受信した時刻情報および1秒周期信号から変電所に設置される全ての計測データ処理装置(または同じ装置内の全ての機能)に対して一括した時間管理とサンプリング同期を取る。 FIG. 1 is a system configuration diagram for time management and sampling synchronization in the present invention. For example, it is installed in a substation from time information and a 1-second periodic signal received by a GPS receiver provided in one place in the substation. Collective time management and sampling synchronization for all measurement data processing devices (or all functions in the same device).
図1において、GPS受信機を有する計測情報処理装置11をマスター局とし、このマスター局との通信で絶対時刻情報やサンプリング同期信号を受信する計測情報処理装置121〜12Nをスレーブ局とする。
In Figure 1, a measurement
図1の(a)は、マスター局とスレーブ局との間は、イーサネット(登録商標)などの伝送媒体でバス接続し、UDP(User Datafram Protocol)等でマスター局からスレーブ局に時刻情報の一斉同報通信を実施する通信システム構成とする場合である。また、図1の(b)は、マスター局とスレーブ局との間は、伝送媒体でスター接続する通信システム構成とする場合である。 In FIG. 1A, a master station and a slave station are connected by a bus using a transmission medium such as Ethernet (registered trademark), and time information is simultaneously transmitted from the master station to the slave station using UDP (User Datafram Protocol) or the like. This is a case of a communication system configuration for performing broadcast communication. FIG. 1B shows a communication system configuration in which a star connection is made between a master station and a slave station using a transmission medium.
マスター局は、例えば、図15のGPS受信機1とサンプリング同期回路2を備え、GPS受信機1が受信した一定周期の同期パルスをサンプリング同期回路2に入力して、必要な周波数に逓倍して、例えば、50Hzと600Hz、または、60Hzと720Hzの信号を得る。これらは、GPSの人工衛星から受信するパルスを元にしたもので異地点間においても同期している。
The master station includes, for example, the
このサンプリング同期回路のタイミングは、図16のように、GPSで同期を取った一定周期のタイミング信号、同図では1秒周期で説明しているが、このGPSで同期を取った信号とサンプリング同期回路のDPLLを採用した自走タイミング回路で50Hz/60Hz、または、600Hz/720Hzのサンプリング同期信号を得る。 As shown in FIG. 16, the timing of the sampling synchronization circuit is a timing signal having a fixed period synchronized with GPS, and in the same figure, it is described with a period of 1 second. A sampling synchronization signal of 50 Hz / 60 Hz or 600 Hz / 720 Hz is obtained by a self-running timing circuit employing a circuit DPLL.
以下、サンプリング同期方式および時刻管理方式の実施形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the sampling synchronization method and the time management method will be described.
(実施形態1)GPSの時刻データによる絶対時刻の同期方式
本実施形態は、GPSを利用した絶対時刻管理による各装置間の絶対時刻での補正方式である。
(Embodiment 1) Absolute time synchronization method using GPS time data This embodiment is a correction method for absolute time between devices by absolute time management using GPS.
GPS受信機を備えたマスター局は、それ自体で、絶対時刻の管理と、ハードウェアによるタイミングの管理を行う。例えば、マスター局はGPS受信機とCPUとの間でシリアル通信(例えば、調歩同期伝送)により、絶対時刻情報として、年、月日、時分、秒を取得する。マスター局およびスレーブ局の絶対時刻管理が秒単位の管理であれば、これだけで十分であるが、電力向けの監視制御システムでは、ms(ミリ秒)単位までの分解能で絶対時刻管理が要求される場合がある。 The master station equipped with the GPS receiver itself manages absolute time and hardware timing. For example, the master station acquires year, month, day, hour, minute and second as absolute time information by serial communication (for example, asynchronous transmission) between the GPS receiver and the CPU. This is sufficient if the absolute time management of the master station and the slave station is in units of seconds. However, in power monitoring and control systems, absolute time management is required with a resolution of up to ms (milliseconds). There is a case.
このためのマスター局のブロック構成を図2に示す。GPS受信機21は絶対時刻情報を取得し、この絶対時刻情報を信号変換器22でメッセージシリアル信号fとして取り込み、メッセージを例えばRS232Cレベルの信号に変換して出力gを得る。一方、GPS受信機21から例えば1秒単位に発生する1Hzパルスaのタイミングにより割り込み処理部23がCPU24に割り込み信号bを発生して割込みを行い、そのとき、CPU24は信号変換器22からシリアル通信回線で絶対時刻情報を取得し、それを例えばイーサネット等の情報交換を行う通信システムに接続したスレーブ局にUDPプロトコル等で一斉同報通信で分配する。これにより、広域変電所内の通信システム内のスレーブ局が絶対時刻情報を取得可能とする。
FIG. 2 shows a block configuration of the master station for this purpose. The
上記のシリアル通信には、一般的には、非同期調歩同期通信、信号レベルではRS232Cレベルが使用されるので、信号変換器22は、例えば、TTL/RS232C変換回路で構成できる。
Since the RS232C level is generally used for the asynchronous communication and the signal level in the serial communication, the
(実施形態2)GPSとH/W信号によるサンプリング同期方式
実施形態1のようなシリアル通信により絶対時刻情報をメッセージで取得できるが、サンプリング同期のようなハードウェアのサンプリング同期タイミングを得ることができない。本実施形態は、GPSシステムを利用して、ハードウェア的にサンプリング同期を取るものである。
(Embodiment 2) Sampling synchronization method using GPS and H / W signal Although absolute time information can be acquired as a message by serial communication as in
GPS受信機からは、例えば1秒単位に発生するタイミング(図2の信号a)等があるが、1秒タイミング信号を使って同期させる方法を説明する。この信号は、GPS受信機からの直接の信号であり、この信号が絶対時刻と同期した信号であるため、この信号をマスター、スレーブ間の同期をとる信号にすることで、絶対時刻との同期ずれを最小限に防止できる効果が期待できる。 From the GPS receiver, for example, there is a timing (signal a in FIG. 2) generated in units of 1 second, and a method of synchronizing using a 1 second timing signal will be described. This signal is a direct signal from the GPS receiver, and since this signal is a signal synchronized with the absolute time, it is synchronized with the absolute time by making this signal a signal that synchronizes between the master and slave. An effect that can prevent the shift to a minimum can be expected.
これには、マスター局は、GPS受信機を有し、このハードウェアタイミング信号の1秒周期信号を送信ドライバを介して、スレーブ局に伝送する。スレーブ局は、受信した1秒周期信号から、DPLLを行い、基本波周波数の50Hz,60Hz、サンプリング同期信号は基本波の12倍の600Hzまたは720Hz、または96倍の4.8kHzまたは5.76kHzを得る。 For this purpose, the master station has a GPS receiver, and transmits a 1-second periodic signal of the hardware timing signal to the slave station via the transmission driver. The slave station performs DPLL from the received 1-second periodic signal, and the fundamental frequency is 50 Hz and 60 Hz, and the sampling synchronization signal is 12 times 600 Hz or 720 Hz of the fundamental wave, or 96 times 4.8 kHz or 5.76 kHz. obtain.
図3は、1秒単位に発生するタイミングによるサンプリング同期方式の主要部構成図である。 FIG. 3 is a block diagram of the main part of the sampling synchronization method based on the timing generated every second.
図3において、マスター局11は、GPS受信機21から取り出す1秒周期のパルスaをバッファ回路25で同期タイミング信号dとして取り出し、この信号を電気−光変換器(E/O)26で光信号hに変換してスレーブ局12に伝送する。または、RS422A,RS485等のドライバ27でドライブ信号iを得てスレーブ局12にメタル系で伝送する。
In FIG. 3, the
スレーブ局12は、マスター局11から伝送される光信号hを光−電気変換器28で電気信号jに変換する。または、マスター局11から伝送されるメタル系のドライブ信号iをレシーバ29で受信し、信号kを得る。マスター局とスレーブ局間が光信号であるかメタル信号であるかは、適用によって決定すればよい。例えば、変電所内装置間にまたがる場合は光信号、同一装置内であればメタル信号という適用となる。これら両信号を選択回路30で一方を選択し、選択した同期タイミング信号lに同期した基本同期信号n、サンプリング同期信号oをDPLL回路31で生成する。
The
このDPLL回路31は、例えばスレーブ局内に設ける発振器(図示省略)からのパルスをカウントする50Hzまたは、60Hzのカウンタを設け、このカウンタをGPSからの1秒周期の同期タイミング信号でリセットすることで同期を取る。また、この基本同期信号n(50Hz,60Hz)をもとにサンプリング同期信号o(600Hz,720Hz)等のサンプリング同期に必要な信号を1秒周期信号に同期して作成する。このことより、マスターからスレーブへのハードタイミング信号は、1秒周期の同期タイミング信号を送信するのみで済む。
The
なお、図3の場合はマスター局11から1秒周期の信号をスレーブ局12に伝送して同期させる方法を示すが、マスター局11が50Hzまたは60Hz信号を生成してスレーブ局12に伝送することで、多数のスレーブ局のDPLL31での50Hzまたは60Hz信号の生成を不要にすることができる。これには図3におけるバッファ25に代えて、1秒周期信号aのパルスを逓倍カウントする50Hzまたは60Hzのカウンタを設け、このカウンタをGPS受信機21からの1秒周期の同期タイミング信号でリセットする逓倍回路とすることで実現される。
In the case of FIG. 3, a method is shown in which a signal having a 1-second period is transmitted from the
また、1秒周期信号に限らず、GPS受信機21から1秒周期信号以上の高周波となる例えば10kHz信号を得、これをバッファ25に代えて1/200の分周回路とすることで、GPS信号に同期した50Hzを得ることができる。
In addition to the 1 second periodic signal, a
(実施形態3)GPSによるサンプリング同期とその絶対時刻の関連付け
実施形態1では時刻データのマスタースレーブ間での同期方式、また、実施形態2ではマスター局でGPSからの1秒信号や50Hzまたは60Hzのタイミング信号を配信して、スレーブ局では、受信した1秒から同期した基本波50Hz,60Hzまたは受信した50Hz、60Hzから基本同期信号の12倍の600Hzまたは720Hz,または96倍の4.8kHz,5.76kHzのサンプリング信号を得るサンプリング同期方式とした。
(Embodiment 3) Association of sampling synchronization by GPS and absolute time thereof In
実施形態2では、絶対時刻情報との関連を特に求めなくても、サンプリング同期には十分である。 In the second embodiment, it is sufficient for sampling synchronization even if the relationship with the absolute time information is not particularly required.
実施形態3では、保護に必要なサンプリング同期と監視制御等に必要な絶対時刻を関連付ける。これにより、メッセージで管理できる秒単位の情報をハードウェアによるタイミング信号と関係させて利用することで、秒以下μs単位までも管理することを可能とする。 In the third embodiment, the sampling synchronization required for protection is associated with the absolute time required for monitoring control and the like. Thus, by using information in seconds that can be managed by a message in association with a timing signal by hardware, it is possible to manage even in units of microseconds or less.
本実施形態では、実施形態1、実施形態2を合わせ、実施形態2のハードウェアタイミング回路で、絶対時刻の補正タイミングには、同期タイミング信号をバイオレーション(信号変換規則を意図的に逸脱させる)させることにより、受信側で、その逸脱したタイミングを検出させ、同期タイミングを伝達させる。このようにして、マスター局と、スレーブ局で、絶対時刻補正タイミングを共有し、しかも、ハードウェアで、秒以下のタイミングまで同期させられることから、マスター局と、スレーブ局でも秒以下の絶対時刻取得が可能となる。この例を図4で詳細に説明する
図4において、GPS受信機21から1秒周期に発生する同期タイミング信号を分周カウンタ回路32により1/600の同期信号を得る。例えば、時刻補正タイミングを10分周期とする場合、分周カウンタ回路32の出力には10分毎のタイミング信号cを得る。
In the present embodiment, the hardware timing circuit of the second embodiment is combined with the first and second embodiments. The absolute timing correction timing is a violation of the synchronous timing signal (deliberately deviates from the signal conversion rule). By doing so, the deviating timing is detected on the receiving side, and the synchronization timing is transmitted. In this way, the absolute time correction timing is shared between the master station and the slave station, and since the hardware can synchronize to the timing of less than a second, the master station and the slave station also have an absolute time of less than a second. Acquisition is possible. This example will be described in detail with reference to FIG. 4. In FIG. 4, a 1/600 synchronization signal is obtained by the frequency
タイミング重畳回路33では、1秒周期信号aに10分間毎のタイミング信号cでバイオレーションを掛け、10分毎のタイミングを重畳させる。バイオレーションの方法は、1秒の矩形波の正のパルスを発生させない処理を行う。
The
例えば、10分間の間には、1秒パルスは、60×10=600回あるが、595回までは、通常通りとし、最後の4回を休止させる。このバイオレーションは、本来、50%デューティ比の矩形波信号の正のパルス分をn回、この例では4回欠いた例である。1秒の矩形波信号に10分毎のタイミングを重畳させ、1回のバイオレーション同期タイミング信号を図5に示す。 For example, in 10 minutes, there are 60 × 10 = 600 times of 1-second pulses, but up to 595 times are normal, and the last four times are paused. This violation is an example in which a positive pulse of a rectangular wave signal with a 50% duty ratio is originally missing n times, in this example, four times. FIG. 5 shows one violation synchronization timing signal in which a timing every 10 minutes is superimposed on a rectangular wave signal of 1 second.
このタイミングで、マスター局11は、CPU処理部24に割り込みをかける。次に、CPU処理部24は、信号変換器22からGPS受信機21の絶対時刻情報を読み出し、これに10分足してスレーブ局12へイーサネット経由で時刻補正データを送る。スレーブ局側およびマスター局側は、バイオレーションのタイミングでCPU処理部35、24に割り込みをかけ、前回もらった同期時刻データを、各局側に具備し、図4で図示しないRTC(リアルタイム時計)に書き込む。
At this timing, the
1秒の矩形波信号に10分毎のタイミングを重畳させた同期タイミング信号eは、実施形態2と同様に、26または27によってスレーブ局12に伝送する。スレーブ局12側は、28〜30を経由してタイミング抽出回路34によってバイオレーション信号(4回の1秒パルス無し)を検出して次の1秒パルス信号に同期してCPU処理部35に割り込みを発生させ、CPU処理部35は、前回の時刻補正データをRTCにセツトする。
A synchronization timing signal e obtained by superimposing a timing of every 10 minutes on a rectangular wave signal of 1 second is transmitted to the
変電所内のスレーブ局には、光伝送方式、同一装置内であれば、メタル伝送という適用が考えられる。適用によって決定される光かメタルかの伝送方式によって定まる選択回路30を経て、タイミング抽出回路34で1秒の矩形波のバイオレーションの掛けられた正のパルスタイミングを検出し、重畳された10分毎のタイミングを得る。また、1秒の矩形波信号の立ち上がり状変で、位相比較をするDPLL回路31を経てスレーブ局内で必要とする50Hz/60Hz、基本波の12倍の600Hzまたは720Hz、更に必要であれば、96倍の4.8kHz,5.76kHzのサンプリング信号を得る。
The slave station in the substation may be applied to the optical transmission system, or to the metal transmission if it is in the same device. Through the
マスター局とスレーブ局のCPU処理部の処理フローを図6に示す。マスター局は、図5の割り込みタイミングで前回送った時刻補正データをRTCにセットする。同期時間の10分毎は、マスター局とスレーブ局が絶対時刻を配信確認できる十分な時間である。例の10分以内にマスター局はGPS受信機より絶対時刻(年月日時分秒)を取得し、補正値を加えて(今の例では、10分)スレーブ局に一斉同報通信を行う。 A processing flow of the CPU processing unit of the master station and the slave station is shown in FIG. The master station sets the time correction data sent last time at the interrupt timing of FIG. 5 in the RTC. Every 10 minutes of synchronization time is sufficient time for the master station and the slave station to confirm the delivery of absolute time. Within 10 minutes of the example, the master station acquires the absolute time (year / month / day / hour / minute / second) from the GPS receiver, adds a correction value (in this example, 10 minutes), and performs broadcast communication to the slave station.
スレーブ局は、図5の割り込みタイミングでマスター局と同じ時間に前回受け取った時刻補正データをRTCに書き込む。次の同期割り込みまでにマスターは、同期時刻をスレーブへ配信し、スレーブは、受け取る処理を行う。 The slave station writes the time correction data received last time in the RTC at the same time as the master station at the interrupt timing of FIG. By the next synchronization interrupt, the master distributes the synchronization time to the slave, and the slave performs a receiving process.
以上により、マスター局とスレーブ局は同じ絶対時刻がRTCにセットされることになる。 As a result, the same absolute time is set in the RTC for the master station and the slave station.
図7は他の時刻補正方式を示す。図4に示す構成では、タイミング重畳回路33では、1秒周期信号aに10分間毎のタイミング信号cでバイオレーションを掛け、10分毎のタイミングを重畳させて時刻補正をする場合で示すが、図7では1kHz信号aに同期した50Hz(または60Hz)の同期タイミング信号に、1Hz信号aの分周による1時間毎のタイミングでバイオレーションをかける場合である。
FIG. 7 shows another time correction method. In the configuration shown in FIG. 4, the
図7が図4と異なる部分は、GPS受信機21から1秒周期に発生する同期タイミング信号aを分周回路42により1/3600にした1時間毎のタイミング信号cを得、これに並行してGPS受信機21から1Hz周期に発生する1秒周期信号aを同期回路37により50Hz(または60Hz)の矩形波信号dを得る。この場合、GPS受信機21から1秒単位に発生する同期タイミング信号aとこの発振回路はDPLLで同期している必要がある。
FIG. 7 differs from FIG. 4 in that a timing signal c is obtained every hour by dividing the synchronization timing signal a generated by the
これにより、タイミング重畳回路33では、50Hz(または60Hz)の矩形波信号dに1時間毎のタイミング信号cでバイオレーションを掛け、1時間毎のタイミングを重畳させる。バイオレーションの仕方は、50Hz(または60Hz)の矩形波の正のパルスを発生させない処理を行う。
As a result, the
タイミング重畳回路33からの信号eは、スレーブ局12に伝送され、スレーブ局12ではタイミング抽出回路34によって50Hz(または60Hz)の矩形波のバイオレーションのかけられた正のパルスタイミングを検出し、重畳された1時間毎のタイミングを得る。図8に50Hz(または60Hz)の矩形波信号に1時間毎のタイミングを重畳させた同期タイミング信号を示す。
The signal e from the
以後の処理は図4、図5、図6の場合と異なりハードウェアによって発生する割込みタイミングでRTCにセットしないで、一定時間後のソフトウェアタイマ割込みを利用してRTCをセットするものである。図9にマスター局とスレーブ局のCPU処理部の処理フローを示す。マスター局は、図8の割り込みタイミングで例えば1分後にソフトウェアタイマ割込みを行い、1分以内にマスター局はGPS受信機21より絶対時刻(年月日時分秒)を取得し、一定時間、この例では1分を足した時刻補正データとしてスレーブ局に一斉同報通信を行う。この1分は、マスター局とスレーブ局が絶対時刻を配信確認できる十分な時間であればよい。
In the subsequent processing, unlike the case of FIGS. 4, 5, and 6, the RTC is set by using a software timer interrupt after a predetermined time without being set in the RTC at an interrupt timing generated by hardware. FIG. 9 shows a processing flow of the CPU processing unit of the master station and the slave station. The master station interrupts the software timer, for example, after one minute at the interrupt timing shown in FIG. 8, and the master station acquires the absolute time (year / month / day / hour / minute / second) from the
スレーブ局は、図8の割り込みタイミングでマスター局と同じ時間にマスター局と同じ、例えば1分のソフトウェアタイマ割込みをセットする。マスター局は1分後のソフトウェアタイマ割込み処理で1分以内に送った時刻補正データをRTCにセットする。また、スレーブ局は1分以内にマスター局からの時刻補正データを一斉同報通信で取得し、マスター局と同じタイミングで時刻補正データ(絶対時刻に1分を足した時刻)をRTCにセットする。 The slave station sets the same software timer interrupt, for example, 1 minute, as the master station at the same time as the master station at the interrupt timing of FIG. The master station sets the time correction data sent within one minute in the software timer interrupt processing after one minute to the RTC. Also, the slave station acquires time correction data from the master station within 1 minute by simultaneous broadcast communication, and sets the time correction data (absolute time plus 1 minute) to the RTC at the same timing as the master station. .
以上により、マスター局とスレーブ局も同じ絶対時刻がセットされることになる。 Thus, the same absolute time is set for the master station and the slave station.
(実施形態4)詳細絶対時刻メッセージの転送方式
前記のように、GPSを使用することにより、変電所等の全体、または、広域に分散配置された装置で、絶対時刻のデータを取り扱うことが可能となるが、実施形態1の場合は、マスター局のGPS受信機から年、月日、時分、秒が取得できるが、秒単位の管理ではメッセージ化できない。
(Embodiment 4) Detailed absolute time message transfer method As described above, by using GPS, it is possible to handle absolute time data in the entire substation, etc., or in devices distributed over a wide area. However, in the case of the first embodiment, the year, month, day, hour, minute, and second can be acquired from the GPS receiver of the master station, but it cannot be made into a message by management in units of seconds.
実施形態4は、実施形態2で利用したGPS受信機のハードウェアタイミングを利用して、秒以下の管理も可能とするものである。 In the fourth embodiment, the hardware timing of the GPS receiver used in the second embodiment is used to enable subsecond management.
例えば、GPS受信機21からの10kHzのハードウェア信号があれば、16ビットカウンタを用意し、10kHzを10000(2710H,Hは16進数を示す)回カウントすることにより、0.1msの精度の時間管理を可能にする。
For example, if there is a 10 kHz hardware signal from the
この例を図10で説明する。カウンタ回路36は、GPS受信機21から1Hz周期に発生するタイミングaでリセットされ、10kHz単位に発生するタイミングbでカウントする。カウンタラッチ回路39はカウンタ回路36のカウント値を一時保存する。
This example will be described with reference to FIG. The
CPU処理部24は、状態変化検出などで絶対時刻が必要なときに、カウンタラッチ回路39から、リード信号rで秒以下の時間情報qを読み出し、メッセージ情報gから、絶対時刻情報として、年、月日、時分、秒を取得する。この方式により、マスター局は、0.1msから年までの絶対時刻情報を取得する。
When the absolute time is required for the state change detection or the like, the
その後、マスター局11は、イーサネットなどの伝送媒体を使用し、UDPプロトコル等で、スレーブ局12に時刻情報の一斉同報通信を実施する。
After that, the
スレーブ局12は、マスター局からのタイミング信号に同期して発振するDPLL回路31から1Hzタイミングaと10kHzタイミングbを得、カウンタ回路40によるカウントとリセットでカウンタラッチ回路41にカウンタ回路40のカウント値を一時保存する。この場合のカウンタ回路40は、周期カウンタとなっており、10000(2710H)回カウントアップで、再び、0からカウントするカウンタであるとする。
The
CPU処理部35は、マスター局からの絶対時刻情報の一斉同報通信の受信で絶対時刻の年,月,日,時,分,秒を取得し、カウンタラッチ回路41から、リード信号rで秒以下の時間情報qを読み出し、マスター局と同期した0.1msから年までの絶対時刻情報を取得する。
The
図11は、マスター局とスレーブ局のCPU処理フローを示す。マスター局は、あらかじめ定めた一定時間毎、例えば1時間毎の毎時、カウンタ回路36と、GPS受信機から絶対時間を読み出し、各スレーブ局に一斉同報する。スレーブ局は、RTCを再設定する。
FIG. 11 shows the CPU processing flow of the master station and the slave station. The master station reads the absolute time from the
以上により、マスター局とスレーブ局も同じ絶対時刻と0.1msまでカウントしているカウンタ値がセットされることになる。状態変化発生時は、0.1msのカウンタ値とRTCから時間を読み出し、状態変化のメッセージ編集を行う。 As a result, the master station and the slave station set the same absolute time and the counter value counting up to 0.1 ms. When the state change occurs, the 0.1 ms counter value and the time are read from the RTC, and the state change message is edited.
これまでの手段は、マスター局の一斉同報によりスレーブ局へ絶対時間となる年、月日、時分、秒を送り、より高精度の1秒以下の時間はハードウェアカウンタによって刻むことで同期を取るものであった。この図10の例におけるマスター局の36は、実施形態2つまり図3、図4、図7のDPLL38であり、スレーブ局の40はDPLL31であるならば、マスター局とスレーブ局がハードウェアのサンプリング同期の精度でカウンタが同期をしており、μs単位まで時間管理が可能である。
Until now, the master station broadcasts the slave station by sending the absolute year, month, day, hour, minute, and second to the slave station. It was something to take. If the
11…マスター局
121〜12N…スレーブ局
21…GPS受信機
22…信号変換器
23…割込み回路
24…CPU処理部
25…バッファ
26…電気−光変換器(E/O)
27…ドライバ
28…光−電気変換器(O/E)
29…レシーバ
30…選択回路
31…DPLL回路
32…分周カウンタ回路
33…タイミング重畳回路
34…タイミング抽出回路
35…CPU処理部
36、40…カウンタ回路
37…同期回路
38…DPLL回路
39、41…カウンタラッチ回路
42…分周回路
43…タイミング抽出回路
11 ...
27 ...
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記各保護継電装置または手段のうち、GPS受信機を有する1つの保護継電装置または手段はマスター局とし、他の保護継電装置または手段は該マスター局とはバス接続またはスター接続の通信手段で接続されたスレーブ局とし、
前記マスター局は、GPS受信機で受信する単位時間の周期信号を必要な周波数に逓倍して自局内のサンプリング同期信号とすると共に、前記周期信号を前記スレーブ局に送信する手段を設け、
前記スレーブ局は、内部発振器の信号でカウントするカウンタを前記マスター局から送信される前記単位時間の周期信号でリセットすることでマスター局と同期をとり、逓倍したタイミング信号を生成し、このタイミング信号を自局内のサンプリング同期信号とする手段を設けたことを特徴とするサンプリング同期方式。 A plurality of protection relay devices or means, each of the protection relay devices or means obtains a plurality of measurement signals in sampling synchronization, and performs a protection operation or orientation calculation based on the plurality of sampling data, respectively. Sampling synchronization method for
Among the protection relay devices or means, one protection relay device or means having a GPS receiver is a master station, and the other protection relay device or means is a bus connection or star connection communication with the master station. A slave station connected by means,
The master station is provided with means for multiplying a periodic signal of unit time received by a GPS receiver to a necessary frequency to obtain a sampling synchronization signal in the own station, and transmitting the periodic signal to the slave station,
The slave station synchronizes with the master station by resetting a counter that counts with an internal oscillator signal with the periodic signal of the unit time transmitted from the master station, and generates a multiplied timing signal. A sampling synchronization method characterized by providing means for making a sampling synchronization signal in the own station.
前記各監視制御装置または手段のうち、GPS受信機を有する1つの監視制御装置または手段はマスター局とし、他の監視制御装置または手段は該マスター局とはバス接続またはスター接続の通信手段で接続されたスレーブ局とし、
前記マスター局は、GPS受信機で受信する絶対時刻情報をメッセージシリアル信号として取り込み、該GPS受信機で受信する単位時間の周期信号のタイミングにより該メッセージシリアル信号を自局内の絶対時刻情報として時間管理すると共に、該絶対時刻情報を他のスレーブ局に一斉同報通信で分配する手段を設け、
前記各スレーブ局は、前記マスター局から一斉同報通信で分配された時刻情報を絶対時刻として時間管理する手段を設けたことを特徴とする時間管理方式。 A plurality of supervisory control devices or means, each supervisory control device or means is a time management method for managing supervisory control signals in absolute time,
Among the monitoring control devices or means, one monitoring control device or means having a GPS receiver is a master station, and the other monitoring control devices or means are connected to the master station by bus connection or star connection communication means. As a slave station
The master station captures the absolute time information received by the GPS receiver as a message serial signal, and manages the time of the message serial signal as absolute time information in the own station according to the timing of the unit time signal received by the GPS receiver. And providing means for distributing the absolute time information to other slave stations by broadcast communication,
Each of the slave stations is provided with means for managing time by using time information distributed from the master station by simultaneous broadcast as an absolute time.
前記スレーブ局は、前記バイオレーションのタイミングで自局内のCPU処理部に割込みをかけ、一定時間後にタイムアップするタイマを起動し、タイマのタイムアップ時に該CPU処理部が前回受信した絶対時刻情報をリアルタイム時計に書込み、前記マスター局からの一斉同報通信で該絶対時刻情報を取得する手段を設けたことを特徴とする請求項2に記載の時間管理方式。 The master station acquires a periodic signal of unit time and absolute time information with the GPS receiver, divides the periodic signal to obtain a timing signal for every predetermined time, and violates the periodic signal with the timing signal. To generate a timing pulse of unit time period, interrupt the CPU processing unit in its own station, start a timer that times up by a certain time by this interrupt, the CPU processing unit received by the GPS receiver Broadcasting to the slave station by adding a certain time to the absolute time information and providing means for writing the absolute time information to the real time clock by adding the certain time when the timer is up,
The slave station interrupts the CPU processing unit in its own station at the timing of the violation, starts a timer that times up after a certain time, and obtains the absolute time information that the CPU processing unit previously received when the timer expires. 3. A time management system according to claim 2, further comprising means for writing in a real time clock and acquiring the absolute time information by simultaneous broadcast communication from the master station.
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