JP2010041899A - Protection relay system - Google Patents

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JP2010041899A JP2008205732A JP2008205732A JP2010041899A JP 2010041899 A JP2010041899 A JP 2010041899A JP 2008205732 A JP2008205732 A JP 2008205732A JP 2008205732 A JP2008205732 A JP 2008205732A JP 2010041899 A JP2010041899 A JP 2010041899A
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Akira Kawarada
明 河原田
Hidemasa Sugiura
秀昌 杉浦
Kazuto Fukushima
和人 福嶋
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Toshiba Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a protection relay system for performing synchronous control even among communication function parts mounted with only a general-purpose network control circuit without applying a special frame transmitting and receiving timing control circuit for Ethernet communication. <P>SOLUTION: The protection relay system is configured as follows. The communication function parts of the respective protection relay devices RY are constituted as the Ethernet communication function part EC and are connected with an Ethernet line network respectively. Data based on electrical quantity measured with each terminal as a protective target is transmitted and received mutually by passing through the Ethernet line network from the Ethernet communication function parts. The differential operation of electrical quantity data is performed in the protection control function part of the protection relay device to perform accident detection and protection of the protective target. The time server TS is connected to the Ethernet line network. Time synchronization is performed by the network synchronous protocol between the Ethernet communication function part EC of the protection relay device RY and the time server TS. The electrical quantity added with the synchronous time as a sampling address is communicated therebetween. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、各端子に設置した保護リレー装置の相互間をイーサネット(登録商標)回線網により接続し、かつ、各保護リレー装置を時刻付き(タイムタグ)の電気量データを基にして演算するようにした保護リレーシステムに関する。   In the present invention, the protection relay devices installed at each terminal are connected to each other by an Ethernet (registered trademark) network, and each protection relay device is operated based on the electric quantity data with time (time tag). The present invention relates to a protection relay system.

送電線の保護を目的として適用される保護リレー装置の一つに電流差動リレー装置がある。この電流差動リレー装置は、送電線の各端子で計測した電流瞬時値データのベクトル和が零でない場合に内部事故と判別する方式のリレー装置であり、これをディジタル保護継電器で実現する場合は、各端子で計測した電流瞬時値データを所定のサンプリングタイミングでディジタルデータに変換し、そのディジタルデータをシリアル通信の専用回線によりPCM(Pulse Code Modulation)方式で互いに相手端子側に伝送し、相手端子から送信されてきた電流瞬時値データと自端子で計測した電流瞬時値データとの差動演算を実行し、事故の判定を行うようにしている。   One of the protection relay devices applied for the purpose of protecting transmission lines is a current differential relay device. This current differential relay device is a relay device of a type that identifies an internal accident when the vector sum of instantaneous current value data measured at each terminal of the transmission line is not zero, and when this is realized with a digital protective relay, The instantaneous current value data measured at each terminal is converted into digital data at a predetermined sampling timing, and the digital data is transmitted to the other terminal side by the PCM (Pulse Code Modulation) method via the dedicated serial communication line. The accident is determined by performing a differential operation between the instantaneous current value data transmitted from the terminal and the instantaneous current value data measured at its own terminal.

送電線保護を差動演算で行うに際して必要なことは、各端子での電流瞬時値計測タイミングが高精度に同期していなければならないということである。この電流瞬時値計測タイミングの同期をとることを一般にサンプリング同期と称している(例えば、特許文献1参照)。   What is necessary when performing transmission line protection by differential operation is that the instantaneous current value measurement timing at each terminal must be synchronized with high accuracy. Synchronizing this instantaneous current value measurement timing is generally called sampling synchronization (see, for example, Patent Document 1).

そして、電流差動リレー装置は、サンプリング同期を実現するために、各端子が計測した電流瞬時値データに計測時電気角を表すサンプリングアドレスを付加し、自端子の計測電流瞬時値と相手端子からの受信電流瞬時値とでサンプリングアドレスが同一の電流瞬時値データを用いた演算を行うようにしている。   Then, in order to realize sampling synchronization, the current differential relay device adds a sampling address indicating the electrical angle at the time of measurement to the current instantaneous value data measured by each terminal, and from the measured current instantaneous value of the own terminal and the counterpart terminal The calculation using current instantaneous value data having the same sampling address with the received current instantaneous value is performed.

従来の電流差動リレー装置におけるサンプリング同期方式では、ハードウェア機構によるフレーム送信タイミングの固定化、専用回線による伝送回線遅延時間の安定化、フレーム受信タイミングをラッチ/取得する機構、等の情報フレーム通信に生じる遅延時間のゆらぎを最小限にするとともに、同期補正要素を取得可能な機構とすることで高精度な同期を実現している。   In the conventional sampling synchronization method in the current differential relay device, information frame communication such as fixing of frame transmission timing by hardware mechanism, stabilization of transmission line delay time by dedicated line, mechanism for latching / acquiring frame reception timing, etc. High-precision synchronization is realized by minimizing the fluctuation of the delay time that occurs in the system and making the mechanism capable of acquiring the synchronization correction element.

以下、図7ないし図10を参照して従来の電流差動リレー装置による送電線保護システムについて説明する。
まず、図7および図8において、これらはいずれも従来の電流差動リレー装置による送電線保護システムの構成図であり、このうち図7は二端子用、図8は三端子用の保護システム構成図である。
Hereinafter, a conventional power transmission line protection system using a current differential relay device will be described with reference to FIGS.
First, in FIGS. 7 and 8, these are both configuration diagrams of a conventional power transmission line protection system using a current differential relay device, in which FIG. 7 is a two-terminal protection system configuration and FIG. 8 is a three-terminal protection system configuration configuration. FIG.

図7および図8において、A、BおよびCは送電線TLの端子を表す。CTa、CTbおよびCTcは各端子A、BおよびCに設置された端子電流検出用の変流器である。RY−A、RY−BおよびRY−Cは、それぞれ端子A、BおよびCに設置された電流差動保護リレー装置であり、主保護リレー部およびロジックシーケンス部を備えた保護制御機能部Pと、この保護制御機能部Pの出力を対向端子に送信し、かつ対向端子から伝送されてきた信号を受信するシリアル伝送機能部SCとからそれぞれ構成されている。   7 and 8, A, B, and C represent terminals of the transmission line TL. CTa, CTb and CTc are current transformers for detecting terminal currents installed at the terminals A, B and C, respectively. RY-A, RY-B, and RY-C are current differential protection relay devices installed at terminals A, B, and C, respectively, and a protection control function unit P including a main protection relay unit and a logic sequence unit; The serial control function unit SC is configured to transmit the output of the protection control function unit P to the opposite terminal and receive the signal transmitted from the opposite terminal.

保護制御機能部Pは、自端子で計測した電流の瞬時値をサンプリングした後に、相手端子から伝送されてきた電流瞬時値データとの差動演算を行うことによって内部事故か否かを判別し、シリアル伝送機能部SCは各端子A、BおよびCで得られたサンプリングデータを通信回線t−ab、t−bcおよびt−caを介して対向する相手端子に伝送する。   The protection control function part P, after sampling the instantaneous value of the current measured at its own terminal, determines whether it is an internal accident by performing a differential operation with the current instantaneous value data transmitted from the counterpart terminal, The serial transmission function unit SC transmits the sampling data obtained at the terminals A, B, and C to the opposing terminals via the communication lines t-ab, t-bc, and t-ca.

次に、従来の保護リレーシステムにおけるデータ通信動作について説明する。
図7および図8において、各端子に設置された保護リレー装置RY−A、RY−BおよびRY−Cのシリアル伝送機能部SCは、図10(A)に示す通信フレーム構成(90bitを1フレームとし、12フレームを1スーパーフレームとする構成)で通信回線t−ab、t−bcおよびt−caを介して相手端子と通信する。
Next, the data communication operation in the conventional protection relay system will be described.
7 and 8, the serial transmission function unit SC of the protection relay devices RY-A, RY-B, and RY-C installed at each terminal has a communication frame configuration shown in FIG. And 12 frames as one super frame), and communicates with the counterpart terminal via the communication lines t-ab, t-bc and t-ca.

各端子に設置された保護リレー装置RY−A、RY−BおよびRY−Cのうち、A端子に設置された保護リレー装置RY−Aは主局、B端子およびC端子に設置された保護リレー装置RY−BおよびRY−Cは従局として予め設定される。従局は主局のサンプリングタイミングに同調するようタイミング補正して同期をとるように設定される。   Among the protection relay devices RY-A, RY-B and RY-C installed at each terminal, the protection relay device RY-A installed at the A terminal is a protection relay installed at the main station, the B terminal and the C terminal. Devices RY-B and RY-C are preset as slave stations. The slave station is set so as to be synchronized with the timing correction so as to be synchronized with the sampling timing of the master station.

図8の三端子構成のように複数の従局で構成する場合には、保護リレー装置RY−Bを従局1、保護リレー装置RY−Cを従局2と序列を設け、従局1(保護リレー装置RY−B)が主局(保護リレー装置RY−A)に同期したあと、従局2(保護リレー装置RY−C)が従局1(保護リレー装置RY−B)に同期するといった順番で同期を確立する。   When a plurality of slave stations are configured as in the three-terminal configuration of FIG. 8, the protection relay device RY-B is arranged in order with the slave station 1 and the protection relay device RY-C is arranged in the slave station 2. -B) is synchronized with the master station (protection relay device RY-A), and then the slave station 2 (protection relay device RY-C) is synchronized with the slave station 1 (protection relay device RY-B). .

サンプリング同期の確立を認識したら、図10(B)の制御ビット展開例のb5;SA同期フラグに基づき端子間のサンプリングアドレス同期を確立する。端子間の保護リレーの各同期確立、及び伝送不良等の各種監視によりシステムの健全性が確認できた以降から、各端子の保護リレー装置が互いに送信する電気量データ及び自端で計測した電気量データを元に系統保護制御を実施する。   When the establishment of the sampling synchronization is recognized, the sampling address synchronization between the terminals is established based on b5; SA synchronization flag in the control bit expansion example of FIG. Since the health of the system was confirmed by establishing synchronization of protection relays between terminals and monitoring various transmission failures, etc., the amount of electricity transmitted by the protection relay devices at each terminal and the amount of electricity measured at its own end Implement system protection control based on the data.

なお、これら相手端子に向けたデータ通信では図8記載のとおり相手端子毎に通信回線が配置されるので、図10(A)の通信フレームフォーマットに記載されているとおり、通信フレーム中には受信宛先(相手装置アドレス)情報は無い。また通信回線が相手端子毎に個別設置なのでフレーム送信処理、フレーム受信処理は相手端子分の回数を実施する必要がある。
なお、サンプリング同期方法や同期確立判定の詳細技術については特許文献1に詳しく述べてあるので省略する。
In data communication directed to these counterpart terminals, a communication line is arranged for each counterpart terminal as shown in FIG. 8, so that reception is performed during the communication frame as described in the communication frame format of FIG. There is no destination (partner device address) information. In addition, since the communication line is individually installed for each counterpart terminal, it is necessary to perform the frame transmission process and the frame reception process as many times as the counterpart terminal.
Note that the detailed technique of the sampling synchronization method and the synchronization establishment determination is described in detail in Patent Document 1 and will be omitted.

以上述べた従来の電流差動リレー装置では、採用している通信設備や設置環境に伴う通信データ量の限界、また端子構成の制約(図7、図8)、さらに保護リレー装置用の専用回線のコスト高などの理由によって、系統保護範囲を柔軟に変更するとか、拡張を行うということは困難である。
これに加え、従来採用している通信設備は、今後の技術進展を鑑みると、縮退方向に向かいつつあり、機器メンテナンスを長期間に亘って行うことは困難になると予測される。
In the conventional current differential relay device described above, the limit of the communication data amount according to the adopted communication equipment and installation environment, restrictions on the terminal configuration (FIGS. 7 and 8), and a dedicated line for the protection relay device For reasons such as high costs, it is difficult to flexibly change or extend the system protection range.
In addition to this, the communication equipment that has been conventionally employed is heading toward the degeneration direction in view of future technological progress, and it is predicted that it will be difficult to perform equipment maintenance over a long period of time.

上述した通信データ量の限界について、図10を参照してもう少し詳しく説明する。
通信回線や変復調機器といった通信機器仕様の制約により現行通信設備の通信速度は、54Kbpsが標準となっている。これに対し電流差動演算に必要な電気量データ、及び電気量データ送信周期、通信フレーム不良検定情報(CRCコード、固定ビットなど)を加味すると、1回の通信フレームに組み込める電気量データは非常に少ない。この対策として、電気量データの加工(計測した生データをフィルタし、ビット長を圧縮、低速更新が許容されるデータの分解/合成)や通信フレームフォーマットを保護システム個別にして最適化を計る、などの施策が実施されている。
The limit of the communication data amount described above will be described in more detail with reference to FIG.
The communication speed of current communication facilities is 54 Kbps as a standard due to restrictions on communication equipment specifications such as communication lines and modulation / demodulation equipment. On the other hand, if the electric quantity data necessary for the current differential calculation, the electric quantity data transmission cycle, and communication frame defect test information (CRC code, fixed bit, etc.) are added, the electric quantity data that can be incorporated into one communication frame is very Very few. As countermeasures, optimization of the electrical data processing (filtering the measured raw data, compressing the bit length, disassembling / combining data that allows low-speed update) and the communication frame format for each protection system, Such measures are being implemented.

なお、専用回線による通信に替えて、高速の多重回線を用いた形態も実用化されており、この場合は専用回線の課題は無くなるが、通信フレームの多重化処理により通信フレームの発着信タイミングは安定せず、したがって従来のサンプリング同期制御を採用することは難しい。   In addition, instead of communication using a dedicated line, a form using a high-speed multiplex line has also been put into practical use, and in this case, the problem of the dedicated line is eliminated, but the communication frame multiplexing processing causes the communication frame transmission and reception timing to be It is not stable, so it is difficult to adopt conventional sampling synchronous control.

このため、高速多重回線を用いた形態の場合、図9で示すように、GPS衛星Sの電波を各端子A、Bの電流差動リレー装置に設置したGPS受信装置Rで受信し、GPS衛星Sの時刻に各端子A、Bが同期することで、サンプリングタイミングを合わせるようにしたシステムも実現している。   For this reason, in the case of the form using the high-speed multiplex line, as shown in FIG. 9, the radio wave of the GPS satellite S is received by the GPS receiver R installed in the current differential relay device of each terminal A, B, By synchronizing the terminals A and B at the time S, a system in which the sampling timing is matched is realized.

しかしながら、このGPSシステムには運用面で幾つかの課題がある。例えば、(i)電波受信が安定良好なアンテナ設置場所の確保が必要、(ii)GPS装置自体のコスト高、(iii)他機器からの電波影響もしくは意図的な電波妨害によるGPS受信装置の受信不能、等が考えられ、これらの課題を解消するためには運用面、経済面、および安定性などに負担や制約がかかるといった欠点がある。   However, this GPS system has some operational problems. For example, (i) it is necessary to secure an antenna installation place where radio wave reception is stable and good, (ii) high cost of the GPS device itself, (iii) reception of the GPS receiver device due to radio wave effects from other devices or intentional radio wave interference Impossibility, etc. are conceivable, and in order to solve these problems, there is a drawback that burdens and restrictions are imposed on operational aspects, economic aspects, and stability.

このようなGPS同期システムの課題を解決するために、また近年普及が進んでいる高速回線網への通信回線設備の切り替えを目的として、発明者らは、広域イーサネットを適用したサンプリング同期制御システムを試作した(例えば、非特許文献1参照)。   In order to solve such a problem of the GPS synchronization system, and for the purpose of switching the communication line equipment to the high-speed line network which has been widely spread in recent years, the inventors have developed a sampling synchronization control system to which wide area Ethernet is applied. The prototype was manufactured (for example, refer nonpatent literature 1).

この非特許文献1で紹介したサンプリング同期制御システムでサンプリングタイミングの同期補正をした場合、100〜500ナノ秒のズレといった非常に高精度な同期が実現できる。
特開平2−155421号公報 平成20年電気学会全国大会(平成20年3月21日)、講演論文集[6]電力システム、論文番号6−302、「広域イーサネットを適用したサンプリング同期制御の開発」
When the sampling timing synchronization is corrected by the sampling synchronization control system introduced in Non-Patent Document 1, synchronization with a very high accuracy such as a deviation of 100 to 500 nanoseconds can be realized.
Japanese Patent Laid-Open No. 2-155421 2008 Annual Conference of the Institute of Electrical Engineers of Japan (March 21, 2008), Proceedings [6] Power System, Paper No. 6-302, “Development of sampling synchronous control using wide area Ethernet”

しかしながら、上記非特許文献1で紹介したサンプリング同期制御システムは、後に図11で示すように、通信フレームの送出タイミング制御および着信タイミング検出といった、特殊な通信制御機構をネットワーク制御回路に付加しているため、汎用のネットワーク制御回路しか実装していない機器とは同期補正を行うことが出来ない。すなわち、非特許文献1のシステム構成では同期補正を必要とする全ての装置において、同等の特殊なネットワーク制御回路を実装しなければならない、という制約が生じる。   However, the sampling synchronization control system introduced in Non-Patent Document 1 adds a special communication control mechanism, such as communication frame transmission timing control and incoming timing detection, to the network control circuit as shown in FIG. 11 later. For this reason, synchronization correction cannot be performed with a device in which only a general-purpose network control circuit is mounted. That is, in the system configuration of Non-Patent Document 1, there is a restriction that an equivalent special network control circuit must be installed in all devices that require synchronization correction.

一般には装置間のサンプリングタイミングのずれは、フレーム発信タイミングとフレーム着信タイミングとを時刻情報(カウント値)フレームとして通信し合うことで求められる。この際に、ソフトウェアによるフレーム送信処理から実際に通信回線上にフレームが送出されるまでの待ち時間およびフレームが着信してから実際にソフトウェアによるフレーム受信処理が動作するまでの待ち時間が実際のフレーム発着信タイミングとの誤差として表れ、また、これら待ち時間はソフトウェアの動作状況により変動するため、高精度な同期補正を困難にしている。   In general, the sampling timing shift between devices is obtained by communicating frame transmission timing and frame reception timing as time information (count value) frames. At this time, the waiting time from the frame transmission processing by the software until the frame is actually transmitted on the communication line and the waiting time from when the frame arrives until the frame reception processing by the software actually operates are the actual frames. It appears as an error from the outgoing / incoming timing, and these waiting times vary depending on the operating state of the software, making it difficult to perform highly accurate synchronization correction.

高精度なサンプリング同期確保を実現するために、上記非特許文献1で紹介したサンプリング同期制御システム300では、図11で示すように、汎用のネットワーク制御回路310に、ハードウェア機構によるフレーム送受信タイミング制御回路320を付加し、誤差の要因となる上記待ち時間変動による同期誤差を解消している。   In order to realize highly accurate sampling synchronization, in the sampling synchronization control system 300 introduced in Non-Patent Document 1, frame transmission / reception timing control by a hardware mechanism is added to a general-purpose network control circuit 310 as shown in FIG. A circuit 320 is added to eliminate the synchronization error due to the above-described variation in waiting time that causes an error.

以下、図11を用いて非特許文献1のフレーム送受信タイミング制御について述べる。なお、CPU301では通信処理や保護制御処理といった複数のソフトウェアが実行されるが、ここでは通信処理に絞って説明する。   Hereinafter, the frame transmission / reception timing control of Non-Patent Document 1 will be described with reference to FIG. The CPU 301 executes a plurality of software such as communication processing and protection control processing. Here, the description will focus on communication processing.

CPU301は、生成した送信フレームを送信バッファメモリ311に格納し、ネットワークインターフェースコントローラ(Network Interface Controller;NIC)313へ送信指令する。CPU301からの送信指令により、NIC313は送信バッファメモリ311に格納された送信フレームを取り出して、MACレイヤ制御回路314にてイーサネットフレームに変換し、さらに、このイーサネットフレームを物理レイヤ制御回路315にて符号データに変換し、汎用ネットワーク制御回路310の外部に送出する。この時点ではデータ送出タイミングはCPU301やNIC313の動作状況に依存する。   The CPU 301 stores the generated transmission frame in the transmission buffer memory 311 and issues a transmission command to a network interface controller (NIC) 313. In response to a transmission command from the CPU 301, the NIC 313 takes out the transmission frame stored in the transmission buffer memory 311, converts it into an Ethernet frame by the MAC layer control circuit 314, and further encodes this Ethernet frame by the physical layer control circuit 315. It is converted into data and sent out of the general-purpose network control circuit 310. At this time, the data transmission timing depends on the operating conditions of the CPU 301 and the NIC 313.

汎用ネットワーク制御回路310から送出された符号データは、フレーム送受信タイミング制御回路320の物理レイヤ制御回路321でイーサネットフレームに再変換され、送信フレーム保留バッファメモリ322に蓄積される。   Code data sent from the general-purpose network control circuit 310 is converted back to an Ethernet frame by the physical layer control circuit 321 of the frame transmission / reception timing control circuit 320 and stored in the transmission frame holding buffer memory 322.

この送信フレーム保留バッファメモリ322に蓄積されたイーサネットフレームは、サンプリングパルス発信回路302から出力されるパルス信号によって動作開始する送信タイミング制御回路323によって取り出されて物理レイヤ制御回路324に入力され、ここで符号データに再変換されてコネクタ(RJ45)325を介して通信回線tに送出される。すなわち、最終的に通信回線tに送信されるタイミングはサンプリングパルス発信回路302のタイミングと等価となる送信制御が行われる。   The Ethernet frame stored in the transmission frame holding buffer memory 322 is taken out by the transmission timing control circuit 323 which starts operation by the pulse signal output from the sampling pulse transmission circuit 302 and is input to the physical layer control circuit 324. The data is converted back into code data and sent to the communication line t via the connector (RJ45) 325. That is, the transmission control is performed so that the timing finally transmitted to the communication line t is equivalent to the timing of the sampling pulse transmission circuit 302.

なお、フレーム送受信タイミング制御回路320の物理レイヤ制御回路321でイーサネットフレームに再変換する目的は、送信タイミング制御回路323が送信フレーム保留バッファメモリ322に蓄積された送信フレームのサイズや種別を認識する必要があり、符号データのままではそれが困難なためである。また汎用ネットワーク制御回路310中のNIC313は、MACレイヤ制御回路314と物理レイヤ制御回路315とが一体化したものが一般的である。   The purpose of the re-conversion to the Ethernet frame by the physical layer control circuit 321 of the frame transmission / reception timing control circuit 320 is that the transmission timing control circuit 323 needs to recognize the size and type of the transmission frame stored in the transmission frame holding buffer memory 322. This is because it is difficult to use code data as it is. Further, the NIC 313 in the general-purpose network control circuit 310 is generally one in which a MAC layer control circuit 314 and a physical layer control circuit 315 are integrated.

続いて、通信フレーム受信時の経路および機構について述べる。
通信回線t、コネクタ(RJ45)325を介して相手端子から入力された符号データは、フレーム送受信タイミング制御回路320内の物理レイヤ制御回路324でイーサネットフレームに変換され、受信フレーム種別検定回路326にて受信フレームの種別および発信元アドレスなどの判定が行われる。同期フレームであればカウンタ計数回路332に信号を出力し、カウンタ値をラッチする。このラッチしたカウンタ値が正確なフレーム受信タイミングを求める情報となる。331は水晶発信器である。
Next, the path and mechanism when receiving a communication frame will be described.
Code data input from the counterpart terminal via the communication line t and the connector (RJ45) 325 is converted into an Ethernet frame by the physical layer control circuit 324 in the frame transmission / reception timing control circuit 320 and received by the received frame type verification circuit 326. The type of received frame and the source address are determined. If it is a synchronous frame, a signal is output to the counter counting circuit 332 and the counter value is latched. The latched counter value is information for obtaining an accurate frame reception timing. Reference numeral 331 denotes a crystal oscillator.

そして、非特許文献1に記載の装置では、図11のように受信フレーム種別検定回路326は、物理レイヤ制御回路324でイーサネットフレームに変換された受信フレームを物理レイヤ制御回路321を介してフレーム送受信タイミング制御回路320の外部へ出力し、汎用ネットワーク制御回路310に入力される。   In the apparatus described in Non-Patent Document 1, the received frame type verification circuit 326 transmits / receives a received frame converted into an Ethernet frame by the physical layer control circuit 324 via the physical layer control circuit 321 as shown in FIG. The signal is output to the outside of the timing control circuit 320 and input to the general-purpose network control circuit 310.

汎用ネットワーク制御回路310では物理レイヤ制御回路315にて符号データからイーサネットフレームに変換され、その後MACレイヤ制御回路314を介して受信バッファメモリ312に格納される。   In the general-purpose network control circuit 310, the physical layer control circuit 315 converts the code data into an Ethernet frame, and then stores it in the reception buffer memory 312 via the MAC layer control circuit 314.

そして、受信フレームはCPU301で実行されている通信ソフトウェアによって受信バッファメモリ312から取り出され、当該CPU301で処理される。なお、CPU301が受信フレームの発生を認識する手段には、NIC313の内部レジスタを参照する方法、もしくはNIC313から受信フレーム発生の割込み信号による方法などがあるが、いづれにしても受信バッファメモリ312に受信フレームが格納されてからCPU301が受信バッファメモリ312から受信フレームを読み出すまでに時間を要することになる。但し、同期フレームの受信タイミングはカウンタ計数回路332でカウント値としてラッチされているため、正確な受信タイミングが求められる。
これら同期フレーム、およびラッチカウント値を元にサンプリングパルス発信回路302を制御してサンプリング同期補正を行う。
The received frame is extracted from the reception buffer memory 312 by the communication software executed by the CPU 301 and processed by the CPU 301. The CPU 301 can recognize the occurrence of a received frame by referring to an internal register of the NIC 313 or by using an interrupt signal for generating a received frame from the NIC 313. In any case, the reception buffer memory 312 receives the received frame. It takes time until the CPU 301 reads the received frame from the reception buffer memory 312 after the frame is stored. However, since the reception timing of the synchronization frame is latched as a count value by the counter counting circuit 332, an accurate reception timing is required.
Sampling synchronization correction is performed by controlling the sampling pulse transmission circuit 302 based on the synchronization frame and the latch count value.

上記したように、非特許文献1で紹介したサンプリング同期制御システム300を実現するには、図11に示すフレーム送受信タイミング制御回路320が必要であり、汎用のネットワーク制御回路(NIC)310のみでは実現できない。また、フレーム着信タイミングを通信ソフトウェアで参照できるようにするため、ソフトウェアが動作するCPU301との連携(バスアクセス)をとる必要があり、フレーム送受信タイミング制御回路320を汎用ネットワーク制御回路310に増設するといった容易な拡張は望めない。このため、上記機構が付加された特殊な通信基板にならざるを得ない。   As described above, in order to realize the sampling synchronization control system 300 introduced in Non-Patent Document 1, the frame transmission / reception timing control circuit 320 shown in FIG. 11 is necessary, and this is realized only by the general-purpose network control circuit (NIC) 310. Can not. Further, in order to be able to refer to the frame arrival timing by communication software, it is necessary to cooperate (bus access) with the CPU 301 on which the software operates, and the frame transmission / reception timing control circuit 320 is added to the general-purpose network control circuit 310. Easy expansion is not possible. For this reason, it must be a special communication board to which the above mechanism is added.

これに対し、サンプリング同期精度が10〜20マイクロ秒、もしくはそれ以上に精度が粗くても許容できる装置には、上記機構を適用せずに汎用のネットワーク制御回路をベースとした通信装置でも同期制御が可能である。   On the other hand, even if the sampling synchronization accuracy is acceptable even if the accuracy is coarser than 10 to 20 microseconds or more, the communication device based on a general-purpose network control circuit without using the above mechanism can also perform synchronous control. Is possible.

そこで本発明は、イーサネット通信用の特殊なフレーム送受信タイミング制御回路を適用せずに、汎用のネットワーク制御回路のみを実装した通信装置相互間でも同期制御が可能な保護リレーシステムを提供することを目的とするものである。   Therefore, the present invention has an object to provide a protection relay system capable of performing synchronous control between communication devices mounted only with a general-purpose network control circuit without applying a special frame transmission / reception timing control circuit for Ethernet communication. It is what.

上記の目的を達成するため、請求項1に記載の発明は、保護対象の各端子に設置されている保護リレー装置の通信機能部をイーサネット通信機能部として構成してイーサネット回線網にそれぞれ接続し、前記保護対象の各端子で計測された電気量に基づくデータを前記イーサネット回線網を介して前記イーサネット通信機能部で相互に送受信することにより前記保護リレー装置の保護制御機能部で電気量データの差動演算を行い、保護対象を保護するようにした保護リレーシステムであって、
前記保護リレー装置のイーサネット通信機能部は、時刻同期プロトコルを備えてクライアントモードで動作するように設定され、
前記ネットワーク網に、前記イーサネット通信機能部に備えたものと同様の時刻同期プロトコルを備えてサーバモードで動作するように設定された時刻サーバを接続し、
前記時刻サーバと保護リレー装置のイーサネット通信機能部とを前記時刻同期プロトコルにより時刻同期を行い、同期時刻をサンプリングアドレスとして前記電気量データに付加するようにしたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, the communication function unit of the protection relay device installed at each terminal to be protected is configured as an Ethernet communication function unit and connected to the Ethernet network. , By transmitting and receiving data based on the electric quantity measured at each terminal to be protected to and from the Ethernet communication function part via the Ethernet network, the protection control function part of the protection relay device transmits the electric quantity data. A protection relay system that performs differential operation and protects the object to be protected.
The Ethernet communication function unit of the protection relay device is set to operate in a client mode with a time synchronization protocol,
A time server set to operate in a server mode with a time synchronization protocol similar to that provided in the Ethernet communication function unit is connected to the network,
The time server and the Ethernet communication function unit of the protection relay device are time-synchronized by the time synchronization protocol, and the synchronization time is added to the electrical quantity data as a sampling address.

本発明によれば、保護リレーの通信回線にイーサネット回線網を適用した保護リレーシステムが実現でき、従来の保護リレーシステムの通信速度や通信フレーム構造の維持が不要となり、より多種多量の電気量情報、装置情報を相手端子に通信できるようになり、多様な保護制御システムの構築が可能となるとともに、汎用のネットワーク設備や環境の利用により設備メンテナンスも容易になる。   According to the present invention, a protection relay system in which an Ethernet network is applied to the communication line of the protection relay can be realized, and it is not necessary to maintain the communication speed and communication frame structure of the conventional protection relay system. The device information can be communicated to the other terminal, so that various protection control systems can be constructed, and facility maintenance is facilitated by using general-purpose network facilities and environments.

また、タイムスタンプ(装置時刻情報)からサンプリングアドレスを生成するので、従来のサンプリングアドレス同期として実施していた特別な通信手続きが不用になるとともに、保護リレー間の時刻同期も時刻サーバと1対1で実施するので、装置起動から保護機能の健全動作までの時間が短縮される。   In addition, since the sampling address is generated from the time stamp (device time information), the special communication procedure performed as the conventional sampling address synchronization is unnecessary, and the time synchronization between the protection relays is also 1: 1 with the time server. Therefore, the time from the start of the device to the sound operation of the protection function is shortened.

さらに、時刻同期に用いるタイムスタンプは計測電気角一致を検索するためのものであり、時刻サーバが管理する時刻値は標準時刻に同期している必要がなく、保護システム専用のローカルネットワーク構成、広域のネットワーク構成のいずれでも系統保護システムの構築が可能である。   In addition, the time stamp used for time synchronization is for searching for the measurement electrical angle coincidence, and the time value managed by the time server does not need to be synchronized with the standard time. A system protection system can be constructed with any of the above network configurations.

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図1は本発明の実施形態による保護リレーシステムのネットワーク接続構成の一例を示す図、図2は本実施形態によるイーサネット通信機能部の一例を示す図であり、図3は端子間の通信フレームフォーマットの一例を示す図、図4はUDP/IPにて電気量データを通信する場合のフレームフォーマットの一例を示す図、図5は端子間の時刻同期に適用される時刻同期プロトコルの通信フレーム構造を示す図、図6は時刻同期タイムスタンプとサンプリングアドレスの関係を示す図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 is a diagram illustrating an example of a network connection configuration of a protection relay system according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram illustrating an example of an Ethernet communication function unit according to the present embodiment, and FIG. 3 is a communication frame format between terminals. FIG. 4 is a diagram showing an example of a frame format when electric quantity data is communicated by UDP / IP, and FIG. 5 is a communication frame structure of a time synchronization protocol applied to time synchronization between terminals. FIG. 6 shows the relationship between the time synchronization time stamp and the sampling address.

(システム構成)
まず、図1を参照して本実施形態による保護リレーシステムについて説明する。
本実施形態による保護リレーシステムは、保護対象である三端子送電線TLの各端子A、BおよびCにそれぞれ保護制御機能部Pと、端子電気量データを相手端子と送受信する通信装置としてのイーサネット(Ethernet)通信機能部ECとから構成された保護リレー装置RY−A、RY−BおよびRY−Cを設置することによって構成されている。
(System configuration)
First, the protection relay system according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
The protection relay system according to this embodiment is an Ethernet as a communication device that transmits and receives protection control function units P and terminal electrical quantity data to and from a partner terminal at each of the terminals A, B, and C of the three-terminal transmission line TL to be protected. (Ethernet) It is configured by installing protective relay devices RY-A, RY-B, and RY-C configured from the communication function unit EC.

また、各保護リレー装置RY−A、RY−BおよびRY−Cのイーサネット通信機能部ECは、それぞれイーサネット通信回線t−a、t−bおよびt−cを介してイーサネット回線網E−NETに接続され、このイーサネット回線網E−NETには、さらにイーサネット通信回線t−sを介して時刻サーバTSが接続されるように構成されている。   The Ethernet communication function units EC of the protection relay devices RY-A, RY-B, and RY-C are connected to the Ethernet network E-NET via the Ethernet communication lines ta, tb, and tc, respectively. The time server TS is connected to the Ethernet line network E-NET via an Ethernet communication line ts.

イーサネット回線網E−NETの通信速度は問わないが、ギガビットなどの高速通信であれば通信遅延が少なく、高い同期精度が確保できるので、できるだけ高速通信の方が好ましい。   The communication speed of the Ethernet network E-NET does not matter, but high-speed communication such as gigabits has less communication delay and can ensure high synchronization accuracy. Therefore, high-speed communication is preferable.

ここで、時刻サーバTSは、汎用コンピュータにNTP(Network Time Protocol;ネットワーク・タイム・プロトコル)やSNTP(Simple NTP)といったネットワークに接続される機器で使用される一般的な「時刻同期プロトコル」を内蔵したものであり、サーバモードで動作するように設定されている。   Here, the time server TS incorporates a general “time synchronization protocol” used in devices connected to a network such as NTP (Network Time Protocol) and SNTP (Simple NTP) in a general-purpose computer. And is configured to operate in server mode.

一方、各端子A〜Cに設置された保護リレー装置RY−A〜RY−Cのイーサネット通信機能部ECは、時刻サーバTSと同様の「時刻同期プロトコル」を内蔵し、クライアントモードで動作するように設定されている。   On the other hand, the Ethernet communication function units EC of the protection relay devices RY-A to RY-C installed at the terminals A to C have the same “time synchronization protocol” as that of the time server TS and operate in the client mode. Is set to

なお、「時刻同期プロトコル」については、例えば(RFC958(Network Time Protocol))で公知であり、また本発明では時刻同期手法について問わないことから説明を省くことにする。   Note that the “time synchronization protocol” is known, for example, as (RFC958 (Network Time Protocol)), and in the present invention, the time synchronization method is not questioned, so the description thereof will be omitted.

次に、図2を参照して各端子A、BおよびCに設けられている保護リレー装置RYのイーサネット通信機能部ECの構成の一例を説明するとともに、本図に基づいて通信フレームの処理経路について説明する。なお、保護制御機能部Pについては従来の電流差動演算部と比較して特に変わるところがないので説明は省略する。   Next, an example of the configuration of the Ethernet communication function unit EC of the protection relay device RY provided at each of the terminals A, B, and C will be described with reference to FIG. Will be described. Since the protection control function part P is not particularly different from the conventional current differential operation part, description thereof is omitted.

図2に示す保護リレー装置RYのイーサネット通信機能部ECは、図11で示した従来例の汎用ネットワーク制御回路と同じ構成のネットワーク制御回路310と、通信ソフトウェアによって構成されたイーサネット通信ドライバ200とを備えている。   The Ethernet communication function unit EC of the protection relay device RY shown in FIG. 2 includes a network control circuit 310 having the same configuration as the general-purpose network control circuit of the conventional example shown in FIG. 11 and an Ethernet communication driver 200 configured by communication software. I have.

ネットワーク制御回路310は、MACレイヤ制御回路314および物理レイヤ制御回路315を有するNIC313と、送信バッファメモリ311と、受信バッファメモリ312と、コネクタ(RJ45)325とから構成されている。ここで、MACレイヤ制御回路314および物理レイヤ制御回路315は、例えば、1つの通信制御LSIに組み込まれて構成されている。   The network control circuit 310 includes a NIC 313 having a MAC layer control circuit 314 and a physical layer control circuit 315, a transmission buffer memory 311, a reception buffer memory 312, and a connector (RJ45) 325. Here, the MAC layer control circuit 314 and the physical layer control circuit 315 are configured to be incorporated in, for example, one communication control LSI.

ネットワーク制御回路310内において、送信バッファメモリ311は、イーサネット通信ドライバ200の送信処理部201で生成された送信フレーム(通信フレームに同じ)を格納し、NIC313が送信処理を開始するまでの一時退避用バッファとして使用される。一方、受信バッファメモリ312はNIC313から出力された受信フレーム(通信フレームに同じ)を格納し、イーサネット通信ドライバ200の受信処理部202が取り出し処理を開始するまでの一時退避用バッファとして使用される。   In the network control circuit 310, the transmission buffer memory 311 stores the transmission frame (same as the communication frame) generated by the transmission processing unit 201 of the Ethernet communication driver 200, and temporarily saves until the NIC 313 starts transmission processing. Used as a buffer. On the other hand, the reception buffer memory 312 stores a reception frame (same as a communication frame) output from the NIC 313, and is used as a temporary save buffer until the reception processing unit 202 of the Ethernet communication driver 200 starts extraction processing.

イーサネット通信機能部ECは以上のように構成されているので、イーサネット通信ドライバ200の送信処理部201が保護制御機能部Pから出力された電気量データを取り込んで生成した送信フレーム(後述する図3の3a〜3f、または図4の4a〜4f)は、送信バッファメモリ311に一時格納され、NIC313に送信開始を要求することにより送信バッファメモリ311からNIC313に取り込まれる。   Since the Ethernet communication function unit EC is configured as described above, a transmission frame generated by the transmission processing unit 201 of the Ethernet communication driver 200 taking in the electric quantity data output from the protection control function unit P (FIG. 3 described later). 3a to 3f or 4a to 4f in FIG. 4 are temporarily stored in the transmission buffer memory 311 and are taken into the NIC 313 from the transmission buffer memory 311 by requesting the NIC 313 to start transmission.

NIC313は取り込んだ送信フレームをMACレイヤ制御回路314にてイーサネットフレームに変換し、その後、物理レイヤ制御回路315にて符号データに変換し、コネクタ(RJ45)325、通信回線tを介して図示しない相手端子へ送出される。   The NIC 313 converts the captured transmission frame into an Ethernet frame by the MAC layer control circuit 314, and then converts it into code data by the physical layer control circuit 315, and then transmits the data to a partner (not shown) via the connector (RJ45) 325 and the communication line t. Sent to the terminal.

一方、図示しない相手端子から通信回線tを経てネットワーク制御回路310で受信された相手端子の符号データは、コネクタ(RJ45)325を介してNIC313に入力され、物理レイヤ制御回路315にて符号変換され、その後MACレイヤ制御回路314にて受信フレームに変換され、受信バッファメモリ312に格納されるとともに、受信フレームの発生を割込み信号によってイーサネット通信ドライバ200の受信処理部202に通知する。割込み信号で起動する受信処理部202は、受信バッファメモリ312から受信フレームを取り出して処理を開始し、処理結果を保護制御機能部Pへ送る。
保護制御機能部Pでは、自端子の電気量データとイーサネット通信ドライバ200から入力した相手端子の電気量データとを用いて保護制御演算を行う。
On the other hand, the code data of the counterpart terminal received by the network control circuit 310 from the counterpart terminal (not shown) via the communication line t is input to the NIC 313 via the connector (RJ45) 325 and code-converted by the physical layer control circuit 315. Thereafter, the frame is converted into a reception frame by the MAC layer control circuit 314 and stored in the reception buffer memory 312, and the generation of the reception frame is notified to the reception processing unit 202 of the Ethernet communication driver 200 by an interrupt signal. The reception processing unit 202 activated by the interrupt signal takes out the received frame from the reception buffer memory 312 and starts processing, and sends the processing result to the protection control function unit P.
In the protection control function unit P, the protection control calculation is performed using the electric quantity data of the own terminal and the electric quantity data of the counterpart terminal input from the Ethernet communication driver 200.

(通信フレームの構成)
次に、図3を参照して、イーサネット通信ドライバ200の送信処理部201が保護制御機能部Pで計測された電気量データを取り込んで生成した送信フレーム(通信フレーム)のフォーマットの第1の例について説明する。
(Composition of communication frame)
Next, referring to FIG. 3, the first example of the format of a transmission frame (communication frame) generated by the transmission processing unit 201 of the Ethernet communication driver 200 taking in the electric quantity data measured by the protection control function unit P Will be described.

図3において、本実施形態で採用する通信フレームはイーサネットフレームに準じた構造を持ち、「宛先アドレスフィールド(6byte)」3a、「発信元アドレスフィールド(6byte)」3b、「タイプフィールド(2byte)」3c、「サンプリングアドレスフィールド;SA(8byte)」3d、「電気量データフィールド(38〜1492byte)」3eおよび「フレームチェックシーケンスコードフィールド;FCS(4byte)」3fの合計6フィールドから構成されている。   In FIG. 3, the communication frame employed in the present embodiment has a structure similar to that of an Ethernet frame, and includes a “destination address field (6 bytes)” 3a, a “source address field (6 bytes)” 3b, and a “type field (2 bytes)”. 3c, “Sampling address field; SA (8 bytes)” 3d, “Electric quantity data field (38 to 1492 bytes)” 3e, and “Frame check sequence code field; FCS (4 bytes)” 3f, a total of 6 fields.

このうち、タイプフィールド3cには、既に定められたタイプ番号以外、もしくはネットワーク内で使用されないプロトコルのタイプ番号を割り当て、「電気量データ通信フレーム」とその他フレームとの識別を可能とする。   Among these, the type field 3c is assigned a type number of a protocol other than a predetermined type number or a protocol that is not used in the network, thereby enabling discrimination between the “electric quantity data communication frame” and other frames.

サンプリングアドレス(SA)3dは電気量データを計測した時刻(タイミング)を示しており、自端子の電気量データと相手端子から受信した電気量データとの差動保護演算を行う際のデータ・インデックスとなる。   The sampling address (SA) 3d indicates the time (timing) when the electric quantity data is measured, and is a data index for performing a differential protection operation between the electric quantity data of the own terminal and the electric quantity data received from the counterpart terminal. It becomes.

なお、各端子A〜Cのサンプリングアドレス(SA)3dは差動保護演算を開始する前に同期させておく必要がある。電気量データ3eは自端子で計測した電流瞬時値や電圧量などであるが、保護区間や方式によって情報の種別やビット長が異なり、しかも限定されるものではないので、ここではデータ細部には触れない。   Note that the sampling address (SA) 3d of each of the terminals A to C needs to be synchronized before starting the differential protection operation. The electric quantity data 3e is an instantaneous current value or a voltage quantity measured at its own terminal, but the type of information and the bit length differ depending on the protection section and method, and are not limited. can not touch.

次に、図4を参照して、イーサネット通信ドライバ200の送信処理部201が保護制御機能部Pから出力された電気量データを取り込んで生成した送信フレーム(通信フレーム)のフォーマットの第2の例について説明する。図4では、各端子A〜C間をUDP/IPにて電気量データを通信する場合のフレーム構造について説明する。   Next, referring to FIG. 4, a second example of the format of a transmission frame (communication frame) generated by the transmission processing unit 201 of the Ethernet communication driver 200 taking in the electric quantity data output from the protection control function unit P Will be described. In FIG. 4, a frame structure in the case where electricity data is communicated between the terminals A to C using UDP / IP will be described.

図4において、UDP/IP通信フレームは、「宛先アドレスフィールド(6byte)」4a、「発信元アドレスフィールド(6byte)」4b、「タイプフィールド(2byte)」4c、「サンプリングアドレスフィールド;SA(8byte)」4d、「電気量データフィールド(10〜1464byte)」4eおよび「フレームチェックシーケンスコードフィールド;FCS(4byte)」4fに加えて、「IPヘッダ(20byte)」4gおよび「UDPヘッダ(8byte)」4hの合計8フィールドから構成されている。   In FIG. 4, the UDP / IP communication frame includes a “destination address field (6 bytes)” 4a, a “source address field (6 bytes)” 4b, a “type field (2 bytes)” 4c, a “sampling address field; SA (8 bytes). "4d", "Electric quantity data field (10 to 1464 bytes)" 4e and "Frame check sequence code field; FCS (4 bytes)" 4f, "IP header (20 bytes)" 4g and "UDP header (8 bytes)" 4h It consists of a total of 8 fields.

各端子A〜C間をUDP/IPで通信する場合は、「MACアドレス」認識ではなく、「IPアドレス」+「ポート番号」の認識で端子間通信が可能となる。また、IP層とUDP層で受信フレームのチェックサム検定が実施されるので受信した電気量データの信頼性が向上する。また、イーサネット通信機能部のソフトウェアあるいはハードウェア構成によっては、図3のようにタイプフィールドに特殊コードを組み込めないケースがあるが、このような場合でもUDP/IPで通信することによって容易に対応可能である。   When the terminals A to C communicate with each other by UDP / IP, the communication between terminals can be performed not by “MAC address” recognition but by recognition of “IP address” + “port number”. In addition, since the checksum test of the received frame is performed in the IP layer and the UDP layer, the reliability of the received electric quantity data is improved. Also, depending on the software or hardware configuration of the Ethernet communication function unit, there is a case where a special code cannot be incorporated into the type field as shown in FIG. 3, but even in such a case, it can be easily handled by communicating with UDP / IP. It is.

次に、図5を参照して、端子A〜C間の時刻同期に適用されるNTP時刻同期プロトコルの通信フレーム構造について説明する。なお、NTP時刻同期プロトコルのフレーム構造自体は公知であり、また本発明では時刻同期手法は問わないので詳しい説明は省く。   Next, a communication frame structure of an NTP time synchronization protocol applied to time synchronization between terminals A to C will be described with reference to FIG. Note that the frame structure of the NTP time synchronization protocol itself is well known, and in the present invention, the time synchronization method is not limited, so detailed description will be omitted.

図5において、NTP時刻同期プロトコルの通信フレームは、「宛先アドレス(6byte)」5a、「発信元アドレス(6byte)」5b、「タイプ(2byte)」5c、「フレームチェックシーケンスコード;FCS(4byte)」5fおよび「IPヘッダ(20byte)」5gおよび「UDPヘッダ(8byte)」5hおよび「NTPデータ(48byte)」5kの合計7フィールドから構成されている。   In FIG. 5, the communication frame of the NTP time synchronization protocol includes “destination address (6 bytes)” 5a, “source address (6 bytes)” 5b, “type (2 bytes)” 5c, “frame check sequence code; FCS (4 bytes)”. "5f", "IP header (20 bytes)" 5g, "UDP header (8 bytes)" 5h, and "NTP data (48 bytes)" 5k, a total of 7 fields.

(作用)
従来の三端子の保護リレーシステムにおけるデータ通信については、既に図8を参照して説明したように、各端子A、B、Cの保護リレー装置RY−A、RY−BおよびRY−Cはあらかじめ主局/従局の設定がなされ、従局は主局のサンプリングタイミングに同調するようタイミング補正し同期をとる。三端子構成のように複数の従局で構成する場合には従局1、従局2と序列を設け、従局1が主局に同期したあと、従局2が従局1に同期するといった順番で同期確立し、サンプリング同期確立を認識したら、SA同期フラグ(図10(B)の制御ビットb5)に基づき端子間のサンプリングアドレス同期を確立する。そして、端子間の保護リレーの各同期確立、及び伝送不良等の各種監視によりシステムが健全であることが確認できた以降から、各端子の保護リレー装置RY−A〜RY−Cが互いに送信する電気量データ及び自端で計測した電気量データを元に系統保護制御を実施するようにしていた。
(Function)
Regarding data communication in the conventional three-terminal protection relay system, as already described with reference to FIG. 8, the protection relay devices RY-A, RY-B, and RY-C of the terminals A, B, and C are previously installed. The master station / slave station is set, and the slave station corrects the timing and synchronizes with the sampling timing of the master station. In the case of a plurality of slave stations such as a three-terminal configuration, the slave station 1 and the slave station 2 are arranged in order, and the slave station 1 synchronizes with the master station, and then the slave station 2 synchronizes with the slave station 1 in order. When the establishment of the sampling synchronization is recognized, the sampling address synchronization between the terminals is established based on the SA synchronization flag (control bit b5 in FIG. 10B). The protection relay devices RY-A to RY-C of each terminal transmit to each other after confirming that the system is healthy by establishing various synchronizations of the protection relays between terminals and various monitoring such as transmission failures. System protection control was performed based on the amount of electricity data and the amount of electricity measured at its own end.

これに対して、本発明の実施形態によるデータ通信では、例えば図1において、各端子A、BおよびCの保護リレー装置RY−A、RY−BおよびRY−Cには従来技術のような主従の設定はなく、各々の保護リレー装置RY−A、RY−BおよびRY−Cは起動以降から時刻サーバTSとのネットワーク同期プロトコルによる時刻同期を行うことで、各端子の保護リレー装置同士の内部時刻を同期化することができる。   On the other hand, in data communication according to the embodiment of the present invention, for example, in FIG. Each of the protection relay devices RY-A, RY-B, and RY-C performs time synchronization using the network synchronization protocol with the time server TS from the start, so that the protection relay devices at each terminal can be internally connected. Time can be synchronized.

次に、図6を参照して時刻同期により取得した同期確立済みのタイムスタンプの用途について説明する。
図6において、時刻サーバTSからイーサネット回線網E−NETを経て、イーサネット通信機能部ECのイーサネット通信ドライバ200およびUDP/IP層を経てネットワーク同期プロトコル処理部401で取得したタイムスタンプ(同期時刻)は、単位変換されてミリ秒単位で保護リレー装置RYの内部時刻としてタイマカウンタ402に格納される。
Next, with reference to FIG. 6, the use of a time stamp that has been established and acquired by time synchronization will be described.
In FIG. 6, the time stamp (synchronization time) obtained from the time server TS via the Ethernet network E-NET, the Ethernet communication driver 200 of the Ethernet communication function unit EC, and the UDP / IP layer by the network synchronization protocol processing unit 401 is The unit is converted and stored in the timer counter 402 as the internal time of the protection relay device RY in milliseconds.

タイマカウンタ402は、サンプリングパルス発信回路404に基づく既定の周期で起動されるサンプリング処理部(電気量計測部)403によって計測された電気量データ(図3の3e、図4の4e)のサンプリングアドレスSA(図3の3d、図4の4d)として採用される(SA値採用)。またサンプリングパルス発信回路404の起動周期(時間幅)をタイマカウンタ値に加算(サンプリング周期時間を加算)することで、保護リレー装置RYの内部時刻を更新するようになっている。   The timer counter 402 is a sampling address of electric quantity data (3e in FIG. 3 and 4e in FIG. 4) measured by a sampling processing unit (electric quantity measuring unit) 403 activated at a predetermined cycle based on the sampling pulse transmission circuit 404. Adopted as SA (3d in FIG. 3, 4d in FIG. 4) (SA value adopted). Further, the internal time of the protection relay device RY is updated by adding the start cycle (time width) of the sampling pulse transmission circuit 404 to the timer counter value (adding the sampling cycle time).

そして、保護リレー装置RY−Aの時刻同期確立、及び伝送不良等の各種監視によりシステムが健全であることが確認できた時点以降、各端子の保護リレー装置RY−B、RY−Cとの間で互いに送信する電気量データ及び自端で計測した電気量データに基づいて電流差動保護演算を実施する。   And after the time when it can be confirmed that the system is sound by various types of monitoring such as time synchronization establishment of the protection relay device RY-A and transmission failure, it is between the protection relay devices RY-B and RY-C of each terminal. The current differential protection calculation is performed based on the electrical quantity data transmitted to each other and the electrical quantity data measured at its own end.

本実施形態では、図1に示したとおり、全ての端子は1つのイーサネット回線網(E−NET)に接続されているので、図3あるいは図4に示した通信フレームのとおり、通信フレーム内部に「宛先アドレス」3aあるいは4aを付加することで、受信したフレームが自端子に有効な受信フレーム(電気量データ)であるか否かの判定が可能である。   In the present embodiment, as shown in FIG. 1, all terminals are connected to one Ethernet network (E-NET). Therefore, as shown in FIG. 3 or FIG. By adding the “destination address” 3a or 4a, it is possible to determine whether or not the received frame is a reception frame (electric quantity data) that is valid at its own terminal.

また、フレーム受信処理は従来の保護リレーと同様に相手端子数だけ実施する必要があるが、フレーム送信処理については「宛先アドレス」をマルチキャストアドレスやブロードキャストアドレスとして配信することで、1回のフレーム送信処理で全ての相手端子へ配信することができる。   Also, frame reception processing needs to be performed as many as the number of counterpart terminals in the same way as conventional protection relays. However, for frame transmission processing, “destination address” is distributed as a multicast address or broadcast address, so that one frame transmission is performed. It can be distributed to all counterpart terminals by processing.

ここで、保護区間が異なる複数の保護リレーが1つのネットワーク上に接続される場合は、マルチキャスト配信にして、別の保護区間の保護リレー装置に通信フレームを配信されないようにすることができる。図1のように1つの保護区間で閉じたネットワーク内であればブロードキャスト配信でもよい。   Here, when a plurality of protection relays with different protection intervals are connected to one network, multicast distribution can be performed so that the communication frame is not distributed to the protection relay device in another protection interval. Broadcast distribution may be used as long as the network is closed in one protection section as shown in FIG.

(効果)
以上述べたように、本発明の実施形態によれば、保護リレーの通信回線にネットワーク(イーサネット回線網)を適用した保護リレーシステムが実現でき、従来の保護リレー装置の通信速度や通信フレーム構造の維持が不要となり、より多種多量の電気量情報、装置情報を相手端子に通信することができるようになり、多様な保護制御システムの構築が可能となるとともに、汎用のネットワーク設備や環境の利用により設備メンテナンスも容易になる。
(effect)
As described above, according to the embodiment of the present invention, a protection relay system in which a network (Ethernet line network) is applied to the communication line of the protection relay can be realized, and the communication speed and communication frame structure of the conventional protection relay device can be realized. Maintenance is no longer required, and a greater amount of electricity information and device information can be communicated to the other terminal, enabling the construction of various protection control systems and the use of general-purpose network equipment and environments. Equipment maintenance is also easy.

また、タイムスタンプ(装置時刻情報)からサンプリングアドレスを生成するので、従来のサンプリングアドレス同期として実施していた特別な通信手続きが不用になるとともに、保護リレー装置間の時刻同期も時刻サーバTSと1対1で実施するので、装置起動から保護機能部Pの健全動作までの時間を短縮することができる。   In addition, since the sampling address is generated from the time stamp (device time information), a special communication procedure performed as conventional sampling address synchronization is unnecessary, and time synchronization between the protection relay devices is also performed with the time server TS. Since the operation is performed on a one-to-one basis, the time from the start of the device to the sound operation of the protection function unit P can be shortened.

さらに、時刻同期に用いるタイムスタンプは計測電気角の一致を検索するためのものであり、時刻サーバTSが管理する時刻値は標準時刻に同期している必要がなく、保護リレーシステム専用のローカルネットワーク構成でも、広域のネットワーク構成のいずれでも系統保護システムの構築が可能である。   Further, the time stamp used for time synchronization is for searching for coincidence of the measured electrical angle, and the time value managed by the time server TS does not need to be synchronized with the standard time, and is a local network dedicated to the protection relay system. A system protection system can be constructed with either a configuration or a wide-area network configuration.

本発明の実施形態によるイーサネット接続の電流差動リレーによる三端子の系統保護システム構成図。The line protection system block diagram of the 3 terminal by the current differential relay of the Ethernet connection by embodiment of this invention. 本発明の実施形態によるイーサネット通信機能部の一例を示す図。The figure which shows an example of the Ethernet communication function part by embodiment of this invention. 端子間の通信フレームフォーマット例を示す図。The figure which shows the example of a communication frame format between terminals. UDP/IP通信適用時の端子間の通信フレームフォーマット例を示す図。The figure which shows the example of a communication frame format between terminals at the time of UDP / IP communication application. NTP時刻同期プロトコルの通信フレームフォーマット例を示す図。The figure which shows the example of a communication frame format of an NTP time synchronous protocol. 時刻同期タイムスタンプとサンプリングアドレスの関係を示す図。The figure which shows the relationship between a time synchronous time stamp and a sampling address. 従来の電流差動リレーによる二端子の系統保護システム構成図。The system diagram of a two-terminal system protection system using a conventional current differential relay. 従来の電流差動リレーによる三端子の系統保護システム構成図。FIG. 3 is a configuration diagram of a three-terminal system protection system using a conventional current differential relay. GPS同期を採用した電流差動リレーによる二端子の系統保護システム構成図。The line protection system block diagram of the 2 terminal by the current differential relay which employ | adopted GPS synchronization. 従来の電流差動リレーで適用される通信フレームフォーマット例を示す図。The figure which shows the example of a communication frame format applied with the conventional current differential relay. 従来のネットワーク制御回路の構成図。The block diagram of the conventional network control circuit.

符号の説明Explanation of symbols

A、B、C…端子、RY−A、RY−B、RY−C…保護リレー装置、P…保護制御機能部、EC…イーサネット通信機能部、E−NET…イーサネット回線網、TS…時刻サーバ、t…通信回線、200…イーサネット通信ドライバ、201…送信処理部、202…受信処理部、310…ネットワーク制御回路、311…送信バッファメモリ、312…受信バッファメモリ、313…NIC、314…MACレイヤ制御回路、315…物理レイヤ制御回路、325…コネクタ(RJ45)。   A, B, C ... terminals, RY-A, RY-B, RY-C ... protection relay device, P ... protection control function unit, EC ... Ethernet communication function unit, E-NET ... Ethernet network, TS ... time server , T ... communication line, 200 ... Ethernet communication driver, 201 ... transmission processing unit, 202 ... reception processing unit, 310 ... network control circuit, 311 ... transmission buffer memory, 312 ... reception buffer memory, 313 ... NIC, 314 ... MAC layer Control circuit, 315, physical layer control circuit, 325, connector (RJ45).

Claims (3)

保護対象の各端子に設置されている保護リレー装置の通信機能部をイーサネット通信機能部として構成してイーサネット回線網にそれぞれ接続し、前記保護対象の各端子で計測された電気量に基づくデータを前記イーサネット回線網を介して前記イーサネット通信機能部で相互に送受信することにより前記保護リレー装置の保護制御機能部で電気量データの差動演算を行い、保護対象を保護するようにした保護リレーシステムであって、
前記保護リレー装置のイーサネット通信機能部は、時刻同期プロトコルを備えてクライアントモードで動作するように設定され、
前記ネットワーク網に、前記イーサネット通信機能部に備えたものと同様の時刻同期プロトコルを備えてサーバモードで動作するように設定された時刻サーバを接続し、
前記時刻サーバと保護リレー装置のイーサネット通信機能部とを前記時刻同期プロトコルにより時刻同期を行い、同期時刻をサンプリングアドレスとして前記電気量データに付加するようにしたことを特徴とする保護リレーシステム。
The communication function part of the protection relay device installed at each terminal to be protected is configured as an Ethernet communication function part and connected to the Ethernet network respectively, and data based on the amount of electricity measured at each terminal to be protected A protection relay system that performs differential operation of the electrical quantity data in the protection control function unit of the protection relay device by mutual transmission and reception by the Ethernet communication function unit via the Ethernet line network to protect the protection target Because
The Ethernet communication function unit of the protection relay device is set to operate in a client mode with a time synchronization protocol,
A time server set to operate in a server mode with a time synchronization protocol similar to that provided in the Ethernet communication function unit is connected to the network,
A protection relay system, wherein the time server and the Ethernet communication function unit of the protection relay device are time-synchronized by the time synchronization protocol, and the synchronization time is added to the electrical quantity data as a sampling address.
時刻サーバの時刻同期プロトコルで計測したタイムスタンプを元にサンプリングアドレスを生成することにより、自端子と相手端子の計測電気角が一致した電気量情報で差動演算を行うことを特徴とする請求項1記載の保護リレーシステム。   The differential calculation is performed with the electrical quantity information in which the measured electrical angles of the own terminal and the counterpart terminal coincide with each other by generating a sampling address based on the time stamp measured by the time synchronization protocol of the time server. The protection relay system according to 1. 保護リレー装置のイーサネット通信機能部は、イーサネット回線網に接続されるとともに、ネットワークインターフェースコントローラ、送信バッファメモリ、受信バッファメモリおよびコネクタを備えたネットワーク制御回路と、当該ネットワーク制御回路と保護制御機能部との間に接続されて送信処理および受信処理を行うイーサネットドライバと、から構成されていることを特徴とする請求項1記載の保護リレーシステム。   An Ethernet communication function unit of the protection relay device is connected to the Ethernet network, and includes a network control circuit including a network interface controller, a transmission buffer memory, a reception buffer memory, and a connector, the network control circuit and the protection control function unit, The protection relay system according to claim 1, further comprising: an Ethernet driver that is connected between the two and performs transmission processing and reception processing.
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