JP2009105775A - 時刻同期装置および保護継電システム - Google Patents

Abstract

【課題】標準時計を利用し、ＰＣＭキャリアリレー装置間の伝送系に、同期伝送網を使用して保護動作を行うための、同期伝送網とＰＣＭキャリアリレー間に挿入する時刻同期装置を提供すること。
【解決手段】同期伝送網の同期伝送装置と、時刻同期して動作する電流差動式保護継電装置などを結合するものであって、電波で時刻情報を受信できる時計信号受信手段と、同期伝送網からの同期伝送網のクロックを受信する局内クロック受信手段と、そのクロックにより位相を合わせるＤＰＬＬ手段と、時計信号受信手段の出力により時刻同期の初期化と、フェーズロックされた局内クロック受信手段の出力とで時刻同期の精度を維持して、接続される装置用の送信タイミングを出力するタイミング制御手段と、タイミング制御手段からの信号によりＦＩＦＯ動作する一時バッファ手段と、その出力を同期伝送装置に出力する伝送インタフェース手段とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、同期した動作と相互間の情報伝送を行うＰＣＭ電流差動式保護継電装置などの端末装置を同期伝送網で伝送を行うための、同期伝送網と前記端末装置間に設置する時刻同期装置および保護継電システムに関する。

ＰＣＭ電流差動式保護継電装置（以下、ＰＣＭキャリアリレー装置）は、保護区間内の送電線事故を検出し、事故区間を除去をするため、送電線の電流瞬時値をサンプリングし、サンプリングされた電流瞬時値情報を相互に伝送し、各電気所のＰＣＭキャリアリレー装置で各端電流瞬時値情報を演算し、事故判定している。この処理のための前提条件として、各電気所の送電線電流瞬時値情報は同一位相でサンプリングされたものである必要がある。このため、従来ＰＣＭキャリアリレーシステムは、ＰＣＭキャリアリレー装置間のサンプリングと伝送の同期を取るため非同期で通信する必要があった。

すなわち、従来のＰＣＭキャリアリレー装置の場合、上り／下りの伝送遅延時間が等しい非同期通信路を利用し、送電線の電流瞬時値をサンプリングするタイミング信号の位相が同一となるようＰＣＭキャリアリレー装置間の前記電流瞬時値情報の送信と受信のタイミングの差を非同期通信路の伝送遅れ時間に合わす制御により同期を行っている。このため通信ネットワークにおいては、非同期通信路を提供する複数の回線の伝送クロックが非同期のものと一緒に多重伝送するスタッフ多重化装置で通信路を構成する必要があった。そのため、一般情報の通信は、効率的な通信が可能な網同期加入の通信網構成としているが、ＰＣＭキャリアリレーシステムのために非同期通信路も構築する必要があったため、通信網構築に高コストが必要であった。一方、標準時計を用い、ＰＣＭキャリアリレーのタイミング信号の位相を同一にする方法があるが、やはり非同期通信路の構築が必要である。標準時計と同期伝送網の周波数精度が異なるために位相ずれが発生し、安定したデータ伝送が出来ないため、同期伝送網は使用できないからである。

また、標準時計は、設備停止、天候等様々な要因にて常時使用が困難である。このため、標準時刻を得られない場合、タイミング信号の位相ずれを起こし、事故判定に大きな影響を与えるため、実用化ができなかった。特許文献１は、ＰＣＭキャリアリレーのATM伝送網での伝送遅れを最小にする技術が提案されている。しかし、ＰＣＭキャリアリレーの同期動作をさせる技術ではない。

以上要約すると本発明の背景としては、ＰＣＭキャリアリレーの適用において、上り／下りの伝送遅延時間が等しい通信路が必要であることから、ＰＣＭキャリアリレー装置は、伝送遅れがばらつく同期伝送網に適用困難という問題があり、ＰＣＭキャリアリレーのために非同期通信路を構築する必要があった。一方、送電線保護継電システムにおいては、通信伝送路の不要な回線選択保護方式リレーが設置されているケースが多く、保護性能向上を図るためにはＰＣＭキャリアリレー装置の設置が要請されていた。

このため、現在構築されている通信網は非同期通信路でなく同期伝送網であるため、新たに非同期通信路を構築することなく、既存の同期伝送網でＰＣＭキャリアリレーの適用を可能とする方策が求められていた。
特開２００１−１４４７６３号公報

本発明は上述のかかる事情に鑑みてなされたものであり、標準時計を利用し、ＰＣＭキャリアリレー装置間の伝送系に、同期伝送網を使用して保護動作を行うための、同期伝送網とＰＣＭキャリアリレー間に挿入する時刻同期装置および同装置を利用した保護継電システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係わる時刻同期装置は、同期伝送網に用いられ、複数の装置間で同期の必要な制御装置へ同期を取るためのタイミング信号を供給する時刻同期装置であって、放送あるいはＧＰＳからの電波で時刻情報を受信する時計信号受信手段と、同期伝送網のクロックを受信する局内クロック受信手段と、同期伝送網のクロックを用いて自装置のクロックの位相を調整してフェーズロックされたクロックを生成するデジタル・フェーズ・ロック・ループ手段と、時計信号受信手段の出力により初期化を行うと共に、前記フェーズロックされたクロックを用いて制御装置へ供給するタイミング信号を生成するタイミング制御手段と、制御装置と同期伝送網間の受け渡しデータをＦＩＦＯの入出力データとし、タイミング制御手段からのタイミング信号と前記フェーズロックされたクロックを当該ＦＩＦＯの入出力クロックとして用いることによって制御装置と同期伝送網間のデータ受け渡しタイミングのずれを吸収する一時バッファ手段と、前記一時バッファ手段の出力データを前記同期伝送網へ出力し、前記同期伝送網からの入力データを前記一時バッファ手段へ出力する伝送インタフェース手段と、を備えたことを特徴とする。

本発明では、電波時計の時計信号受信手段により、基準の時刻を装置内に取り込んで装置内や端末へのタイミング制御手段を同期させ、そのタイミング制御手段を前記電波が受信できなかったときなどには同期伝送網からの局内クロックにより精度を維持する。この全局で同期されたタイミング制御手段からのタイミング信号により、この装置に接続された保護継電装置などの端末装置が同期して動作することができる。

ここで、「制御装置」は、制御機能を有する装置のみならず、監視機能を含むもの及び監視機能のみの装置も含む趣旨である。「同期伝送網」は、同期伝送に必要な伝送装置などの設備も含む。

好ましくは、放送電波の場合は、受信した時計信号の電波などの受信遅れを補正する遅延補正手段を設けるようにするとよい。

また、本発明に係る時刻同期装置では、さらに、タイミング制御手段は、時計信号受信手段の出力信号とデジタル・フェーズ・ロック・ループ手段の出力信号との時間差を記憶し、前記時計信号受信手段からの出力信号が途絶えたときは、この時間差をもとにタイミング信号の補正を行うことを特徴とする。

これにより、デジタル・フェーズ・ロック・ループ手段は、局内クロックに位相を合わせるため、この位相と時計信号受信手段の出力信号との位相差を保存することによって、時計信号が受信できなくなっても、局内クロックと当該位相差によってタイミング信号の精度を維持することができる。

また、本発明に係る時刻同期装置は、伝送遅延時間を上り下りごとに設定する手段を備え、前記伝送インタフェース手段は、前記設定された伝送遅延時間遅延させて前記一時バッファ手段の出力を前記同期伝送網へ出力することを特徴とする。

本発明では、伝送の上り下りごとに伝送遅延時間を設定し、この遅延時間にもとづいて、同期伝送網へデータを送出することによって、上り下りの遅延時間をほぼ均等にして、伝送遅延変動を抑制する。

本発明に係わる保護継電システムは、送電線を介して結ばれる電気所に各々設置され、前記電気所で測定された電気量を相互に伝送する同期伝送網の伝送系を有し、自身が測定した電気量と対向する装置から伝送された電気量とにより事故判定を行う保護継電システムにあって、前記同期時刻装置と、その送信タイミング信号により同期して電気量の入力と、伝送系への送信出力の動作をする保護継電装置とを対向する両端に備えたことを特徴とする。

本発明では、時刻同期装置からのタイミング信号に同期して動作する保護継電装置により、事故判定する入力電気量を同一タイミングでサンプリングしたのち、対向する前記保護継電装置間で相互にサンプリングした電気量の情報を授受し、比較演算することにより事故判定するシステムを提供することができる。

本発明に係わる保護継電装置は、送電線を介して結ばれる電気所に各々設置され、前記電気所での電気量の瞬時値を測定する入力手段と、測定した電気量を相互に伝送する伝送手段と、前記電気所で測定した電気量と対向する電気所の同一装置から伝送された電気量とにより事故判定を行う演算手段を備えた保護継電装置にあって、前記時刻同期装置を外部に備えたことを特徴とする。

本発明では、前記時刻同期装置をＰＣＭキャリアリレーのような保護継電装置外に装備させることにより、上記と同じ対向する前記保護継電装置が同期して動作することができる。

本発明の特徴を、図１を用いて示す。図１は、詳細は後述するが本発明の時刻同期装置を表している。本装置１は、電波時計から高精度クロックを受信する。本装置は、局内クロックも受信する。ここで局内クロック１２から作成したタイミング信号１９を、電波時計より受信した高精度クロックから作成したタイミング信号１８に初期位相を合わせる。ネットワーク内の他局の本装置も同様に位相を合わせる。各局間でタイミング信号の初期位相を合わせた後、タイミング信号２１は、局内クロックを用いて維持する。そのため伝送装置は、局内クロックを用いる同期網加入装置を使用することが可能となる。図２に本装置をシステムに導入した例を示す。図２に示すように、標準電波は、各局に入力することが可能である。このため、本装置により、各局でタイミング信号を同一にすることが可能となる。

以上説明したように、本発明においては、以下に記載するような効果を有する。
第１の効果は、同期伝送網を用いたＰＣＭキャリアリレー情報の伝送が可能であるため、従来のような非同期通信路構成を必要としない。このため、低建設コストで効率的な通信網を構築することが可能である。第２の効果は、各局の局内クロックを使用しているため、高精度のタイミング信号をＰＣＭキャリアリレー装置に供給することが可能であり、ＰＣＭキャリアリレー装置に高精度の発振器が不要である。第３の効果は、非同期通信路を利用して各局のタイミング信号を作成するための計測制御機能が不要となり、ＰＣＭキャリアリレー装置の構成を簡素化することが可能である。

以下、本発明の実施形態を説明する。図１に第１の実施形態による時刻同期装置の機能構成図を示す。

この図で、時刻同期装置（以降ＴＣＵと略す）１は、保護継電装置などの端末装置８と同期伝送網７の同期伝送装置３の間に設置される。時刻同期装置１は、時刻同期した各種のタイミング信号を生成するタイミング制御手段２０を中心に、そのタイミング制御手段２０を時刻同期させるための電波による時刻情報を受信する時計信号受信手段２と、その受信した時刻情報の場所によって異なる受信遅れを補正する遅延補正手段１０と、同期伝送装置３からの同期網への伝送用および前記タイミング制御手段２０の時刻同期を前記時計信号受信手段２での電波が一時中断したときに維持するための局内クロックを受信する局内クロック受信手段２２と、そのクロックで同期するデジタル・フェーズ・ロック・ループ（以降ＤＰＬＬと略す）手段２３と、前記同期伝送装置３との伝送情報の授受を行う伝送インタフェース（以降伝送ＩＦと略す）手段２４と、端末装置８を時刻同期して動作させるタイミング情報１１や端末装置８の情報を授受するためのインタフェースを備える端末インタフェース（以降端末ＩＦと略す）手段２６と、端末ＩＦ手段２６と前記伝送インタフェース手段２４の間で伝送タイミングの協調を取るファースト・イン・ファースト・アウト（以降ＦＩＦＯと略す）手段２５で構成される。図中、ＦＩＦＯ手段２５を簡略化して記載しているが、受信用，送信用の両方向の回路で構成されているものとする。

実施例の動作を図１と図４のタイムチャートにより説明する。ＴＣＵ１内において、同期伝送装置３から高精度の６４ｋ＋８ｋ網などの網同期クロック１４を局内クロック受信手段２２で受信し、６４ｋ＋８ｋの局内クロック信号１２に変換してＤＰＬＬ手段２３に渡す。ＤＰＬＬ手段２３においては、必要な装置内クロック信号１９を生成し、ＦＩＦＯ手段２５とタイミング制御手段２０に供給する。

一方、標準電波５を、受信アンテナ１３を介して時計信号受信手段２にて受信処理し、局間距離差による電波到達遅延時間をあらかじめ遅延補正手段１０で初期補正しておくことにより、局間で同一の位相基準タイミング信号１８を得ることが可能となる。この生成された位相基準タイミング信号１８をタイミング制御手段２０に渡す。タイミング制御手段２０では、ＤＰＬＬ手段２３からの装置内クロック信号１９をもとに動作している前記タイミング制御手段２０内のカウンタ回路を、位相基準タイミング信号１８でリセットすることにより、位相補正済み装置内クロック信号２１を生成する。本動作により、初期位相補正された後は、ＤＰＬＬ手段２３からの装置内クロック信号１９をもとに動作している前記カウンタ回路を自走させ、安定的に位相補正済み装置内クロック２１を生成し、ＦＩＦＯ手段２５および端末ＩＦ手段２６等に供給する。ＦＩＦＯ手段２５においては、伝送情報の欠落や重複を回避するため、端末ＩＦ手段２６および伝送ＩＦ手段２４間のタイミング位相差を吸収し、正常なデータ伝送を行う役目を果たす。

端末装置８に対しては、同期伝送網で対向している複数の端末装置８を同期動作させるためのタイミング情報１１と、データの送受信を行う位相補正済み装置内クロック信号２１を、端末装置８との送受信データ線以外の信号線として渡す。端末装置８は、この信号２１，１１を用いて電気データのサンプリング処理等を実行する。なお、位相補正済み装置内クロック信号２１に位相情報を端末装置８に供給する方法としては、端末装置８への受信データに位相情報を重畳する方法もある。

本発明の他の実施例として、その基本的構成は上記の通りであるが、クロック精度の向上について、更に工夫している。その一例として、電波時計ではなく、ＧＰＳを用いる。この場合、遅延補正手段１０は不要となる。

また、他の実施例として、図３に示すように局内クロックを供給する網同期装置１４に適用する方法である。この場合、電波時計やＧＰＳを用いる。この場合、局全体に同一のサンプリング信号や局内クロックを供給することが可能となり、ネットワーク全系の時刻同期信号を安定に供給することが可能である。端末装置８への受信データについては、用途によりリアルタイムで出力するため、ＦＩＦＯ手段２５を省略することも可能である。

以上、本実施の形態によれば、従来、非同期通信路を使用して、対向する装置の同期を取っていたＰＣＭキャリアリレーのような複数の装置において、同期伝送網においても、本時刻同期装置および相当機能を備えることにより同期した動作を簡単に行うことができる。

本発明は、電力会社等のネットワークで利用される。

本発明の第１の実施の形態による時刻同期装置の機能構成図である。 本発明の時刻同期装置を使用したシステム構成図である。 本発明の他の実施形態によるシステム構成図である。 本発明の第１の実施の形態による時刻同期装置の動作を説明するためのタイムチャートである。

符号の説明

１ 時刻同期装置
２ 時計信号受信手段
３ 同期伝送装置
４ａ，４ｂ、４ｃ 局
５ 標準電波（標準時計）
８ 端末装置
７ 同期伝送網
１０ 遅延補正手段
１１ タイミング情報
１２ 局内クロック
１３ 受信アンテナ
１４ 網同期クロック（網同期装置）
１８ 位相基準タイミング信号
１９ 装置内クロック信号
２０ タイミング制御手段
２１ 位相補正済装置内クロック信号
２２ 局内クロック受信手段
２３ ＤＰＬＬ手段
２４ 伝送インタフェース手段
２５ ＦＩＦＯ手段
２６ 端末インタフェース手段

Claims (4)

1. 同期伝送網に用いられ、複数の装置間で同期の必要な制御装置へ同期を取るためのタイミング信号を供給する時刻同期装置であって、
   放送やＧＰＳからの電波で時刻情報を受信する時計信号受信手段と、
   同期伝送網のクロックを受信する局内クロック受信手段と、
   当該クロックにより位相を合わせるデジタル・フェーズ・ロック・ループ手段と、
   前記時計信号受信手段の出力により前記制御装置へ供給する前記タイミング信号の初期化を行うと共に、フェーズロックされた前記局内クロック受信手段の出力をもとに前記タイミング信号の精度を維持するタイミング制御手段と、
   前記タイミング制御手段からの信号をもとにＦＩＦＯ動作する一時バッファ手段と、
   前記一時バッファ手段の出力を前記同期伝送網へ出力する伝送インタフェース手段と
   を備えたことを特徴とする時刻同期装置。
2. 前記タイミング制御手段は、時計信号受信手段の出力信号とデジタル・フェーズ・ロック・ループ手段の出力信号との時間差を記憶し、前記時計信号受信手段からの出力信号が途絶えたときは、この時間差をもとにタイミング信号の補正を行うことを特徴とする請求項１記載の時刻同期装置。
3. 伝送遅延時間を上り下りごとに設定する手段を備え、
   前記伝送インタフェース手段は、前記設定された伝送遅延時間遅延させて前記一時バッファ手段の出力を前記同期伝送網へ出力することを特徴とする請求項１または２記載の時刻同期装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の時刻同期装置と電流差動式保護継電装置とを有する保護継電システムであって、
   前記時刻同期装置は前記タイミング信号を前記電流差動式保護継電装置の同期信号として供給することを特徴とする保護継電システム。

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