JP2009268300A - 開閉器制御用子局 - Google Patents

Abstract

【課題】開閉器制御用子局の部品の高密度化および部品点数の大幅な増加、計測・保護機能の追加に伴う大容量メモリの実装、による故障率の増加を抑え、主要機能である開閉器の監視・制御機能の信頼性を維持する。
【解決手段】配電系統２の区分開閉器１の状態監視および投入／開放制御を可能とする開閉器制御用子局３であって、開閉器状態監視結果と通信回路からのデータ受信結果とを入力して所定の演算処理を行う演算処理回路と、この演算処理結果を受けて開閉器制御用電圧を外部に出力する制御出力回路３−７と、電源トランス４−１、４−２につながる電源回路３−８とを備え、前記演算処理回路を、計測・保護処理用演算処理回路３−２と、監視・制御処理用演算処理回路３−４との２種類の独立した演算処理回路で構成し、かつ、前記各演算処理回路の処理結果データを共有とするためのデータ受け渡し回路３−３を設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、配電線系統の遠隔監視・制御を行うための開閉器制御用子局に係り、特に、遠隔からの監視・設定・制御要求に対し、通信回路を介してデータの送受信を可能にした開閉器制御用子局に関する。

従来の開閉器制御用子局は、開閉器の監視・制御処理を主に行っていた（例えば、特許文献１−３参照）。近年になって配電系統の状態監視を行う計測・保護機能の追加により大幅な機能向上の要求がある。

この大幅な機能向上の要求に対して、従来の開閉器制御用子局には搭載していなかった高機能な演算処理回路により、すべての演算処理を一つの高機能演算処理回路で集中して処理することで、処理効率の向上と回路構成のシンプル化を図ってきた。
特開平９−２３３７３６号公報 特開１０−０１４１３８号公報 特開１１−２９９１０１号公報

上述した従来技術によれば、開閉器制御用子局を構成する部品の高密度化および部品点数の大幅な増加や、波形データ取得に代表される計測・保護機能の実装により、大容量のデータ保存用メモリを必要とし、開閉器制御用子局の故障率が増加し、開閉器制御用子局として主要機能である開閉器の監視・制御にかかわる機能の信頼性が大幅に低下することが懸念されている。

また、従来すでに確立している、開閉器の監視・制御機能を実現するためのハードウェアやソフトウェア資産を流用すること、および従来技術を踏襲すること等が困難であった。さらに、一過性の不良の影響により演算処理回路が停止した場合、自己復旧することができず、開閉器制御用子局としての全ての機能が停止する虞がある。

そこで本発明は、監視・制御処理を担う演算処理と、計測・保護機能とを担う演算処理とを独立した複数の演算処理回路で分担するようにして、開閉器制御用子局としての主要機能である開閉器の監視・制御機能に関わる回路構成部品の故障率を増加させることなく、配電線系統の計測・保護性能を実現可能とした開閉器制御用子局を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、請求項１に係る発明は、配電系統を構成する配電線を適宜区分するように設けられた開閉器に対応して設置され、当該配電系統および開閉器の状態監視および開閉器の投入または開放制御を可能とする開閉器制御用子局であって、遠隔からの監視、設定、制御指令要求に対してデータを送受信する通信回路と、開閉器内部の接点状態を監視して開閉器状態監視結果を出力する入力回路と、配電線の電圧、電流等の配電線電気量を検出して出力するセンサからのアナログ信号を入力し、ディジタル信号に変換して出力するアナログ／ディジタル変換部と、前記アナログ／ディジタル変換部から出力されたディジタル信号と、前記入力回路から出力された開閉器状態監視結果と、前記通信回路から出力されたデータ受信結果とを入力して所定の演算処理を行う演算処理回路と、この演算処理回路の処理結果を受けて、開閉器制御用電圧を外部に出力する制御出力回路と、電源トランスを介して外部から入力される電圧を供給する電源回路とを備え、前記演算処理回路を、配電系統の状態監視を主に行う計測・保護処理用演算処理回路と、開閉器の監視制御を行う監視・制御処理用演算処理回路との２種類の独立した演算処理回路で構成し、かつ、前記各演算処理回路の処理結果データを共有とするためのデータ受け渡し回路を設けたことを特徴とする。

本発明によれば、監視・制御処理を担う演算処理と、計測・保護機能とを担う演算処理とを独立した複数の演算処理回路で分担するようにしたので、開閉器制御用子局としての主要機能である開閉器の監視・制御機能に関わる回路構成部品の故障率を増加させることなく、配電線系統の計測・保護性能を実現可能とした開閉器制御用子局を提供することができる。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る開閉器制御用子局を開閉器とを関連付けて描いた構成図である。

図１において、まず、開閉器制御用子局と配電線、信号線路との接続関係を説明する。
１は配電線２を適宜区分するように例えば電柱に設置された開閉器（以下、単に開閉器という）であり、プラスチック製の密閉された容器内に主接点である例えば真空スイッチと、この真空スイッチを開閉操作する操作部と、配電線２の電圧や電流信号等を検出して出力する各種センサを収納している。

３はこの開閉器１に対応して柱上に設けられ、当該開閉器１の監視および制御を行う開閉器制御用子局である。４−１、４−２は開閉器１から見て電源側の配電線および負荷側の配電線にそれぞれ接続された電源トランスであり、それぞれの２次電圧は開閉器制御用子局３に制御用電源として入力される。５は図示していない変電所に設置された遠方監視制御親局等の遠隔装置と各開閉器制御用子局とを接続する通信線路である。

次に、開閉器制御用子局３の内部構成について説明する。
開閉器１の密閉容器内部に設けられている図示しない各種センサから出力された電圧や電流等のアナログ電気量は、開閉器内部センサ出力信号としてアナログ／ディジタル変換部３−１に取り込まれる。このアナログ／ディジタル変換部３−１は、アナログ入力回路３−１１、アナログ変換回路３−１２およびＡ／Ｄ変換回路３−１３から構成されている。

アナログ入力回路３−１１は入力側（一次巻線側）と出力側（２次巻線側）間が絶縁されたトランスで構成されており、配電線側から絶縁された出力側からアナログ電気量を出力する。このアナログ入力回路３−１１から出力されたアナログ信号はアナログ変換回路３−１２に入力されて適宜フィルタ処理されたあと所定の大きさのアナログ信号に変換される。そして、アナログ変換回路３−１２から出力されたアナログ信号は、Ａ／Ｄ変換回路３−１３に入力されて所定のディジタル信号に変換される。
このＡ／Ｄ変換回路３−１３から出力されたディジタル信号は、計測・保護用演算処理回路３−２に取り込まれる。

この計測・保護用演算処理回路３−２は、ＣＰＵのほかにメモリ、プログラマブルロジックＩＣ等のＣＰＵ周辺回路を備えており、Ａ／Ｄ変換回路３−１３から取り込んだディジタル信号および、後述するデータ受け渡し回路３−３を介して送られてくる監視・制御用演算処理回路３−４の処理結果データを入力し、これら入力された各種信号およびデータに基づいて計測および保護のための所定の処理判定を実施する。
そして、その処理判定の結果データを受け渡し回路３−３を介して監視・制御用演算処理回路３−４へ通知する。

３−５は通信回路であり、通信線路５を経由して図示していない変電所に設置された遠方監視制御親局等の遠隔装置から送信されてくる監視・設定・制御要求等のアナログ信号を受信し、これをディジタル信号に変換（Ａ／Ｄ変換）して前述した監視・制御用演算処理回路３−４に入力する。逆に、監視・制御用演算処理回路３−４から出力されたディジタル信号をアナログ信号へ変換（Ｄ／Ａ変換）し、通信線路５を経由して変電所の遠方監視制御親局へ送信するように機能する。

開閉器１内に設けられた真空スイッチ等の主接点情報は、開閉器内部接点状態信号として入力回路３−６に取り込まれ、さらにこの入力回路３−６から監視・制御用演算処理回路３−４に取り込まれる。

監視・制御用演算処理回路３−４は、前記計測・保護用演算処理回路３−２と同様にＣＰＵおよびＣＰＵ周辺回路であるメモリ、プログラマブルロジックＩＣ等を備えているが、計測・保護用演算処理回路３−２とは物理的に独立して設けられている。そして、監視・制御用演算処理回路３−４は、前記通信回路３−５および入力回路３−６に接続されるほか、後述するデータ受け渡し回路３−３にも接続される。そして、前記通信回路３−５および入力回路３−６から取り込んだ信号に加えて、データ受け渡し回路３−３を介して取り込んだ計測・保護用演算処理回路３−２の処理結果データに基づいて監視・制御に必要な所定の処理判定を実施する。

この監視・制御用演算処理回路３−４の処理判定の結果データは、前述したように通信回路３−５を経て通信線路５に送出されるほか、制御出力回路３−７に出力され、さらにデータ受け渡し回路３−３を介して計測・保護用演算処理回路３−２に通知される。

制御出力回路３−７は、監視・制御用演算処理回路３−４から入力した処理結果データに基づいて開閉器１内の真空スイッチの操作部の操作コイルに対し、制御用電圧の出力制御を実施することによって、真空スイッチの主接点を入りまたは切操作する。

３−８は電源回路であり、電源トランス４−１、４−２から入力した配電線の電圧を直流の定電圧に変換し、開閉器制御用子局３内部の各回路に対して安定化した電圧を供給する。

なお、前記計測・保護用演算処理回路３−２および監視・制御用演算処理回路３−４は、物理的に分離独立するように、例えば別個のチップ等でそれぞれ構成されているが、同一基板に実装される場合と、異なる基板にそれぞれ実装される場合とがある。

前記データ受け渡し回路３−３は、物理的に分離独立している計測・保護用演算処理回路３−２および監視・制御用演算処理回路３−４間で演算処理結果データの共有を可能にするための手段であり、ＣＰＵがデータの入出力のための信号の出入り口（ポート）を２つ設けた構成のデュアルポートＲＡＭ、あるいはシリアルインタフェース回路で構成されている。

データ受け渡し回路３−３をデュアルポートＲＡＭで構成する場合は、計測・保護用演算処理回路３−２および監視・制御用演算処理回路３−４を同一基板内に実装する場合と、異なる基板に実装する場合の双方ともポートを直接接続することができる。しかし、データ受け渡し回路３−３をシリアルインタフェース回路で構成する場合は、計測・保護用演算処理回路３−２および監視・制御用演算処理回路３−４を同一基板内に実装するか否かで接続構成が異なる。すなわち同一基板内に実装する場合で、かつＣＰＵがシリアルポートを内蔵している場合は、ポートを直接接続することが可能であるが、ＣＰＵがシリアルポートを内蔵していない場合は、シリアル通信用ＩＣを設け、このシリアル通信用ＩＣ間をリード線で接続する必要がある。

一方、計測・保護用演算処理回路３−２および監視・制御用演算処理回路３−４がそれぞれ異なる基板に実装される場合は、ＲＳ２３２Ｃ、ＲＳ４８５等のドライバを介在させて接続するように構成する。

以上述べたように、発明によれば２種類の独立した演算処理回路（計測・保護用演算処理回路３−２および監視・制御用演算処理回路３−４）を設け、それぞれの演算処理回路で計測・保護機能と監視・制御機能とに分担するようにし、双方の演算処理回路間をデータ受け渡し回路３−３でデータの受け渡しを可能にしたので、計測・保護機能を構成するための高性能演算処理回路の増加に伴って子局の部品故障率が著しく増加しても、開閉器制御用子局として主要機能となる開閉器の監視・制御機能に関わる回路構成部品の故障率を増加させることはない。

したがって、開閉器監視・制御にかかわる機能の信頼性低下を低下させずに配電線系統の計測・保護性能を実現することが可能となる。
また、従来のハードウェアおよびソフトウェア資産の流用を可能とすることで、従来技術を踏襲した信頼性の高い開閉器制御用子局を短期間で開発することができる。

（第２の実施形態）
図２は、本発明の第２の実施形態の開閉器制御用子局の構成図である。
本実施形態は、前記第１の実施形態おける計測・保護用演算処理回路３−２および監視・制御用演算処理回路３−４に自己監視機能を持たせるとともに、両演算処理回路間を新たに設けたリセット回路３−９で接続したことを特徴とするものである。

リセット回路３−９は、演算処理回路内のＣＰＵおよびメモリ、プログラマブルロジックＩＣ等のＣＰＵ周辺回路の各リセット端子に対し、電源リセットと同等のリセット操作を実施するものである。リセット操作をした結果、電源をＯＦＦ操作してからＯＮ操作する場合と同様のリスタートを実現することができる。

なお、リセット回路３−９は、一方の計測・保護用演算処理回路３−２からのリセット要求により、他方の監視・制御用演算処理回路３−４をハードリセットすることができ、また、逆に、監視・制御用演算処理回路３−４からのリセット要求により、計測・保護用演算処理回路３−２をハードリセットすることができるように構成されている。

なお、このリセット要求は、各演算処理回路間の監視処理にて、一方の演算処理回路が異常状態から自己復帰することが出来ない状態を認識した場合に要求する。
上記以外の構成および機能については、第１の実施形態と同じなので説明は省略する。

本実施形態によれば、第１の実施形態の奏する作用効果に加え、各演算処理回路間で互いに演算処理回路のリスタート制御を可能とすることで、一過性な不良により、一つの演算処理回路が停止した状態から自己復旧することができない場合でも、もう一方の健全な演算処理回路からのリスタート制御要求により、復旧が可能とすることができる。

（変形例）
以上説明した実施形態では、各種センサを開閉器の密閉容器内に設けたが、密閉容器の外に設けるようにしてもよい。また、開閉器は電柱に設置される柱上開閉器を例に挙げたが、設置場所は電柱に限定されるものではない。さらに、電源回路の電源は配電系統に限定されるものではなく、蓄電池等のバッテリー電源を使用するようにしても良い。

本発明の第１の実施形態の開閉器制御用子局の構成図。 本発明の第２の実施形態の開閉器制御用子局の構成図。

符号の説明

１…開閉器、２…配電線、３…開閉器制御用子局、４…電源トランス、５…通信線路、３−１…アナログ／ディジタル変換部、３−１１…アナログ入力回路、３−１２…アナログ変換回路、３−１３…Ａ／Ｄ変換回路、３−２…計測・保護用演算処理回路、３−３…データ受け渡し回路、３−４…監視・制御用演算処理回路、３−５…通信回路、３−６…入力回路、３−７…制御出力回路、３−８…電源回路、３−９…リセット回路。

Claims (4)

1. 配電系統を構成する配電線を適宜区分するように設けられた開閉器に対応して設置され、当該配電系統および開閉器の状態監視および開閉器の投入または開放制御を可能とする開閉器制御用子局であって、
   遠隔からの監視、設定、制御指令要求に対してデータを送受信する通信回路と、
   開閉器内部の接点状態を監視して開閉器状態監視結果を出力する入力回路と、
   配電線の電圧、電流等の配電線電気量を検出して出力するセンサからのアナログ信号を入力し、ディジタル信号に変換して出力するアナログ／ディジタル変換部と、
   前記アナログ／ディジタル変換部から出力されたディジタル信号と、前記入力回路から出力された開閉器状態監視結果と、前記通信回路から出力されたデータ受信結果とを入力して所定の演算処理を行う演算処理回路と、
   この演算処理回路の処理結果を受けて、開閉器制御用電圧を外部に出力する制御出力回路と、
   電源トランスを介して外部から入力される電圧を供給する電源回路とを備え、
   前記演算処理回路を、配電系統の状態監視を主に行う計測・保護処理用演算処理回路と、開閉器の監視制御を行う監視・制御処理用演算処理回路との２種類の独立した演算処理回路で構成し、かつ、前記各演算処理回路の処理結果データを共有とするためのデータ受け渡し回路を設けたことを特徴とする開閉器制御用子局。
2. 前記データ受け渡し回路を、デュアルポートＲＡＭにより構成したことを特徴とする請求項１記載の開閉器制御用子局。
3. 前記データ受け渡し回路を、シリアルインタフェース回路により構成したことを特徴とする請求項１記載の開閉器制御用子局。
4. 前記各演算処理回路間にリセット回路を設け、かつ、前記各演算処理回路でそれぞれ自己監視を実施し、前記データ受け渡し回路を介して通知される相手方演算処理回路の自己監視結果を互いに把握するようにし、異常が検出された演算処理回路に対して、健全な演算処理回路から前記リセット回路を介してリスタート制御要求を与え、当該異常と判断された演算処理回路をリスタート可能とすることを特徴とする請求項１記載の開閉器制御用子局。

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