JP2008141866A - 送配電系統の時刻同期方法およびそれを用いた事故点標定方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】GPSなどの時刻情報を有する電波を使用することなく、各子局と親局との高精度な時刻同期を行うことができる送配電系統の時刻同期方法およびそれを用いた事故点標定方法および装置を提供すること。
【解決手段】親局４と、送配電線１に設置された複数の子局ａ_１〜ａ_ｎとが、多芯の光ケーブル３を介して接続された送配電系統において、多芯の光ケーブル中３の１芯を時刻同期専用線とし、別の１芯を各子局で計測・収集された物理量の通報専用線とする。親局で時刻情報とそれに同期したクロックとを発生させ、前記時刻同期専用線を介して子局へ伝送することにより、親局と子局の時刻同期を行う。また、該時刻同期された子局で送配電系統の物理量（サージ等）が計測・収集されたときに、前記通報専用線を介して親局と相互の通信をすると共に、該計測・収集の時刻情報を伝送することにより、事故点の標定を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、送配電系統の時刻同期方法およびそれを用いた事故点標定方法および装置に関し、特に、光ケーブルを用いた送配電系統の物理量の計測やデータ収集における送配電系統の時刻同期方法およびそれを用いた事故点標定方法および装置に関する。

従来の送配電系統の物理量の計測・収集システムは、送配電線路に備えた物理量を計測・収集する複数の子局にGPS(Global Positioning System)などの時刻情報を有する電波を受信し、その時刻信号と同期をとりまたは補正を行い、収集した波形を各子局から時刻と共に親局に伝送していた。特に、事故時に事故点標定のために物理量の計測・収集がなされている。

例えば、下記の特許文献１には、電力系統の事故点を有する区間の両側に信号検出装置を接続し、前記各信号検出装置の近傍で時刻情報を有する電波（ＧＰＳ）を受信して測定基準となる時刻パルスを生成し、前記各信号検出装置で前記事故点に生じた放電パルス電流に伴う放電パルスを検出し、前記時刻パルスの発生時点から、該時刻パルスより後に前記各信号検出装置で検出された各放電パルスまでのそれぞれの経過時間を測定し、前記測定した２つの経過時間に基づいて前記事故点の位置を決定することを特徴とする電力系統の事故点標定法が開示されている。

また、下記の特許文献２には、ＧＰＳ受信手段が出力する標準時刻は個々の信号が正確でなく、絶対基準となる世界標準時刻に対してある範囲の誤差を有して出力されているため、一定期間蓄積した同期信号の誤差の平均値をもって行う基準時刻の補正を定期的に行う事で、各子局が正確な時刻でサージを検出し、親局に送信する事故点標定法が開示されている。

さらに、下記の特許文献３には、GPS衛星から送られてくる標準時刻と、各子局の基準時刻を合わせることにより、各子局の時刻同期を取るようにした事故点標定法が記されている。
特開平１１−２７１３８０号公報 特開２０００−２５８４８６号公報 特開２０００−２５８４８７号公報

前記のように、電力系統の子局におけるサージ等の物理量を計測・収集するために、従来は、GPSなどの時刻情報を有する電波を受信し、受信電波から時刻情報を抽出することで、各子局の時刻同期をとるようにしている。しかしながら、GPSなどの時刻情報を利用して各子局間で高精度な時刻合わせをする場合には、各子局にGPSなどの受信装置を設置することが必要になるので、電力系統全体で、複数台の受信装置が必要になるという課題、および該複数台の受信装置のための費用が高価になるという課題があった。

本発明は、前記課題を解決するものであり、その目的は、GPSなどの時刻情報を有する電波を使用することなく、各子局と親局との高精度な時刻同期を行うことができる送配電系統の時刻同期方法およびそれを用いた事故点標定方法および装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、親局で時刻情報とそれに同期したクロックを作成し、電力会社が送配電線に設置している既存の多芯の光ケーブルのうちの１芯を時刻同期専用として用い、前記親局で作成した時刻情報とそれに同期したクロックを各子局に送信することにより、時刻同期をとるようにした点に特徴がある。

また、時刻専用線で発生する親局と各子局間との時刻同期の遅延時間を予め測定し、親局と子局間で既に構築済みで通常の送配電系統の運用に使用している通信手段で収集した各子局の時刻同期されたセンシング波形の時刻情報を前記多芯の光ケーブルのうちの別芯を用いて親局に通報し、親局で予め測定しておいた前記時刻同期の遅延時間を用いて、前記時刻情報を補正することにより高精度の時刻同期と事故点標定とを行うようにした点に他の特徴がある。

また、各子局で使用するサンプリング周期は親局で時刻に同期して作成したクロックを分周または逓倍またはそのままで使用することにより同一のサンプリング周期とすることで、各子局間での高精度の時刻同期と事故点標定とを行う点に他の特徴がある。

さらに、クロックと時刻情報データとを送受信する場合に、クロック信号の中にデータ信号を埋め込み、クロック信号とデータ信号とが同時に到達するCDR技術を使用することで高精度の時刻同期と事故点標定とを行う点に他の特徴がある。

本発明によれば、各子局に、GPSの受信装置を設けずに、親局と各子局間の高精度の時刻同期を図ることができる。

また、既存のシステムを基礎に事故点標定方法およびシステムを構築することができるため、これらを安価に実現できる。

また、時間差の補正を行いかつ時刻に同期した同一のクロックを全ての子局でサンプリングに使用するため、あるいはCDR技術を応用し時刻データとクロック信号の同時性を満足するようにデータを送受信することで高精度な時刻同期と事故点標定が可能となる。また、電力会社の設備を流用したシステムとなり運用に柔軟性がある。

以下に、図面を参照して、本発明を詳細に説明する。図１は、本発明に係る電力系統および該電力系統の事故点標定方式の概念図である。

図示されているように、送配電線１に複数の子局ａ_１、ａ_２、・・・、ａ_ｎが所定の間隔で設置されており、各子局ａ_１〜ａ_ｎ（ｎは２以上の正の整数）は送配電線１に沿って敷設された光ケーブル３に接続されている。該光ケーブル３には、さらに、親局４が接続されている。また、送配電線１には、変電所５が接続されている。この構成は、親局４から、各子局ａ_１〜ａ_ｎに設けられている開閉器（図示されていない）を遠隔制御するなどの、送配電線を運用するために通常に実施されている形態である。

さて、サージ波形の到達時間差による事故点標定の従来技術では、各子局ａ_１〜ａ_ｎにGPSの受信装置を設置するが、本発明では敷設された光ケーブルにより時刻同期をとることで、GPSを用いずに事故点を標定する。

まず、該GPSを用いずに事故点を標定する方法の概要を以下に説明する。変電所５から電力を供給する送配電線１に設置された子局ａ_１〜ａ_ｎは、各センサーｂ_１〜ｂ_ｎにて送配電線１の零相電流と零相電圧を収集、監視している。子局ａ_１〜ａ_ｎと親局４とを接続する光ケーブルは多芯の光ケーブルであり、子局ａ_１〜ａ_ｎと親局４とは、該多芯の光ケーブルを介して高速のデータ伝送を行っている。ここで、子局ａ_１〜ａ_ｎがサージなどの物理量の収集に使用するサンプリング周期は、親局が発生した時刻情報とそれに同期したクロックに基づいて生成され、これは、光ケーブル３の多芯の１芯を時刻同期専用に用いることにより実施されている。

いま、送配電線１の地絡点７（子局ａ_１とａ_２の間）で地絡が発生したとすると、送配電線１の零相電流や零相電圧にサージ８が発生し、該サージ８は地絡点７を中心に左右の両方向へ伝搬する。該伝搬するサージ８は、子局ａ_１と子局ａ_２のセンサーｂ_１とｂ_２により、時刻同期されたサンプリング周期で検出される。そして、該サージ８は時刻情報とともに親局４に光ケーブル３を介して伝送され、親局４でサージ８の到達時間差を算出し、地絡点７を特定する。

次に、図２を参照して、親局４と子局ａ_１〜ａ_ｎの構成の具体例と、事故点標定に関する動作を詳細に説明する。図２の要部の波形を図３に、事故点標定の処理フローを図４に示す。ここに、子局ａ_１〜ａ_ｎの各々は同じ構成であるので、子局ａ_１を代表に挙げて説明する。

事故点標定に先だって、親局４と子局ａ_１との光ケーブル３による伝送に伴う遅延時間の測定が行われる（図４のステップＳ１）。親局４の時刻同期発生部１１で、図３に示されているような発生クロック９１と時刻情報９２を発生させ、これらを時刻同期通信部１２で光ケーブル３の時刻同期専用線３１を介して子局ａ_１へ送る。これは、周知のCDR(Clocl&Data Recovery)技術を用いて行うことができる。子局ａ_１では、これらを時刻同期通信部２１で受信し、時刻情報再生部２５で再生クロック９３と再生時刻情報９４に再生する。図３に示されているように、時刻情報９２と再生時刻情報９４との間には、遅延時間がある。

遅延時間の測定の指令は、親局４のマンインターフェイス部１４から制御部１３に出される、または制御部１３から一定周期毎に各子局に出される。そうすると、制御部１３は子局ａ_１の遅延時間測定の指示を通信部１５から別芯の光ケーブル３２を介して子局ａ_１へ送信し、子局ａ_１の通信部２７で受信される。コントローラ部２２は、この遅延時間の測定の指令を解釈し、指令の了解を別芯の光ケーブル３２を介して親局４に送信すると共に、時刻同期通信部２１を光信号の折り返し受信モードとする。

親局４は、子局ａ_１に、送信時刻（記憶部１６に記憶）を既知とした遅延時間測定用の信号を送信し、時刻同期通信部２１で折り返し送信する。そして、時刻同期通信部１２にて受信した時刻から前記送信時刻を減算する演算を演算部１７ですることにより、子局ａ_１の遅延時間（図３の時刻情報９２のフレームと再生時刻情報９４のフレームとの時間差で、親局にて観測されるのは折り返しなので２倍の時間となる）を測定し、記憶部１６に記憶する。親局４はこの遅延時間測定を各子局に対して予め実施しておく。記憶された遅延時間は、次の段階の事故点標定で使用される。

事故点標定（図４のステップＳ２）では、親局４の時刻同期発生部１１で発生クロック９１とそれに同期した時刻情報９２とを発生させ、時刻同期通信部１２で光ケーブル３の時刻同期専用線３１を介して子局ａ_１に発生クロック９１と時刻情報９２とを送信する。子局ａ_１の時刻同期通信部２１はこれらを受信し、時刻情報再生部２５で再生クロック９３と再生時刻情報９４を再生する。サンプリング発生部２３は、再生クロック９３を分周もしくは逓倍またはそのままサンプリングクロック９５として使用する。

次いで、センシング部２４は、センサーｂ_１の出力であるセンサー波形９６を前記サンプリングクロック９５でサンプリングし、サンプリング波形（または、サンプリング値）９７を得る。コントローラ部２２は、サンプリング値を監視しながら時刻情報と共に常時記憶部２６に記憶し、該記憶部２６のデータを更新する。

コントローラ部２２は閾値などでサージ波形を検出する機能を有している。いま、地絡事故等に起因するサージ８（図１参照）が検出されたとすると、コントローラ部２２はサージ８が検出されたことを通信部２７で別芯の光ケーブル３２を介して親局４の通信部１５に通報する。なお、該別芯の光ケーブル３２は、サージ８などの事故に係わる物理量の通報用に、通常は空けてある。

そうすると、親局４の制御部１３は、子局ａ_１を含む全ての子局ａ_１〜ａ_ｎにデータ収集を停止させる指示を、前記別芯の光ケーブル３２を介して通信する。本実施形態では、光ケーブル３２を使用しているので、即座に同時間帯のデータを各子局で収集できる。例えば、子局ａ_１の通信部２７は、親局４の制御部１３から光ケーブル３２を介して収集の停止を意味する受信電文を受けると、これを直ちにコントローラ部２２に伝達する。コントローラ部２２はこの受信電文を解釈してセンシング部２４のサンプリングと記憶部２６のデータの常時更新を停止させる。この動作により、サージ８の検出時のセンシング波形９７が時刻情報と共に記憶部２６に保持される。

データの更新停止後に、親局４の制御部１３は全子局ａ_１〜ａ_ｎのデータを収集する。例えば子局ａ_１は通信部１５から別芯の光ケーブル３２を介して送られてきた収集の指示を通信部２７で受信し、コントローラ部２２で解釈する。コントローラ部２２は停止時に記憶された記憶部２６のセンシング波形９７を時刻情報と共に、親局４に、通信部２７で光ケーブル３の別芯３２を介し親局の通信部１５に伝送する。

親局４は、演算部１７にて、子局ａ_１から受信したセンシング波形９７を、記憶部１６に記憶していた子局ａ_１の遅延時間で補正し、補正センシング波形９８として記憶部１６に記憶する。子局ａ_１以外の子局においても同様にセンシング波形を伝送させ、各子局の遅延時間で補正し、補正センシング波形を記憶部１６に記憶する。この遅延時間補正により、親局および各子局における時刻同期が図られる。

マンインターフェイス部１４から、子局ａ_１と子局ａ_２の事故時のサージの表示の指示があると、制御部１３は記憶部１６に記憶されている遅延時間補正後の両波形を表示部１８に表示する。この表示例を、図３に表示例９９として示す。また、子局ａ_１と子局ａ_２間の信号の伝搬時間は分かっているから、子局ａ_１と子局ａ_２の補正センシング波形の立ち上がり点の時刻から、周知の方法により事故点の標定をすることができる。なお、クロック信号の中にデータ信号を埋め込み、クロック信号とデータ信号とを送受信することで前記クロック信号と前記データ信号とが同時に到達するようにする前述のCDR技術は既存の技術であるので、説明を省略する。

本発明の一実施形態に係る事故点標定システムの概略構成を示すずである。 本発明の事故点標定システムを構成する親局と子局との具体的構成例を示すブロック図である。 本発明の要部の信号を示す波形図である。 本発明の事故点標定の流れを説明するフロー図である。

符号の説明

１・・・送配電線、３・・・光ケーブル、４・・・親局、５・・・変電所、７・・・地絡点、８・・・サージ、ａ_１〜ａ_ｎ・・・子局、ｂ_１〜ｂ_ｎ・・・センサー、１１・・・時刻同期発生部、１２・・・時刻同期通信部、１７・・・演算部、１８・・・表示部、２１・・・時刻同期通信部、２２・・・コントローラ部、２３・・・サンプリング発生部、２４・・・センシング部、２７・・・通信部、３１・・・時刻同期専用線、３２・・・別芯の光ケーブル。

Claims (6)

1. 親局と、送配電線に設置された複数の子局とが、多芯の光ケーブルの伝送路を介して接続され、前記複数の子局で、送配電系統の物理量を計測・収集する時刻を同期させる送配電系統の時刻同期方法において、
   前記多芯の光ケーブル中の１芯を時刻同期専用線とし、
   前記親局で時刻情報とそれに同期したクロックとを発生させ、前記時刻情報とクロックとを前記時刻同期専用線で伝送し、
   該時刻同期専用線に接続された前記複数の子局で前記時刻情報とクロックとを受信することにより、
   前記複数の全ての子局で送配電系統の物理量の計測・収集時刻を統一することを特徴とする送配電系統の時刻同期方法。
2. 請求項１の時刻同期方法を用いて事故点を標定する送配電系統の事故点標定方法において、
   親局は送配電系統の物理量の計測・収集を行うに先立ち遅延時間測定データを複数の子局に送信し、
   該子局は該遅延時間測定データを折り返し送信し、
   前記親局は該遅延時間測定データが前記送信から帰還されるまでの時間から光信号の遅延時間を測定することにより、前記複数の子局での遅延時間を測定し、
   前記多芯の光ケーブル中の別芯を前記計測・収集された物理量の通報専用線とし、
   前記親局は前記複数の子局で計測・収集された時刻情報を前記通報専用線を介して受信し、該受信した時刻情報を対応する子局の遅延時間を基に補正することにより、電力系統の事故に起因して発生した物理量の計測・収集時刻を算出し、事故点を標定することを特徴とする事故点標定方法。
3. 請求項２に記載の事故点標定方法において、
   前記子局は、前記物理量の計測・収集に使用するサンプリングクロックとして、前記時刻情報に同期したクロック信号を分周または逓倍したクロック、または前記クロック信号そのものを使用することにより、前記時刻情報に同期したデータ収集を可能とすることを特徴とする事故点標定方法。
4. 請求項２に記載の事故点標定方法において、
   前記親局はクロック信号の中にデータ信号を埋め込み、クロック信号とデータ信号とを送受信することで前記クロック信号と前記データ信号とが同時に到達するようにし、
   前記データ信号を時刻情報とすることにより前記時刻情報とそれに同期したクロックから前記時刻同期を行い、事故点を標定することを特徴とする事故点標定方法。
5. 親局と、送配電線に設置された複数の子局とが、多芯の光ケーブルの伝送路を介して接続され、前記複数の子局で、送配電系統の物理量を計測・収集して事故点を標定する事故点標定システムにおいて、
   前記親局は時刻情報とそれに同期したクロックを発生させる時刻同期発生部と、
   該発生した時刻情報およびクロックを前記多芯の光ケーブル中の時刻同期専用線で子局に光伝送する時刻同期送信部と、
   事故点標定に先立ち各子局の遅延時間を測定するデータを前記時刻同期送信部から送信し子局からの折り返しデータを受信する時刻同期受信部と、
   送信データと受信データから遅延時間を算出する遅延時間算出部と、
   前記時刻同期専用線とは別芯の光ケーブルで子局とデータをやり取りする送受信部と、
   前記別芯の光ケーブルで得られた各子局の時刻情報を有する収集データを記憶する記憶部と、
   前記記憶された情報から各子局の物理量の到達時間を算出し予め測定した遅延時間で補正する到達時間差演算部と、
   演算した到達時間差や収集波形を表示する表示部と、
   前記表示部の内容の切替や時間到達の演算等の指示を行うマンインターフェイスとを具備し、
   前記子局は、時刻同期専用線に接続され時刻情報およびクロックを受信する時刻同期受信部と、
   他の子局に時刻情報およびクロックを送信する時刻同期送信部と、
   受信したクロックを分周または逓倍するサンプリング発生部と、
   センサーで収集された物理量を、前記サンプリング周期でサンプリングして収集するセンシング部と、
   時刻情報を有する収集データを記録する波形記憶部と、
   前記別芯の光ケーブルで親局と前記収集データをやり取りする送受信部とを具備する事故点標定システム。
6. 請求項５に記載の事故点標定システムにおいて、
   前記物理量が電力系統の事故に起因して発生されるサージ波形であることを特徴とする事故点標定システム。

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