JP2007267517A

JP2007267517A - 配電監視制御システム

Info

Publication number: JP2007267517A
Application number: JP2006089973A
Authority: JP
Inventors: Koji Maeda; 耕二前田; Kazuo Adachi; 和夫安達; Kenjiro Uchiyama; 健次郎内山
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-03-29
Filing date: 2006-03-29
Publication date: 2007-10-11
Anticipated expiration: 2026-03-29
Also published as: JP4860792B2

Abstract

【課題】安価かつ長寿命の通信ケーブルを使用して余分なコストアップを抑制しながら、配電監視制御の高機能化のために多種多様な情報を高速に伝送することができる配電監視制御システムを確立できるようにする。
【解決手段】受電側には区分開閉器や変圧器等の監視制御対象機器２を監視制御する子局６が、給電側には子局６を統括制御する親局５がそれぞれ設けられ、親局５と子局６とが配電線３に沿って設置された通信ケーブル７を介して互いに接続されており、親局５および子局６は、通信ケーブル７を経由して送受信される直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）された通信信号と各局５，６内のデータ信号との間で変復調を行うＯＦＤＭモデム５２，６２を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、配電線に付属して設置される開閉器や変圧器等の各種機器の遠隔監視制御を通信ネットワークを用いて行う配電監視制御システムに関する。

従来のこの種の配電監視制御システムにおいては、配電線に付属して設置される開閉器や変圧器等の監視制御対象機器に対して当該機器の監視制御を行う子局を、また、変電所や営業所などの基地側には子局を統括制御する親局をそれぞれ設け、上記親局と子局とを配電線に沿って設置されたマルチドロップペア線からなる通信ケーブルを介して互いに接続し、親局と子局とにそれぞれ内蔵した音声帯域（０〜３．４ｋＨｚ）の信号を変復調するモデムによって１２００ｂｐｓ程度の比較的低速の通信速度でもって遠隔監視制御を行えるようにしたものがある（例えば、特許文献１，２参照）。

特開２００６−４２５４０号公報三菱電機技報Ｖｏｌ．６２Ｎｏ．３１９８８

ところで、従来の配電監視制御システムにおいて通信ケーブルとして使用されるマルチドロップペア線は、同軸ケーブルや光ファイバケーブルなどの他の通信ケーブルよりも安価で、かつ長寿命という利点があるために汎用されている。一方、近年、開閉器や変圧器等の監視制御対象機器に電圧値、電流値、温度などを検出する各種センサや検出器を設け、これらの各種センサや検出器で得られた計測情報を各子局から通信ケーブルを介して親局に送信することで、監視制御対象機器に対するメンテナンスの容易化や、寿命予測を行えるようにしたいという要請が強まっている。

ところが、このようなマルチドロップペア線を通信ケーブルとしてできるだけ使用し、かつ、親局と子局にそれぞれ従来の音声帯域モデムを用いて情報伝送を行う場合には、多くの情報量を伝送することができず、このため、一定の時間内に通信を完了させる上では伝送すべき情報量が制限されてしまい、各種センサや検出器で得られた多くの計測情報を伝送したいという時代の要請に十分に応えられないという課題がある。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、安価かつ長寿命の通信ケーブルを使用して余分なコストアップを抑制しながら、配電監視制御の高機能化のために多種多様な情報を高速に伝送することができる配電監視制御システムを確立できるようにすることを目的とする。

上記の目的を達成するために、受電側には開閉器や変圧器等の監視制御対象機器を監視制御する子局が、給電側には上記子局を統括制御する親局がそれぞれ設けられ、上記親局と子局とが配電線に沿って設置された通信ケーブルを介して互いに接続されてなる配電監視制御システムにおいて、次のようにしている。

すなわち、本発明では、上記親局および子局は、上記通信ケーブルを経由して送受信される直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）された通信信号と各局内のデータ信号との間で変復調を行うＯＦＤＭモデムを備えることを特徴としている。

本発明によれば、親局および子局との間での情報伝送に際しては、直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）した通信信号を通信ケーブルを介して送受信するので、変調用のキャリアの周波数間隔を最小することができ、安価かつ長寿命の通信ケーブルを使用して余分なコストアップを抑制しながらも、配電監視制御の高機能化のために多種多様な情報を高速伝送することが可能となる。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１における配電監視制御システムの構成図である。

この実施の形態１の配電監視制御システムは、給電側の変電所１と受電側に設置された開閉器や変圧器等の監視制御対象機器２とが配電線３を経由して接続されている。そして、給電側の変電所１に親局５が、また受電側の監視制御対象機器２に対して子局６がそれぞれ設置されている。そして、親局５と各子局６とが配電線３に沿って設置された通信ケーブルであるマルチドロップペア線７を介して互いに接続されている。

上記のマルチドロップペア線７は、配電線３に沿って新たに設置することもできるが、従来の音声帯域（０〜３．４ｋＨｚ）の比較的低速度の通信信号を用いて遠隔監視制御を行うためのマルチドロップペア線７が既に存在する場合には、これをそのまま流用してもよい。その際、既設のマルチドロップペア線７が２ライン分存在し、２ライン分を共に使用するときには全二重通信が可能となり、また、１ライン分のみ使用するときには半二重通信が可能となる。

上記の親局５は各子局６から送られてくる情報に基づいて各子局６を統括制御するもので、ＩＰサーバ５１とＯＦＤＭモデム５２とを備えている。また、各子局６は、監視制御対象機器２に設けられた電圧値、電流値、温度などを検出する図示しない各種センサや検出器からの情報を取り込んで、これらの情報を親局５に送信する一方、親局５からの指令情報に基づいて監視制御対象機器２の動作（例えば、開閉器の開閉動作や変圧器のタップ切換動作など）を制御するもので、制御処理部６１とＯＦＤＭモデム６２とを備えている。

ここに、親局５のＩＰサーバ５１は、ポーリングセレクティング方式に基づいて各子局６に対するアクセス権を順次巡回し、アクセス権を獲得した子局６との間でＩＰ（インターネットプロトコル）に基づいて通信を行い、配電線３上の監視制御対象機器２の監視制御や計測情報収集を行っている。

また、親局５および各子局６に設けられている各ＯＦＤＭモデム５２，６２は、通信ケーブル７を経由して送受信される直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）された通信信号と、各局５，６内のデータ信号の間で変復調を行うものである。すなわち、親局５と各子局６との間でマルチドロップペア線７を介してＩＰ通信を行う際、各ＯＦＤＭモデム５２，６２において、データ信号をアナログ変調した基本信号に対して重畳される直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）用のキャリアは、図２（ａ）に示すように、一定の高周波数帯（２〜３０Ｍｂｐｓ）Δｆを共用して使用される。

上記構成の配電監視制御システムにおいて、親局５のＩＰサーバ５１は、ポーリングセレクティング方式に基づいて各子局６に対するアクセス権を順次巡回してアクセス権を獲得した子局６との間で通信を行い、子局６に対する配電線３上の監視制御対象機器２の監視制御や計測情報収集を行っている。その際、親局５と子局６は、直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）した通信信号をマルチドロップペア線７を介して送受信するので、従来に比べて多種多様な情報を高速伝送することができる。

また、親局５と子局６がポーリング方式でアクセス権を順次渡していく場合、図３に示すように、各子局６はアクセス権を獲得したタイミングで監視制御対象機器２に設けたセンサや検出器等からの計測データＤ１，Ｄ２，…Ｄｎ，…を取得して親局５に送信するようにすれば、各子局６はアクセス権を獲得するタイミングが異なるものの、ポーリングの１巡回期間Ｔが一定時間内で短かければ、親局５から見た場合、１巡回期間Ｔごとに子局６全体のデータ計測の同期が擬似的に取れていると見なすことができる。このため、各子局６間の計測同期信号が不要となる。

またこのとき、親局５は、ポーリングの１巡回期間Ｔ内の計測データＤ１，Ｄ２，…Ｄｎ，…と、変電所１の保護継電器等の動作に基づいて配電線３に事故等に起因した状態変化が有ったか否かの検出条件とを重ね合わせ、状態変化が無ければ計測データＤ１，Ｄ２，…Ｄｎ，…の擬似同期成立、状態変化が有れば擬似同期不成立とすることで、子局６で得られる計測データＤ１，Ｄ２，…Ｄｎ，…の有効無効を判定するようにすれば、計測データＤ１，Ｄ２，…Ｄｎ，…に対して効率的に同期プリミティブを実行することができ、システムに関する信頼性を高めることができるとともに、各局５，６のシステム構造を簡略化でき、経済的に優れた装置を得ることができる。

以上のように、この実施の形態１の配電監視制御システムは、親局５および各子局６との間で情報伝送を行う際に、直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）した通信信号をマルチドロップペア線７を介して送受信するので、変調用のキャリアの周波数間隔を最小することができ、安価かつ長寿命のマルチドロップペア線７を使用して余分なコストアップを抑制しながらも、配電監視制御の高機能化のために多種多様な情報を高速伝送することが可能となる。

また、上述のごとく、従来の音声帯域（０〜３．４ｋＨｚ）の比較的低速度の通信信号により遠隔監視制御を行う配電監視制御システムが既に存在する場合、本発明で使用する通信信号は従来の周波数帯域と基本的に異なるために、物理的に同一のマルチドロップペア線７を使用しても論理的には別々のネットワークとして動作することができる。したがって、既設のマルチドロップペア線７をそのまま流用しつつ、親局５と子局６に各ＯＦＤＭモデム５２，６２を設置することにより、従来の既設のシステムから本発明のシステムに容易に切り替えることが可能である。

なお、上記の実施の形態１では、親局５と子局６との間で情報通信を行う際に、ポーリングセレクティング方式によりアクセス権を順次渡してリンク確立を行うようにしているが、トークン信号を巡回させてアクセス権を制御する、いわゆるトークンパッシング方式によりリンク確立を行うようにすることも可能であり、この場合もこの実施の形態１と同様の作用効果が得られる。

実施の形態２．
実施の形態１で既述したように、従来は、音声帯域（０〜３．４ｋＨｚ）の比較的低速度の通信信号を用いて遠隔監視制御を行う上で、４線式、すなわちマルチドロップペア線７を２ライン分設置し、１ライン分を上り方向の信号、残りの１ライン分を下りの信号をそれぞれ伝送することで全二重通信を実施できるようにしたものがある。

このように、マルチドロップペア線の２ライン分が既に設けられている場合、実施の形態１のように、親局５と子局６とがポーリング信号あるいはトークン信号によりリンク確立された時点で、データ伝送方向を時分割で上りと下りの交互に切り換えるようにすれば、１ラインごとに半二重通信を行うことができる。

そこで、この実施の形態２の配電監視制御システムでは、図４（ａ）に示すように、１ライン分のマルチドロップペア線７ａは、親局５からの伝送距離Ｌ１が短いが子局６の数ｎが多い場合を対象として半二重通信を行い、他の１ライン分のマルチドロップペア線７ｂは、親局５からの伝送距離Ｌ２が長いが（Ｌ２＞Ｌ１）子局６の数ｍが少ない場合（ｍ＜ｎ）を対象として半二重通信を行うことにより、無中継の通信可能範囲を拡大することができる。

さらに、図４（ｂ）に示すように、１ライン分のマルチドロップペア線７ａを子局６の接続回線、他の１ライン分のマルチドロップペア線７ｂを中継再生用回線とし、中継再生用回線７ｂ上に停電時の電源バックアップ機能を備えた中継器８を設置することで通信可能範囲をさらに拡大（図示の例ではＬ３＋Ｌ４まで拡大）することが可能となる。

実施の形態３．
上記の実施の形態１では、図２（ａ）に示したように、親局５と子局６がＩＰ通信を行う際、データ信号をアナログ変調した基本信号に対して重畳される直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）用のキャリアは一定の高周波数帯Δｆのものを共用するようにしているが、この実施の形態３では、図２（ｂ）に示すように、キャリアは、親局５と各子局６に対してそれぞれ固有の周波数帯が予め割り当てられている。すなわち、親局５には周波数帯Δｆ１のキャリア、各子局６には各周波数帯Δｆ２，Δｆ３，…，Δｆｎ，…のキャリアというように、各局５，６に周波数帯が互いに異なるキャリアを割り当てている。

これにより、各局５，６はいわゆる直交周波数分割多重化多元接続（ＯＦＤＭＡ）を行うことができて、他の局との間に混信を生じることがなくなり、自局に送信したいデータがあるときにはいつでも通信を行うことができる。特に、子局６が状態変化を認識した際には、通信権を確保するための待ち時間無しに親局５に対して情報伝達が可能となるので、実施の形態１の場合よりもさらに通信速度を向上させることができる。

しかも、既設の通信ケーブルとしてマルチドロップペア線７が２ライン分存在する場合、この実施の形態３ではＯＦＤＭＡ方式により１ライン分ごとに全二重通信を行うことができるので、実施の形態２（図４（ａ），（ｂ）参照）と同じく通信可能範囲を拡大し易くなるとともに、実施の形態２の場合よりもさらに高速伝送を実現することができるという利点が得られる。

なお、この実施の形態３では、各局５，６に対して固定された周波数帯を予め割り当てておく、いわゆる固定割当多元接続方式を採用しているが、子局６の通信要求時に通信に使用していない空いた周波数帯を割り当てる、いわゆる要求割当多元接続方式を採用することも可能である。

実施の形態４．
この実施の形態４の配電監視制御システムの全体構成は、図１に示した実施の形態１の場合と基本的に同じであるが、この実施の形態４では、親局５のＩＰサーバ５１、および子局６の制御処理部６１は、配電事故等によって配電線３からの電力供給が停止したのに応じて、電力供給停止直前の各種のシステム運用パラメータを不揮発性メモリに格納し、復旧時はこのメモリに格納されたステム運用パラメータを参照して動作を再開するように構成されている。

すなわち、図５に子局６の内部構成を示すが、この子局６において、図６のフローチャートに示すように、配電事故等によって配電線３からの電力供給が停止すると（Ｓ１）、これに応じてバックアップ電源６３が起動されるとともに、停電検出回路６４は電力供給の停止による電源電圧の低下を検出する（Ｓ２）。そして、停電検出回路６４は停電検出信号をＣＰＵ６１ａに送出する。ＣＰＵ６１ａは、これに応じて電力供給停止直前の各種のシステム運用パラメータを不揮発性メモリ６１ｂに格納する（Ｓ３）。その後、配電事故等が復旧されて配電線３から子局６に電力供給が開始されると（Ｓ４）、不揮発性メモリ６１ｂに格納されたシステム運用パラメータを各部に設定する（Ｓ５）。これにより、制御処理部６１の各部はシステム運用パラメータを参照して動作を再開する（Ｓ６）。

以上のように、この実施の形態４では、各局５，６の内部処理として、電力供給停止後、次の電源復旧時には早期に通信を再開して、短時間の内で通信ネットワークの確立が実現できるので、システム運用の自由度を増すことが可能になる。

実施の形態５．
図７〜図１０はこの実施の形態５の配電監視制御システムにおいて、通用運用状態から停電事故発生、およびその後の逆送送電までの各動作を時系列的に示す説明図である。

この実施の形態５では、配電線３が常開開閉器１３ｐを境にして、順送送電を行う順送送電ルート（区間Ａ）と逆送送電を行う逆送送電ルート（区間Ｂ）とに区切られている。また、順送送電ルートと逆送送電ルートの各変電所１ａ，１ｂにはそれぞれ親局５ａ，５ｂが設けられ、両親局５ａ，５ｂ間がマルチドロップペア線７で接続されており、このマルチドロップペア線７に各子局６ａ，６ｂ，…が接続されている。この場合、各子局６ａ，６ｂ，…は、通信信号の中継再生機能を備えており、配電線３の順送送電ルートと逆送送電ルートの双方に向けて通信可能な構成となっている。また、各子局６ａ，６ｂ，…は、配電線３に設置された監視制御対象機器としての各開閉器１３ａ，１３ｂ，…の開閉状態を監視するとともに、開閉動作を制御する。

この構成の配電監視制御システムにおける動作について、図７〜図１０を参照して説明する。

（ａ）通常運用時
定常運転状態では、常開開閉器１３ｐが常に開放されているので、この常開開閉器１３ｐを境として順送送電ルート側の変電所１ａと逆送送電ルート側の変電所１ｂからそれぞれ配電線３に給電されている（図７（ａ）参照）。

（ｂ）配電線事故発生時
例えば、順送送電ルート（区間Ａ）内の開閉器１３ｂ，１３ｃ間に位置する配電線３に地絡事故が発生すると、変電所１ａに備わる保護継電器の作用で遮断器１２が開放して区間Ａ内の配電線３による給電が停止する。このとき、この区間Ａ内の各開閉器１３ａ，１３ｂ，…も開放状態になる（図７（ｂ）参照）。

（ｃ）再閉路動作
一定時間経過後に遮断器１２が再投入されると、各子局６ａ，６ｂ，…が備える時限順送機能により、親局５ａ側から常開開閉器１３ｐ側に向かう順送送電ルートに沿って各開閉器１３ａ，１３ｂ，…が順次投入されていく（図８（ｃ）参照）。

（ｄ）事故区間判定
上記（ｃ）の時限順送機能により、各開閉器１３ａ，１３ｂ，…が順送送電ルートに沿って順次再投入されると、地絡事故の発生地点直前の開閉器１３ｂが再投入された途端に過電流が流れるため、変電所１ａの遮断器１２が再度開放されるとともに、この開閉器１３ｂの再閉路情報が子局６ｂから親局５ａに送信されるので、親局５ａは事故点近接の開閉器１３ｂおよびその子局６ｂを認識することができる（図８（ｄ）参照）。

（ｅ）再々閉路動作
その後、遮断器１２を再々投入されると、各子局６ａ，６ｂ，…が備える時限順送機能で順送送電ルートに沿って親局５ａ側から常開開閉器１３ｐ側に向かう順送送電ルートに沿って各開閉器１３ａ，１３ｂ，…が順次投入されていくが、このとき、親局５ａは、事故点近接の子局６ｂに対して開閉器１３ｂを開放状態に固定する制御指令を与える。このため、発電所１ａから開放状態に固定された開閉器１３ｂに至るまでに存在する開閉器だけが順次投入される。ここでは１３ａの開閉器が投入される（図９（ｅ）参照）。

（ｆ）逆送制御開始
上記（ｅ）の処理により順送送電ルート（区間Ａ）において、開放状態に固定された開閉器１３ｂの直前の箇所まで発電所１ａからの給電が再開されるが、この開放状態に固定された開閉器１３ｂよりも下流側の配電線３には未だ給電がなされていない。そこで、早期に給電が行われるようにするため、他方の変電所１ｂから常開開閉器１３ｐに向かう逆送送電ルート（区間Ｂ）から給電すべく、他方の親局５ｂは常開開閉器１３ｐの投入を制御する。

すなわち、一方の変電所１ａから他方の変電所１ｂに対して、区間Ａでの事故発生、およびその事故点近接の開閉器１３ｂを特定する情報が連絡されるので、他方の変電所１ｂに設置されている親局５は、その情報に基づいて、常開開閉器１３ｐに対応して設けられている子局６ｐに対して常開開閉器１３ｐを閉じる指令を逆送送電ルート側の各子局６ｒ，６ｑ，…を中継して送出する。これにより、常開開閉器１３ｐが投入される（図９（ｆ）参照）。

（ｇ）逆送制御完了
引き続いて、他方の親局５ｂは、逆送送電制御用の信号を逆送送電ルート側の各子局６ｒ，６ｑ、６ｐ，…を中継して送出し、これによって、常開開閉器１３ｐから事故点近接の開閉器１３ｃを除く開閉器を順次投入する。ここでは逆送送電ルートに沿って１３ｄまでの開閉器が投入される。これにより、区間Ａ内の事故点近接の開閉器１３ｃよりも下流側の配電線３に対して逆送送電ルートを経由して給電が行われる（図１０（ｇ）参照）。

このように、各子局６ａ，６ｂ，…６ｒ，…に全て中継再生機能を持たせると、各子局６ａ，６ｂ，…６ｒ，…の通信範囲の自由度が増し、ネットワーク上に停電時の電源バックアップ機能を持った中継器を別途配置しなくても保守性に優れたシステムを構築することができ、システム設計上有利となる。

なお、上記の各実施の形態１〜５では、通信ケーブルとしてマルチドロップペア線７を使用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば同軸ケーブルなどの他の通信ケーブルを適用することも可能である。

本発明の実施の形態１における配電監視制御システムの構成図である。直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）用のキャリアの周波数分布を示す特性図である。同配電監視制御システムにおいて、ポーリングの１巡回期間ごとに送信される計測データを時系列的に示す説明図である。本発明の実施の形態２の配電監視制御システムにおいて、マルチドロップペア線が２ライン分存在する場合に、各ラインを半二重通信路として役割分担することにより通信可能範囲を拡大させる場合の説明図である。本発明の実施の形態４の配電監視制御システムにおける子局の内部構成の一例を示すブロック図である。同配電監視制御システムにおいて、停電時に伴う処理動作の説明に供するフローチャートである。本発明の実施の形態５の配電監視制御システムにおける給電動作の説明図である。同配電監視制御システムにおける給電動作の説明図である。同配電監視制御システムにおける給電動作の説明図である。同配電監視制御システムにおける給電動作の説明図である。

符号の説明

１，１ａ，１ｂ変電所、２監視制御対象機器、３配電線、
５，５ａ，５ｂ親局、６，６ａ，６ｂ，… 子局、
７，７ａ，７ｂマルチドロップペア線（通信ケーブル）、１３ｐ常開開閉器、
５２ＯＦＤＭモデム、６２ＯＦＤＭモデム、６１不揮発性メモリ、
６３電源バックアップ回路、６４停電検出回路。

Claims

受電側には開閉器や変圧器等の監視制御対象機器を監視制御する子局が、給電側には上記子局を統括制御する親局がそれぞれ設けられ、上記親局と子局とが配電線に沿って設置された通信ケーブルを介して互いに接続されてなる配電監視制御システムにおいて、上記親局および子局は、上記通信ケーブルを経由して送受信される直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）された通信信号と各局内のデータ信号との間で変復調を行うＯＦＤＭモデムを備えることを特徴とする配電監視制御システム。
上記親局と子局との間の情報通信に際して、ポーリングセレクティング方式によりリンク確立を行うものであることを特徴とする請求項１記載の配電監視制御システム。
上記親局と子局との間の情報通信に際して、トークンパッシング方式によりリンク確立を行うものであることを特徴とする請求項１記載の配電監視制御システム。
上記親局は、ポーリングまたはトークンの１巡回期間内に上記監視制御対象機器の事故等の状態変化の有無に応じて上記子局で得られる計測情報の有効無効を判定するものであることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の配電監視制御システム。
上記通信ケーブルが２ライン分設けられている場合には、１ライン分ごとに半二重通信を行うことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の配電監視制御システム。
上記データ信号をアナログ変調した基本信号に対して重畳される直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）用のキャリアは、上記親局と子局に対してそれぞれ固有の周波数が割り当てられていることを特徴とする請求項１記載の配電監視制御システム。
上記親局および子局が備える制御処理部は、上記配電線からの電源供給の喪失直後にバックアップ電源により電源喪失直前の各種のシステム運用パラメータを不揮発性の記憶素子内に格納し、復旧時はこのシステム運用パラメータを参照して動作を再開するものであることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の配電監視制御システム。
上記配電線が常開開閉器を境にして順送送電を行う順送送電ルートと逆送送電を行う逆送送電ルートとに区切られている場合において、上記子局には通信信号の中継再生機能が設けられ、上記配電線の事故発生時には逆送送電制御用の信号を上記逆送送電ルートに沿って設置された通信ケーブルおよび子局を中継して送出し、上記常開開閉器をオンにして当該開閉器を経由して逆送送電を行うことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の配電監視制御システム。