JP2011188644A - Protective relay device, control method for the same, control program for the same, and protective relay system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電力系統の事故を検出し、故障区間を切り離すための保護リレー装置に係り、特に、高速ネットワークを適用した保護リレー装置、その制御方法及び制御プログラム並びに保護リレーシステムに関する。 The present invention relates to a protection relay device for detecting an accident in a power system and separating a failure section, and more particularly to a protection relay device to which a high-speed network is applied, a control method and control program therefor, and a protection relay system.
電流差動リレーは、送電線保護を目的として、送電線端子間に配置される。この電流差動リレーは、各端子における電流量や電圧量(以下、電気量とする)を演算することによって、系統事故を検出できる。 The current differential relay is disposed between power transmission line terminals for the purpose of power transmission line protection. This current differential relay can detect a system fault by calculating a current amount and a voltage amount (hereinafter referred to as an electric amount) at each terminal.
[電気量演算]
このような系統事故を検出するための電気量演算の代表的な一例としては、電流差動演算が挙げられる。電流差動演算は、任意の回路網に対して流入/流出する電流量の総和はゼロである、というキルヒホッフの電流法則に基づく演算である。つまり、保護区間の各端子に設置された計器用変成器等からの検出値に基づいて、各々に接続された電流差動リレーが電流量データを計測し、これを通信により伝送し合うことにより、電流量の総和を演算する。
[Electricity calculation]
A typical example of the electric quantity calculation for detecting such a system fault is a current differential calculation. The current differential operation is an operation based on Kirchhoff's current law that the total amount of current flowing into and out of an arbitrary network is zero. In other words, based on detection values from instrument transformers installed at each terminal of the protection section, current differential relays connected to each measure current amount data and transmit them by communication. The sum of the current amounts is calculated.
電流量の総和がゼロ以外であれば、電流差動リレーは、保護区間内に事故が発生したと判断する。事故を検出した電流差動リレーは、電力系統から当該故障区間の切り離しが行われるように、遮断器等へ制御信号を出力する。このように、電流差動リレーは、送電線保護を行う保護リレー装置の一種である。 If the total amount of current is other than zero, the current differential relay determines that an accident has occurred within the protection section. The current differential relay that detects the accident outputs a control signal to a circuit breaker or the like so that the failure section is disconnected from the power system. Thus, the current differential relay is a type of protection relay device that performs power transmission line protection.
かかる電気量演算を行うには、各端子の電気量データが必要である。このため、各保護リレー装置は、自端子の電気量データを計測する必要がある。そして、各保護リレー装置は、計測した自端子の電気量データを、専用回線によるシリアル通信を介して、他端子に配置された保護リレー装置へ送信している。 In order to perform such electric quantity calculation, electric quantity data of each terminal is necessary. For this reason, each protection relay apparatus needs to measure the electric quantity data of its own terminal. And each protection relay apparatus is transmitting the measured electric quantity data of the own terminal to the protection relay apparatus arrange | positioned at the other terminal via the serial communication by a dedicated line.
ここで、電気量演算においては、各端子における電気量の計測タイミングが、高精度に同期している必要がある。これは、サンプリング同期と呼ばれている。このようなサンプリング同期を実現するための代表技術として、電流差動リレー方式に適用されている技術の一例が、特許文献1に開示されている。
Here, in the electric quantity calculation, the measurement timing of the electric quantity at each terminal needs to be synchronized with high accuracy. This is called sampling synchronization. As a representative technique for realizing such sampling synchronization, an example of a technique applied to a current differential relay system is disclosed in
また、電気量演算は、同一電気角の電気量データ同士で行う必要もある。このため、各端子における保護リレー装置は、それぞれが計測した電気量データに、計測時電気角を表現するサンプリングアドレスを付加する。そして、各保護リレー装置は、自端子が計測した電気量データと相手端子から受信した電気量データとで、サンプリングアドレスが同一のデータを用いた演算を行っている。 In addition, the electric quantity calculation needs to be performed between electric quantity data of the same electric angle. For this reason, the protection relay device at each terminal adds a sampling address expressing the electrical angle at the time of measurement to the electrical quantity data measured by each terminal. And each protection relay apparatus is calculating using the data with the same sampling address with the electric quantity data which the self terminal measured, and the electric quantity data received from the other party terminal.
なお、電気量演算の方式は、保護方式によって異なる。演算に用いる電気量データについては、瞬時の電気量で直接演算する方式や、過去n回のサンプリング分の統計結果を元にして演算する方式、などがある。本発明は、適用される具体的な演算方式を限定するものではないため、これらの詳細は省略する。 The method of calculating the amount of electricity differs depending on the protection method. As for the electric quantity data used for the calculation, there are a method of calculating directly with an instantaneous electric amount, a method of calculating based on statistical results of the past n samplings, and the like. The present invention does not limit the specific calculation method to be applied, and therefore details thereof will be omitted.
[タイミング同期]
上記のような電気量計測や相手端通信の実施タイミングは、一般的には、系統周波数を基準にして行われる。例えば、東日本では、主に50Hzの電気角30度の間隔で実施する。西日本では60Hzの電気角30度の間隔で実施する。すると、東日本の通信周期と西日本の通信周期とは、次のようになる。
[Timing synchronization]
In general, the measurement timing of the electric quantity and the counterpart communication are performed based on the system frequency. For example, in eastern Japan, it is carried out mainly at intervals of 30 degrees electrical angle of 50 Hz. In western Japan, it will be conducted at intervals of 30 degrees of 60Hz electrical angle. Then, the communication cycle of East Japan and the communication cycle of West Japan are as follows.
東日本での通信周期:1/(50Hz×(30度/360度))=1.666ミリ秒
西日本での通信周期:1/(60Hz×(30度/360度))=1.388ミリ秒
このように、東日本と西日本では通信周期(帯域)が異なることから、通信するデータ量やデータ構造がそれぞれ異なっている。
Communication cycle in East Japan: 1 / (50 Hz × (30 degrees / 360 degrees)) = 1.666 milliseconds Communication period in West Japan: 1 / (60 Hz × (30 degrees / 360 degrees)) = 1.388 milliseconds As described above, since the communication period (bandwidth) is different between East Japan and West Japan, the amount of data to be communicated and the data structure are different.
また、実際のサンプリング同期方式では、高精度な同期を実現するために、次のような機能を電流差動リレーに持たせている。
・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
・同期補正要素を取得可能とする。
In the actual sampling synchronization method, the current differential relay is provided with the following functions in order to realize highly accurate synchronization.
・ Minimize fluctuations in delay time that occur in information frame communication.
この機能を実現するための具体的な方法は、以下の通りである。
・フレーム送信タイミングを固定化する機構を備える
・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保持/取得する機構を備える
A specific method for realizing this function is as follows.
・ Equipped with a mechanism to fix the frame transmission timing ・ Stabilization of transmission line delay time using a dedicated line ・ Equipped with a mechanism to maintain / acquire frame reception timing
[オシロ機能]
さらに、保護リレー装置を用いた保護システムの一環として、電気量データを収集するオシロ機能がある。オシロ機能を実現するためのオシロ装置は、実際には、計算機やパーソナルコンピュータに相当する外部機器で構成されている。このオシロ装置による電気量データ収集は、次のいずれかの方法によって実施される。
[Oscilloscope function]
Further, as part of a protection system using a protection relay device, there is an oscilloscope function that collects electric quantity data. An oscilloscope for realizing the oscilloscope function is actually composed of an external device corresponding to a computer or a personal computer. Electric quantity data collection by the oscilloscope is performed by one of the following methods.
・オシロ装置からの指令によって、保護リレー装置における電気量データを読み出す
・保護リレー装置からオシロ装置へ、特定周期で電気量データを送信する
いずれも、保護リレー装置とオシロ装置間の固有通信によって行われる。
・ Reads the electrical quantity data in the protection relay device according to the command from the oscilloscope device. ・ Transmits the electrical quantity data from the protection relay device to the oscilloscope device at a specific cycle. Is called.
なお、保護リレー装置で扱う電気量データは、保護リレー装置のアナログ入力部を経由し、かつ不要成分をフィルタした加工データである。このため、目的によっては、オシロ装置にアナログ入力機構を持たせ、生の電気量データを収集するものもある。 The electrical quantity data handled by the protection relay device is processed data obtained by filtering unnecessary components via the analog input unit of the protection relay device. For this reason, depending on the purpose, some oscilloscopes have an analog input mechanism to collect raw electricity data.
また、オシロ機能には、電気量データ推移のトレンド表示や、電気量データを用いた計測制御などもある。本発明は、いずれかのオシロ機能に限定するものではないため、詳細は省略する。 Further, the oscilloscope function includes a trend display of electricity quantity data transition and measurement control using the electricity quantity data. Since the present invention is not limited to any oscilloscope function, details are omitted.
[データ通信動作]
上記のような従来の保護リレーシステムでのデータ通信動作の一例について、図14〜図16を参照して説明する。図14は、二端子(a,b)の保護リレーシステムの構成例であり、図15は、三端子(a,b,c)の保護リレーシステムの構成例である。
[Data communication operation]
An example of the data communication operation in the conventional protection relay system as described above will be described with reference to FIGS. FIG. 14 is a configuration example of a two-terminal (a, b) protection relay system, and FIG. 15 is a configuration example of a three-terminal (a, b, c) protection relay system.
各端子の保護リレー装置400A〜400Cは、シリアル伝送路Laを介して接続されている。各保護リレー装置400A〜400Cは、自端子の電気量データを計測する保護制御部410、電気量データを伝送するシリアル伝送部420を有している。
The
かかる保護リレーシステムにおいて、保護リレー装置400A〜400C間で通信されるフレーム構成例を、図16に示す。図16は、50Hz系の通信フレームフォーマットの一例である。この通信フレームフォーマットでは、1フレーム90bitであり、各12bitの電気量データA〜Dが含まれている。
In such a protection relay system, an example of a frame configuration communicated between the
制御ビット(7bit)の展開例は、図17の通りである。図17における各ビットの意味は次の通りである。
同期制御1,2:サンプリングタイミング同期制御に用いる。自端子と相手端子のサンプリングタイミングをカウント値に変換した値である。
レディ:自端装置の状態を示す。不良検出状態などに用いる。
制御1,2:任意。制御指令や制御状態などに用いる。
SA同期フラグ:サンプリングアドレス(SA)同期制御に用いる。
なお、制御1、制御2、SA同期フラグの内容は、フレーム番号に対応するものがある。
An example of the development of the control bit (7 bits) is as shown in FIG. The meaning of each bit in FIG. 17 is as follows.
Ready: Indicates the state of the end device. Used for defect detection status.
SA synchronization flag: Used for sampling address (SA) synchronization control.
Note that the contents of the
ここで、各保護リレー装置400A〜400Cは、あらかじめ主局/従局の設定がなされている。従局は、主局のサンプリングタイミングに同調するように、タイミング補正して同期をとる。図15に示す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と序列を設ける。この場合、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する。
Here, each of the
サンプリング同期確立を認識したら、SA同期フラグ(図17の制御ビットb5)に基づいて、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装置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を確認する。確認ができた以降から、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子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 the SA synchronization flag (control bit b5 in FIG. 17). And it confirms that a system is sound by various monitorings, such as each synchronization establishment of a protection relay apparatus between terminals, and a transmission failure. After the confirmation, the protection relay device of each terminal performs system protection control based on the electric quantity data transmitted to each other and the electric quantity data measured at its own terminal.
なお、これら相手端子に向けたデータ通信では、図15に示した通り、相手端子ごとに伝送路が配置される。このため、図16に示した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、伝送路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している。 In the data communication directed to these counterpart terminals, a transmission path is arranged for each counterpart terminal as shown in FIG. Therefore, there is no reception destination (partner device address) information in the communication frame shown in FIG. Further, since the transmission path is individually installed for each counterpart terminal, the frame transmission process and the frame reception process are performed as many times as the counterpart terminal.
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により省略する。なお、サンプリングタイミング毎に、図16で示すフレームを送出していることから、通信回線上のアイドル(無通信)時間は無い。
The detailed technique of the sampling synchronization method and the synchronization establishment determination is omitted from
さらに、図15には、オシロ装置430が設置されている。このオシロ装置430と保護リレー装置400Bとの関係について述べる。オシロ装置430と保護リレー装置400Bは、専用通信線Lbで接続されている。この専用通信線Lbを介して、オシロ装置430から収集開始の指令を、保護リレー装置400Bに通知する。
Further, in FIG. 15, an
指定量の電気量データが保護リレー装置400Bの内部に蓄積されると、収集完了となる。収集したデータは、保護リレー装置400Bによって、専用通信線Lbを介して、オシロ装置430に送信される。オシロ装置430は、受信した収集データを元に、トレンド表示や計測演算を行う。
When the specified amount of electricity data is accumulated in the
ところで、以上のような従来の保護リレー装置においては、以下のような課題があった。
[専用の通信設備が必要]
従来技術の電流差動リレーに適用されている通信方式を実現するには、特殊機構を実装した専用の通信インタフェースが必要となる。特殊機構とは、例えば、背景技術で述べたようなフレーム送信タイミングの固定化やフレーム受信タイミングの保持/取得をするための機構である。なお、ここでいう通信インタフェースには、ハードウェアとソフトウェアの両方が含まれる。
By the way, the conventional protection relay device as described above has the following problems.
[Dedicated communication equipment is required]
In order to realize the communication method applied to the current differential relay of the prior art, a dedicated communication interface equipped with a special mechanism is required. The special mechanism is, for example, a mechanism for fixing frame transmission timing and holding / acquiring frame reception timing as described in the background art. Note that the communication interface here includes both hardware and software.
このような専用の通信インタフェースの開発には、一般的な通信インタフェースと比べて開発コストも大きい。特に、ハードウェアについては、汎用性の低い部品、素子を採用せざるを得ない場合もあり、余計な保守コストがかかる。また、背景技術で述べたように、系統周波数で通信タイミングや通信データ構造が異なるため、それぞれのソフトウェア、ハードウェアの開発/保守が必要となる。 The development cost of such a dedicated communication interface is higher than that of a general communication interface. In particular, with regard to hardware, there may be a case where parts and elements having low versatility have to be employed, and extra maintenance costs are required. Further, as described in the background art, since communication timing and communication data structure differ depending on the system frequency, development / maintenance of each software and hardware is required.
さらに、上述の保護システムとオシロ装置間のデータ授受は、専用通信線による固有通信を採用している。このため、オシロ装置を実現するコンピュータ等には、保護リレー装置との間の専用の通信ポート及び通信機能を実装する必要がある。 Furthermore, data communication between the above-described protection system and the oscilloscope employs unique communication using a dedicated communication line. For this reason, it is necessary to mount a dedicated communication port and a communication function with the protection relay device in a computer or the like that realizes the oscilloscope device.
[通信データ量の限界]
通信回線や中継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、標準で54Kbpsに過ぎない。図16に示した例では、1フレーム長(90bit)×1サイクル(12フレーム)×50Hz=54000(54kbps)となっている。
[Limit of communication data volume]
Due to restrictions on the specifications of communication equipment such as communication lines and relay equipment, the communication speed of current communication facilities is only 54 Kbps as a standard. In the example shown in FIG. 16, 1 frame length (90 bits) × 1 cycle (12 frames) × 50 Hz = 54000 (54 kbps).
このため、1回の通信フレームに組み込める電気量データは、非常に少なくなる。例えば、通信フレームに、電流差動演算に必要な電気量データ、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)を含めることを想定する。すると、1回の通信フレームの電気量データは、3〜4量になってしまう。 For this reason, the amount of electricity data that can be incorporated into one communication frame is very small. For example, it is assumed that the communication frame includes the electrical quantity data necessary for the current differential calculation, the data transmission cycle, and the communication frame defect test information (CRC code, fixed bit, etc.). Then, the electric quantity data of one communication frame becomes 3 to 4 quantities.
これに対処するため、電気量データを加工する、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。例えば、電気量データの加工については、次のようなものが挙げられる。
・計測電気量データをフィルタして、ビット長を圧縮する
・低速更新が許容されるデータを分解/合成する。
In order to cope with this, measures such as processing electric quantity data and optimizing the communication frame format for each protection system are being implemented. For example, the following is mentioned about processing of electric quantity data.
• Filter the measured electrical quantity data to compress the bit length. • Decompose / synthesize data that allows slow updates.
しかし、上記のような通信データ量の限界は、端子間のデータ通信にさらなる問題を生じさせている。一つの問題は、限られた通信帯域を効率良く使用しなければならないため、通信データの冗長化が困難なことである。冗長化がなされていないと、一過性の通信不良が発生した場合にも、保護機能に影響を及ぼす可能性がある。例えば、通信回線や中継機器などの通信設備に、瞬時外乱が生じたことによって、通信データが欠損した場合を想定する。かかる場合には、冗長化がなされていなければ、回復までに必要な数サイクルの期間は、保護機能がロックされてしまう。 However, the limit of the communication data amount as described above causes a further problem in data communication between terminals. One problem is that redundancy of communication data is difficult because a limited communication band must be used efficiently. Without redundancy, there is a possibility that the protection function will be affected even if a temporary communication failure occurs. For example, it is assumed that communication data is lost due to an instantaneous disturbance in a communication facility such as a communication line or a relay device. In such a case, if no redundancy is provided, the protection function is locked for several cycles required for recovery.
他の問題は、通信速度の拡張性である。上記のような現状のデータ通信においては、通信帯域を100%使用することになる。このため、各端子の電気量データ収集に要する時間は、ほぼ固定となる。すると、系統保護応動を現状より高速化することは、困難になってしまう。 Another problem is scalability of communication speed. In the current data communication as described above, 100% of the communication band is used. For this reason, the time required for collecting electric quantity data at each terminal is substantially fixed. Then, it becomes difficult to speed up the system protection response from the current level.
[GPS同期]
なお、専用回線による通信ではなく、高速の多重回線を用いた形態も実用化されている。この場合は、上記のような専用回線による問題は無くなる。しかし、通信フレームの多重化処理のため、フレーム発着信タイミングは安定せず、従来技術のサンプリング同期制御の採用は難しい。これに対処するため、図18に示すように、GPS装置を電流差動リレーの各端子に設置し、GPSの時刻に各端子が同期することで、サンプリングタイミングを合わせることが行われている。
[GPS synchronization]
Note that a form using a high-speed multiplex line instead of communication using a dedicated line has been put into practical use. In this case, the problem due to the dedicated line as described above is eliminated. However, due to the multiplexing process of the communication frame, the frame transmission / reception timing is not stable, and it is difficult to adopt the conventional sampling synchronization control. In order to cope with this, as shown in FIG. 18, a GPS device is installed at each terminal of a current differential relay, and the sampling timing is adjusted by synchronizing each terminal with the GPS time.
ところが、このGPS同期には、運用面で以下の数点の問題がある。
・米国の軍用衛星を利用するため、永続的な利用が保証されていない
・電波受信が安定良好なアンテナ設置場所の確保が必要となる
・GPS装置自体にコストがかかる
・他機器からの電波の影響による受信不能が生じる
・意図的な電波妨害による受信不能が生じる
結局、かかる問題点を解決するためには、運用面、経済面及び安定性などに負担や制約がかかる。
However, this GPS synchronization has the following problems in terms of operation.
・ Because US military satellites are used, permanent use is not guaranteed. ・ It is necessary to secure an antenna installation place where radio wave reception is stable and stable. ・ The GPS device itself is expensive. ・ Radio waves from other devices are required. Unable to receive due to influence ・ Unable to receive due to intentional radio interference After all, in order to solve such problems, there are burdens and restrictions on operational, economic and stability.
本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであり、その目的は、特殊な機構等を導入することなく、開発コストや保守コストが低減でき、多種多量な情報を通信可能とすることにより、保護機能を継続して維持でき、また系統保護応動の高速化に寄与する保護リレー装置、その制御方法及び制御プログラム並びに保護リレーシステムを提供することにある。 The present invention has been proposed in order to solve the above-described problems of the prior art, and its purpose is to reduce development costs and maintenance costs without introducing a special mechanism or the like. It is an object of the present invention to provide a protection relay device, a control method and a control program therefor, and a protection relay system that can maintain a protection function continuously by enabling communication of various information and contribute to speeding up system protection response.
上記のような目的を達するため、本発明は、電力系統に設けられた検出手段からの電気量データを取得する電気量取得部と、前記電気量データを通信ネットワークを介して通信する通信インタフェースを有する保護リレー装置において、時刻サーバと同期した時刻(以降、同期時刻と称する)を保持する時刻保持部を有し、前記電気量取得部は、所定のサンプリング周期で取得した電気量データと、そのサンプリングタイミングで同期時刻から抽出したサンプリング時刻(サンプリングアドレスと同一機能であり、以後SAと称する)とを含む送信データを生成する送信データ生成部を有し、前記通信インタフェースは、前記送信データを、イーサネットの通信フレームとするイーサ通信部を有することを特徴とする。なお、本発明は、上記の各部の機能をコンピュータにより実現するための制御方法及び制御プログラムとして捉えることもできる。 In order to achieve the above object, the present invention includes an electric quantity acquisition unit that acquires electric quantity data from detection means provided in an electric power system, and a communication interface that communicates the electric quantity data via a communication network. A protection relay device having a time holding unit that holds a time synchronized with a time server (hereinafter referred to as a synchronization time), wherein the electric quantity acquisition unit includes electric quantity data acquired at a predetermined sampling period, A transmission data generation unit that generates transmission data including a sampling time extracted from the synchronization time at the sampling timing (which has the same function as the sampling address, hereinafter referred to as SA), and the communication interface It is characterized by having an Ethernet communication unit as an Ethernet communication frame. In addition, this invention can also be grasped | ascertained as a control method and control program for implement | achieving the function of each said part with a computer.
以上のような本発明では、サンプリング時刻を付加した電気量データを、イーサネットにより通信することにより、特殊なハードウェア機構の採用が不要となり、汎用的な処理構成で、高精度な時刻同期が実現できる。そして、汎用のネットワーク設備や環境の利用によって、設備メンテナンスも容易になる。同時に、系統周波数への依存がなくなるため、系統周波数にかかわらず、通信機能を共有することが可能となる。したがって、開発コストや保守コストが低減できる。 In the present invention as described above, it is not necessary to adopt a special hardware mechanism by communicating the electrical quantity data with the sampling time added via Ethernet, and high-precision time synchronization is realized with a general-purpose processing configuration. it can. Equipment maintenance is also facilitated by using general-purpose network equipment and the environment. At the same time, since there is no dependence on the system frequency, the communication function can be shared regardless of the system frequency. Therefore, development costs and maintenance costs can be reduced.
以上のような本発明によれば、特殊な機構を不要として開発コストや保守コストを低減でき、多種多量な情報を通信可能とすることにより、保護機能を継続して維持できる。 According to the present invention as described above, a special mechanism is not required, development costs and maintenance costs can be reduced, and a large amount of information can be communicated, so that the protection function can be continuously maintained.
本発明を実施するための形態を、図面を参照して説明する。
[1.実施形態の構成]
[1−1.全体構成]
図1に示すように、本実施形態の保護システムは、LANケーブルL等を介して、通信ネットワークNに接続された保護リレー装置100A,100B,100C(以下、端子で区別しない場合には、単に100とする)、時刻サーバ200、オシロ装置300によって構成されている。本実施形態においては、送電線Wに設置された計器用変成器等の検出手段から電気量を検出する端子を、三つとした三端子(a,b,c)構成としている。但し、本発明はこれに限定されるものではない。
A mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
[1. Configuration of Embodiment]
[1-1. overall structure]
As shown in FIG. 1, the protection system according to the present embodiment is simply connected to the
保護リレー装置100及びオシロ装置300は、その各部の機能を、コンピュータを所定のプログラムで制御することによって実現できる。この場合のプログラムは、コンピュータのハードウェアを物理的に活用することで、以下に説明する各部の機能を実現するものであり、かかるプログラム及びプログラムを記録した記録媒体は、単独でも本発明の一態様である。また、通信やデータ処理に必要なデータベース、所定の周期等の設定値の記憶、データやフレーム等を一時的に保持するバッファ等は、コンピュータに設定された記憶部において実現される。この記憶部としては、現在又は将来において利用可能なあらゆるメモリ、ディスク等の記憶媒体が適用可能である。
The protection relay device 100 and the
[1−2.通信ネットワーク]
通信ネットワークNとしては、イーサネット(Ethernet:登録商標)を用いる。イーサネットは、ISO参照モデルにおける物理層及びデータリンク層の処理を定めたネットワークの規格である。この規格は、現在、その規模を問わず、多くのLAN、MAN及びWANで使用されている。また、イーサネットは、IEEE802.3及びその拡張機能とほぼ同様の規格である。本発明においても、両者は同義と捉えてもよい。
[1-2. Communication network]
As the communication network N, Ethernet (registered trademark) is used. Ethernet is a network standard that defines physical layer and data link layer processing in the ISO reference model. This standard is currently used in many LANs, MANs and WANs, regardless of their size. Ethernet is a standard that is almost the same as IEEE 802.3 and its extended functions. In the present invention, both may be regarded as synonymous.
なお、通信ネットワークNに適用するイーサネットの通信速度は問わない。但し、ギガビットイーサネットなどの高速通信を採用した方が、伝送遅延が少なく、高い同期精度が確保できるとともに、より大容量の通信データを送受信することが可能となる。 Note that the Ethernet communication speed applied to the communication network N does not matter. However, if high-speed communication such as Gigabit Ethernet is employed, transmission delay is small, high synchronization accuracy can be ensured, and larger-capacity communication data can be transmitted and received.
[1−3.通信フレーム]
通信ネットワークNを介して通信するためのフレームフォーマットを、図2〜図5を参照して説明する。まず、イーサネットフレームに準じた構造を持つフレームフォーマットを、図2を参照して説明する。すなわち、このフレームは、イーサネットヘッダである宛先アドレスフィールド(6byte)、発信元アドレスフィールド(6byte)、タイプフィールド(2byte)を持つ。
[1-3. Communication frame]
A frame format for communicating via the communication network N will be described with reference to FIGS. First, a frame format having a structure according to the Ethernet frame will be described with reference to FIG. That is, this frame has a destination address field (6 bytes), a source address field (6 bytes), and a type field (2 bytes) which are Ethernet headers.
このイーサネットヘッダが、FCS(フレームチェックシーケンス)フィールド(4byte)とともに、SA(サンプリングアドレス)フィールド(8byte)、データフィールド(38〜1492byte)に付加されることによって、通信フレームが構成される。 The Ethernet header is added to the SA (sampling address) field (8 bytes) and the data field (38 to 1492 bytes) together with the FCS (frame check sequence) field (4 bytes) to form a communication frame.
宛先アドレスフィールドには、フレームの宛先MACアドレスが入る。発信元アドレスには、フレームの発信元MACアドレスが入る。タイプフィールドは、一般的には、イーサネット層の上位プロトコルの種別を示すタイプ番号が入る。代表的なタイプ番号は、次の通りである。
・IPV4 :0800
・ARP :0806
・SNMP :814C
・NetBIPS:8191
In the destination address field, the destination MAC address of the frame is entered. The source MAC address of the frame is entered in the source address. The type field generally contains a type number indicating the type of the upper layer protocol of the Ethernet layer. Typical type numbers are as follows:
・ IPV4: 0800
ARP: 0806
-SNMP: 814C
NetBIPS: 8191
但し、本実施形態の電気量データを通信するフレームの場合には、その他のフレームと区別するためのタイプ番号を入れる。具体的には、上記のように既に定められたプロトコルのタイプ番号以外の番号を割り当てる。若しくは、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る。 However, in the case of a frame for communicating electrical quantity data according to the present embodiment, a type number for distinguishing from other frames is entered. Specifically, a number other than the protocol type number already determined as described above is assigned. Alternatively, a protocol type number that is not used in the network is assigned.
SAフィールドには、サンプリングアドレス(SA)が入る。このSAは、電気量データを計測した時刻(サンプリングタイミング)を表現したものである。実際のSAは、時刻同期プロトコル(NTP:Network Time Protocol)のタイムスタンプと同構造とする(図4、図5参照)。これにより、SAは、自端子の計測電気量データと相手端子からの受信電気量データとの差動演算を行う際に、データ同調を目的としたインデックスとなる。なお、各端子のSAは差動演算を開始する前に同期させておく必要がある。 A sampling address (SA) is entered in the SA field. This SA expresses the time (sampling timing) when the electric quantity data is measured. The actual SA has the same structure as the time stamp of the time synchronization protocol (NTP: Network Time Protocol) (see FIGS. 4 and 5). Thereby, SA becomes an index for the purpose of data tuning when performing a differential operation between the measured electricity quantity data of its own terminal and the received electricity quantity data from the counterpart terminal. It is necessary to synchronize the SA of each terminal before starting the differential operation.
データフィールドは、端子データが入るフィールドである。端子データには、自端子で計測した電気量データ(電流量や電圧量など)や、装置の制御/監視状態などの任意の付属情報が含まれる。電気量データは、保護区間や方式によって、情報の種別やビット長が異なる。このデータフィールドの値は、特定の形式には限定されないので、データ細部の説明は省略する。なお、データフィールドとして通信できる情報量は、イーサネットフレーム全体の有効サイズである64〜1518byteから、電気量データ以外の必要情報サイズを引いたもの(38〜1492byte)である。 The data field is a field in which terminal data is entered. The terminal data includes electric quantity data (current quantity, voltage quantity, etc.) measured at its own terminal and arbitrary attached information such as the control / monitoring status of the apparatus. The electric quantity data has different information types and bit lengths depending on the protection interval and method. Since the value of this data field is not limited to a specific format, description of data details is omitted. The amount of information that can be communicated as a data field is obtained by subtracting the necessary information size other than the electrical quantity data (38 to 1492 bytes) from 64 to 1518 bytes, which is the effective size of the entire Ethernet frame.
また、図3は、UDP/IPによって電気量データを通信する場合のフレーム構造である。この場合、IPヘッダフィールド(20byte)、UDPヘッダフィールド(8byte)だけ、データフィールドの長さが短くなる(10〜1464byte)。IPヘッダフィールドには、宛先IPアドレス、発信元IPアドレス、IPフィールドサイズなどが入る。UDPヘッダフィールドには、宛先ポート番号、発信元ポート番号、UDPフィールドサイズなどが入る。 FIG. 3 shows a frame structure when electric quantity data is communicated by UDP / IP. In this case, the length of the data field is shortened by 10 to 1464 bytes by the IP header field (20 bytes) and the UDP header field (8 bytes). The IP header field contains a destination IP address, a source IP address, an IP field size, and the like. The UDP header field contains a destination port number, a source port number, a UDP field size, and the like.
このように、UDP/IPで通信することによって、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の送受信が可能となる。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。 As described above, by performing communication using UDP / IP, transmission / reception based on IP address + port number recognition instead of MAC address recognition becomes possible. 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.
また、図2のようにタイプフィールドに専用のコード(タイプ番号)を組み込めない場合でも、UDP/IPで通信することによって、容易に対応できる。専用コードをタイプフィールドに適用できなくなる原因は、通信機能を実現するソフトウェア、ハードウェアの構成にある。これは、次のような理由による。 Further, even when a dedicated code (type number) cannot be incorporated in the type field as shown in FIG. 2, it can be easily handled by communicating with UDP / IP. The reason why the dedicated code cannot be applied to the type field is the software and hardware configuration that realizes the communication function. This is due to the following reason.
イーサネットフレームを生成(イーサネットヘッダ及びFCSの生成/付加)するのは、データリンク層である。このデータリンク層における処理が、ソフトウェア処理も含めて、プログラム設計/製造の範囲内にあれば、タイプフィールドへ書き込む値を任意値とするのは容易である。しかし、汎用のパッケージ化されたTCP/IPインタフェース機能を、ソフトウェア構成として使用する場合(例えばパソコンのOSであるWindows(登録商標)に搭載されているTCPインタフェースのwinsockなど)は、データリンク層を任意に操作するのは難しい。 It is the data link layer that generates the Ethernet frame (generation / addition of the Ethernet header and FCS). If the processing in the data link layer is within the range of program design / manufacturing including software processing, it is easy to set the value written to the type field as an arbitrary value. However, when the general-purpose packaged TCP / IP interface function is used as a software configuration (for example, Windows interface Windowsock installed in Windows (registered trademark) which is the OS of a personal computer), the data link layer is used. It is difficult to operate arbitrarily.
また、TCP/IPプロトコルスタックが組み込まれたネットワークLSIチップもあり、この場合はソフトウェアインタフェースとして開放される範囲はユーザデータ部のみである。したがって、データリンク層の操作は全てネットワークLSI内部で実施され、ソフトウェアからはアクセスできない。 There is also a network LSI chip in which a TCP / IP protocol stack is incorporated. In this case, the user data section is the only area that can be opened as a software interface. Therefore, all operations of the data link layer are performed inside the network LSI and cannot be accessed from software.
そこで、このようにタイプフィールドに専用コードを組み込めない場合にも、UDP/IPで通信することで容易に対応可能となる。但し、フレーム送受信処理において、UDP/IP処理のオーバーヘッドが加わるので、処理負荷はイーサネットフレーム採用時のほうが低い。なお、TCP/IPは、送達確認や回復処理など時限管理があるため、保護リレーのようなリアルタイム制御の通信には不向きである。 Therefore, even when a dedicated code cannot be incorporated in the type field as described above, it is possible to easily cope with communication by UDP / IP. However, since the overhead of UDP / IP processing is added in the frame transmission / reception processing, the processing load is lower when the Ethernet frame is adopted. TCP / IP is not suitable for real-time control communication such as a protection relay because it has timed management such as delivery confirmation and recovery processing.
また、端子間の時刻同期に適用される時刻同期プロトコル(NTP)のフレームフォーマットを、図4、図5に示す。図5において、タイムスタンプの上位32bitは秒時刻、下位32bitはナノ秒時刻を意味する。なお、フレーム構造等を含むNTPの技術については、非特許文献1等に開示されている公知技術である。また、本発明は、特定の時刻同期手法には限定されない。従って、詳細な説明は省略する。
In addition, FIGS. 4 and 5 show frame formats of a time synchronization protocol (NTP) applied to time synchronization between terminals. In FIG. 5, the upper 32 bits of the time stamp means the second time, and the lower 32 bits means the nanosecond time. Note that the NTP technique including the frame structure is a known technique disclosed in
[1−4.保護リレー装置]
保護リレー装置100は、図6に示すように、保護制御部110及びイーサ通信部120等を有している。
[1-4. Protection relay device]
As shown in FIG. 6, the protection relay device 100 includes a
[1−4−1.イーサ通信部]
イーサ通信部120は、イーサ通信ドライバ121、汎用ネットワーク制御回路122等を有している。イーサ通信ドライバ121は、図7に示すように、送信処理部123、受信処理部124等を有している。汎用ネットワーク制御回路122は、送信バッファメモリ125、受信バッファメモリ126、ネットワークインタフェースコントローラ(NIC)127、コネクタ(RJ45)128等を有している。NIC127は、MACレイヤ制御回路127a、物理レイヤ制御回路127b等を有している。
[1-4-1. Ether Communications Department]
The
このようなイーサ通信部120は、上記のような構成により、信号の変換、自端子宛フレームの判定、イーサネットヘッダの付加等、物理層及びMAC層レベルでの通信処理を行う手段であるが、周知技術であるため、説明は省略する。
Such an
[1−4−2.保護制御部]
保護制御部110は、図6に示すように、プロトコル処理部130、時刻取得部140、サンプリングパルス発振回路150、電気量取得部160、制御演算部170等を有している。
[1-4-2. Protection control unit]
As shown in FIG. 6, the
プロトコル処理部130は、イーサ通信部120より上位のプロトコル処理を行う手段であり、イーサ通信部120に対して、フレームの受け渡しを行う。このプロトコル処理部130は、UDP/IP処理部131、NTP処理部132等を有している。UDP/IP処理部131は、送信データへのUDP/IPヘッダの付加、受信フレームのUDP/IPヘッダのチェックと受信データの出力等を行う手段である。
The
NTP処理部132は、NTPデータを処理することにより時刻同期を図る手段である。このNTP処理部132は、要求部132a、抽出部132b等を有している。要求部132aは、所定のタイミング(ポーリング間隔)で、時刻サーバ200に対する時刻同期要求処理を行う手段である。抽出部132bは、受信フレームのNTPデータから、同期に必要なタイムスタンプ等を抽出する手段である。
The
サンプリングパルス発振回路150は、所定の周期でサンプリングパルスを発振する回路である。時刻取得部140は、カウント部141、時刻保持部142、演算部143等を有するタイマカウンタである。カウント部141は、サンプリングパルスに応じてカウントする手段である。時刻保持部142は、内部時刻(例えば、マイクロ秒単位)を保持する手段であり、内部時刻は時刻サーバとの時刻同期プロトコルにより得られる同期時刻である。演算部143は、タイムスタンプの内部時刻への単位変換、カウントに応じた時間の内部時刻への加算等の演算を行う手段である。
The sampling
電気量取得部160は、自端子の計器用変成器等から出力される電気量データを取得する手段である。この電気量取得部160は、A/D変換部161、送信データ生成部162、起動処理部163、送信データ保持部164等を有している。A/D変換部161は、アナログによる電気量データをデジタルに変換する手段である。
The electric
送信データ生成部162は、A/D変換部161から取得した電気量データに、時刻保持部142から取得したSAを付加して、送信データを生成する手段である。送信データ保持部164は、送信データ生成部162が生成した送信データを保持する手段である。起動処理部163、サンプリングパルスに応じた所定の周期で電気量取得部160の起動させることにより、電気量データの取得タイミングを制御する手段である。
The transmission
制御演算部170は、電気量演算に従って、遮断器等への制御信号を出力する手段である。この制御演算部170は、電気量演算部171、判定部172、制御信号出力部173を有している。電気量演算部171は、受信した他端子の電気量データと自端子の電気量データとに基づいて、電気量演算を行う手段である。判定部172は、電気量演算部による演算結果に基づいて、事故等の異常を判定する手段である。制御信号出力部173は、判定結果に応じて、制御信号を出力する手段である。
The
[1−5.時刻サーバ]
時刻サーバ200は、演算時の電気量データ同調を目的として設置されている。これは、各端子間は距離的に大きく離れており、伝送遅延時間が無視できないことによる。なお、従来の電流差動リレーで採用されているサンプリング同期方式のように、フレーム通信往復の所要時間計測から伝送遅延時間を求めることにより、電気量データ同調を行ってもよい。この場合には時刻サーバは不要となる。
[1-5. Time server]
The
[1−6.オシロ装置]
オシロ装置300は、電気量データの収集、分析等をする装置である。このオシロ装置300自体は、周知の装置を適用可能であるため、説明は省略する。
[1-6. Oscilloscope]
The
[2.実施形態の作用]
[2−1.動作の概要]
本実施形態によるデータ通信動作について、上記の図1〜7とともに、図8及び図9のフローチャート、図10〜図13の説明図を参照して説明する。なお、各端子の保護リレー装置100A〜100Cには主従設定はなく、各々の保護リレー装置100A〜100Cは、起動以降から時刻サーバ200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、それぞれの内部時刻同士が同期する。また、電気量データには、同期によって得られる同期時刻から抽出されるサンプリング時刻がSAとして付加されて、各端子の保護リレー装置100A〜100C同士で送受信される。これにより、正確な電気量演算が可能となる。
[2. Operation of the embodiment]
[2-1. Overview of operation]
The data communication operation according to the present embodiment will be described with reference to the flowcharts of FIGS. 8 and 9 and the explanatory diagrams of FIGS. In addition, there is no master-slave setting in the
[2−2.時刻同期]
本実施形態における時刻同期の手順を、図8に従って説明する。すなわち、NTP処理部132の要求部132aは、所定のポーリング間隔に従ったタイミングで、時刻同期の要求パケットを出力する(ステップ801,802)。この要求パケットは、イーサ通信部120により、時刻サーバ200に送信される。時刻サーバ200が生成・送信した応答パケットを含むNTPフレームは、イーサ通信部120により受信される(ステップ803)。受信したNTPフレームは、UDP/IP処理部131を経て、NTP処理部132における抽出部132bにより、応答パケットにおけるタイムスタンプが抽出される(ステップ804)。
[2-2. Time synchronization]
The procedure of time synchronization in this embodiment will be described with reference to FIG. That is, the
時刻取得部140における演算部143は、取得したタイムスタンプの単位変換等を行い、時刻保持部142の内部時刻を保持(更新)する(ステップ805)。なお、演算部143は、サンプリングパルス発振回路150のサンプリング周期(時間幅)を、カウント部141によるカウント毎に加算することで、時刻保持部142の内部時刻を更新する。
The
[2−3.電気量データ計測]
起動処理部163は、サンプリングパルス発振回路150が発振するパルスに基づく所定の周期で、電気量取得部160を起動することにより、電気量データを取得する(ステップ901,902)。このとき、電流量や電圧量といった計測情報はアナログデータであるため、これをソフトウェア処理できるようにするために、A/D変換部によってデジタルデータに変換される。
[2-3. Electric quantity data measurement]
The
送信データ生成部162は、取得した電気量データのSAとして、時刻保持部142に保持された内部時刻を採用する(ステップ903)。SAが付加された電気量データは、送信データ保持部164に保持される。なお、A/D変換はアナログデータの抽出、データフィルタなどの一連の操作は、内部クロック単位で動作することで実施される。近年のクロック高速化や素子の高密度化などの進展によって、より高速なA/D変換が実現されており、電気量取得の周期を短くすることでより微細な電気角の電気量データを抽出することが可能となる。
The transmission
[2−4.フレーム送受信処理]
上記のように生成された送信データに基づいて、イーサ通信部120によって送信フレームが生成され(ステップ904)、各保護リレー装置100B,100Cに送信される(ステップ905)。なお、UDP/IPにより送信する場合には、UDP/IP処理部132によって、送信フレームにUDPヘッダが付加される。
[2-4. Frame transmission / reception processing]
Based on the transmission data generated as described above, a transmission frame is generated by the Ethernet communication unit 120 (step 904) and transmitted to the
ここで、図1に示すように、全ての保護リレー装置100A〜100Cは、1つのイーサネットの通信ネットワークNに接続されている。そして、図2及び図3に示すように、通信フレームの内部には、宛先アドレス、タイプ番号等が付加されている。このため、イーサ通信部120において、各保護リレー装置100A〜100Cが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)か否かが判定可能となる。
Here, as shown in FIG. 1, all the protection relay devices 100 </ b> A to 100 </ b> C are connected to one Ethernet communication network N. As shown in FIGS. 2 and 3, a destination address, a type number, and the like are added inside the communication frame. For this reason, in the
また、フレーム受信処理は、従来の保護リレー装置と同様に、相手端子数だけ実施する。しかし、フレーム送信処理については、宛先アドレスに基づく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同報配信することで、1回のフレーム送信処理で全相手端子へ配信することができる。なお、同じ通信ネットワークNに接続されたオシロ装置300へも各端子の電気量データが送信される。このため、オシロ装置300においては、保護リレーへの指令無しに、同報配信された電気量データを収集して、分析等を行うことができる。
In addition, the frame reception process is performed for the number of counterpart terminals as in the conventional protection relay device. However, the frame transmission process can be distributed to all counterpart terminals in a single frame transmission process by broadcasting the multicast address or broadcast address based on the destination address. The electrical quantity data of each terminal is also transmitted to the
マルチキャストとするかブロードキャストとするかは、ネットワークの構成により異なる。つまり、保護区間が異なる複数の保護リレー装置100が、1つのネットワーク上に接続されている場合は、マルチキャスト配信にする。これにより、別保護区間の保護リレー装置100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。1つの保護区間で閉じた通信ネットワークN内であれば、ブロードキャスト配信でもよい。 Whether to use multicast or broadcast differs depending on the network configuration. That is, when a plurality of protection relay devices 100 with different protection intervals are connected on one network, multicast distribution is performed. Thereby, a communication frame can be prevented from being distributed to the protection relay device 100 in another protection section. Broadcast distribution may be used as long as the communication network N is closed in one protection section.
[2−5.通信帯域]
本実施形態においては、通信ネットワークNとして、イーサネットを採用しているため、通信帯域は、従来のシリアル通信速度54Kbpsと比較して、非常に大きくなる。例えば、イーサネットの通信速度が100Mbpsならば、従来の約1800倍、1Gbpsならば、従来の約18000倍となる。これにより、通信回線のアイドル期間が大きく増すので、この期間にも電気量データなどの送信を実施することができる。
[2-5. Communication bandwidth]
In this embodiment, since Ethernet is used as the communication network N, the communication band is very large compared to the conventional serial communication speed of 54 Kbps. For example, if the communication speed of Ethernet is 100 Mbps, it is about 1800 times the conventional speed, and if it is 1 Gbps, it is about 18000 times the conventional speed. As a result, the idle period of the communication line is greatly increased, so that it is possible to transmit the electric quantity data or the like during this period.
これを、電気量計測処理とデータ送信処理の関係から、図10〜13を参照して説明する。まず、図10に、従来の54Kbps回線を採用した保護リレー装置400A〜400C(図14、図15参照)による電気量の計測(取得)処理と送信フレームの送信処理との関係を示す。図10の横軸は、経過時間とする。計測タイミングは、系統周波数50Hz換算で電気角30°間隔の約1.666ミリ秒である。
This will be described with reference to FIGS. 10 to 13 from the relationship between the electrical quantity measurement process and the data transmission process. First, FIG. 10 shows the relationship between the electrical quantity measurement (acquisition) processing and the transmission frame transmission processing by the
各保護リレー400A〜400Cにおいては、保護制御部410が取得した電気量データに基づいて、シリアル伝送部420が送信フレームを生成して、通信回線Lに送出する。この場合、54Kbpsの送信帯域で通信できる90bitデータを1送信フレームとしているので、回線アイドル期間は無い。このため、1回の計測処理につき、1回の送信処理となっている。
In each of the protection relays 400 </ b> A to 400 </ b> C, the
次に、図11に、本実施形態において、通信速度を100Mbpsとし、通信データ量を増やして1回のデータ量を1kbyte換算とした場合の計測処理と送信処理との関係を示す。計測タイミングは、系統周波数50Hz換算で電気角30°間隔の約1.666ミリ秒である。この図11から明らかな通り、本実施形態によれば、図10の従来技術と比較して、以下のように回線アイドル期間を大きく確保できることがわかる。
・送信時間=1/100Mbps×8bit×1kbyte=80μ秒
・回線アイドル期間=1666μ秒−80μ秒=1586μ秒(電気角30°期間中)
Next, FIG. 11 shows the relationship between the measurement process and the transmission process when the communication speed is 100 Mbps, the communication data amount is increased, and one data amount is converted to 1 kbyte in this embodiment. The measurement timing is about 1.666 milliseconds with an electrical angle interval of 30 ° in terms of a system frequency of 50 Hz. As is clear from FIG. 11, according to the present embodiment, it can be seen that the line idle period can be largely secured as follows, as compared with the prior art of FIG.
・ Transmission time = 1/100 Mbps × 8 bits × 1 kbyte = 80 μsec ・ Line idle period = 1666 μsec−80 μsec = 1586 μsec (during electrical angle of 30 °)
さらに、図12に、図11の回線アイドル期間中に、前回送信した電気量データと同一のフレーム(SAが前回送信と同じフレーム)を、連続して送信することにより、冗長化した例を示す。ここで、連続送信の合間に空き時間を設けているのは、通信ネットワーク上の他端子や他機器からのフレーム送出が重なることによる渋滞や、それに伴う伝送遅延変動を抑えるためである。特に、スイッチやリピータなどのHUBが中継装置としてネットワークに介入するケースでは、複数のフレームを一度に中継できないので、中継待ち時間が生じる。ここでは、フレーム送信の間隔を空けることで、中継待ち時間を最小限にすることができる。また、伝送遅延変動を極小化することで、より高精度な時刻同期となる。 Further, FIG. 12 shows an example in which redundancy is achieved by continuously transmitting the same frame (SA is the same frame as the previous transmission) with the electricity quantity data transmitted last time during the line idle period of FIG. . Here, the idle time is provided between successive transmissions in order to suppress congestion caused by overlapping frame transmissions from other terminals and other devices on the communication network and the accompanying transmission delay fluctuation. In particular, in a case where a HUB such as a switch or a repeater intervenes in the network as a relay device, a plurality of frames cannot be relayed at a time, resulting in a relay waiting time. Here, the relay waiting time can be minimized by increasing the frame transmission interval. Further, by minimizing the transmission delay variation, more accurate time synchronization is achieved.
[2−6.動作タイミングの分離]
電気量データのフレーム生成時にサンプリング時刻(SA)が付加されているので、必ずしもサンプリング周期に同期して送信する必要は無い。計測処理と送信データ生成の動作タイミングと、送信処理タイミングの態様を、図13を参照して説明する。この態様では、計測処理と送信データ生成処理は、電気角5度の間隔で実行され、送信データ保管部164に最新の送信データを格納する。また、送信処理は、電気角2.5度周期で送信データ保管部164に保存された最新の送信データを取り出し送信するものである。
[2-6. Separation of operation timing]
Since the sampling time (SA) is added at the time of generating the electric quantity data frame, it is not always necessary to transmit in synchronization with the sampling period. The operation timing of measurement processing and transmission data generation, and the mode of transmission processing timing will be described with reference to FIG. In this aspect, the measurement process and the transmission data generation process are executed at intervals of an electrical angle of 5 degrees, and the latest transmission data is stored in the transmission
このように、計測処理および送信データ生成処理の動作タイミングと送信処理の動作タイミングとの依存性を無くすことで、各々の動作周期を任意設定できる。これにより、送信処理ではネットワーク通信帯域を十分に活用した冗長通信が行える。また計測処理部の動作周期の高速化にも柔軟に対応でき、微細な電気量データ変動も瞬時に相手端子に通知することができる。 Thus, each operation cycle can be arbitrarily set by eliminating the dependency between the operation timing of the measurement processing and the transmission data generation processing and the operation timing of the transmission processing. Thereby, in the transmission process, redundant communication that fully utilizes the network communication band can be performed. In addition, it is possible to flexibly cope with an increase in the operation cycle of the measurement processing unit, and it is possible to instantly notify a counterpart terminal of a minute change in electrical quantity data.
[2−7.電気量演算]
各保護リレー装置100A〜100Cにおいては、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る。このように確認できた以降から、各端子の保護リレー装置100A〜100Cにおける制御演算部170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に基づいて、系統保護制御を実施する。
[2-7. Electricity calculation]
In each of the
つまり、電気量演算部171が、受信した電気量データ及び自端子の電気量データに基づいて、電気量演算を行う。これは、SAが一致する電気量データを対象とする。判定部172は、演算結果に基づいて、異常を判定する。制御信号出力部173は、判定部172による判定結果に応じて、制御信号を出力する。
That is, the electric
[3.実施形態の効果]
以上のような本実施形態によれば、特殊なハードウェア機構の採用が不要であり、かつソフトウェア処理もイーサネット通信やUDP/IP通信といった汎用的な処理構成で、正確な時刻同期が実現できる。そして、汎用のネットワーク設備や環境の利用によって、設備メンテナンスも容易になる。同時に、系統周波数への依存がなくなるため、ハードウェア、ソフトウェアとも、系統周波数にかかわらず、通信機能を共有することが可能となる。したがって、開発コストや保守コストが低減できる。
[3. Effects of the embodiment]
According to the present embodiment as described above, it is not necessary to employ a special hardware mechanism, and software processing can be performed with a general-purpose processing configuration such as Ethernet communication or UDP / IP communication, and accurate time synchronization can be realized. Equipment maintenance is also facilitated by using general-purpose network equipment and the environment. At the same time, since there is no dependence on the system frequency, both hardware and software can share the communication function regardless of the system frequency. Therefore, development costs and maintenance costs can be reduced.
また、通信帯域が大きく拡大されることで、多種多量の電気量情報や装置情報を相手端子に通信できるようになる。これにより、多様な保護制御システムの構築が可能となる。 In addition, since the communication band is greatly expanded, a great amount of electricity information and device information can be communicated to the counterpart terminal. This makes it possible to construct various protection control systems.
また、回線アイドル期間を利用して、前回送信した電気量データを連続送信することで、冗長化が可能となる。よって、単発的な通信不良によるデータ欠損があっても、次に送信される電気量データで補間することができる。このため、保護機能の継続維持が可能となる。 Also, redundancy can be achieved by continuously transmitting the electricity quantity data transmitted last time using the line idle period. Therefore, even if there is data loss due to a single communication failure, it can be interpolated with the electric quantity data transmitted next. For this reason, it is possible to maintain the protection function continuously.
また、電気量データの送信間隔、および1回のフレーム通信時間が従来と比較して大きく短縮される。これにより、全端子の電気量データ収集時間が短縮されるとともに、微細な電気量変動のデータ連絡が可能となる。したがって、系統保護応動の高速化に寄与する。 Further, the transmission interval of the electric quantity data and the time for one frame communication are greatly shortened as compared with the conventional case. As a result, the time required for collecting the electric quantity data of all terminals is shortened, and the data communication of minute electric quantity fluctuations is possible. Therefore, it contributes to speeding up the system protection response.
また、端子間でやり取りされる電気量データ送信フレームを、通信ネットワーク内のオシロ装置が取り込むことが可能になる。このため、オシロと保護リレー装置間に専用通信回線を設置することが不要になる。したがって、ハードウェアとソフトウェアの両機能とも削減できる。さらに、製品コストの低減やソフト性能向上が見込める。 In addition, the oscilloscope device in the communication network can capture the electrical quantity data transmission frame exchanged between the terminals. For this reason, it is not necessary to install a dedicated communication line between the oscilloscope and the protection relay device. Therefore, both hardware and software functions can be reduced. In addition, product costs and software performance can be improved.
また、オシロ装置は、通信ネットワーク上にアクセス可能であれば、場所を問わず配置できる。このため、携帯タイプのオシロ装置の構築(無線LANを利用する等により)も容易となる。さらに、設置の多重化も容易になることで、オシロ機能の信頼性向上が見込める。 Further, the oscilloscope device can be placed regardless of the location as long as it can be accessed on the communication network. For this reason, it becomes easy to construct a portable type oscilloscope device (by using a wireless LAN or the like). Furthermore, it is possible to improve the reliability of the oscilloscope function by simplifying the installation multiplexing.
[4.他の実施形態]
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではない。例えば、本発明で用いられる各情報の具体的な内容、値は自由であり、特定の内容、数値には限定されない。例えば、端子データに含める情報は、上記の実施形態で例示したものには限定されない。時刻同期のプロトコル種別や動作タイミング、電気量データの送信タイミングについても、自由に設定可能である。
[4. Other Embodiments]
The present invention is not limited to the above embodiment. For example, the specific contents and values of each information used in the present invention are free and are not limited to specific contents and numerical values. For example, the information included in the terminal data is not limited to that exemplified in the above embodiment. The protocol type and operation timing of time synchronization and the transmission timing of electric quantity data can also be set freely.
なお、保護リレー装置の一部若しくは全部を専用の回路として構成することもできる。かかる回路は、例えば、各機能を実現するASICやCPU等のICチップやその他の周辺回路、複数の機能を集約したシステムLSI等、種々考えられるものであり、特定のものには限定されない。ハードウェア処理とソフトウェア処理の範囲も自由である。 A part or all of the protective relay device can be configured as a dedicated circuit. Such a circuit may be variously conceived, for example, an IC chip such as an ASIC or CPU that realizes each function, other peripheral circuits, a system LSI that integrates a plurality of functions, and is not limited to a specific one. The scope of hardware processing and software processing is also free.
100A〜100C,400A〜400C…保護リレー装置
110,410…保護制御部
120…イーサ通信部
121…イーサ通信ドライバ
122…汎用ネットワーク制御回路
123…送信処理部
124…受信処理部
125…送信バッファメモリ
126…受信バッファメモリ
127…NIC
127a…MACレイヤ制御回路
127b…物理レイヤ制御回路
128…コネクタ
130…プロトコル処理部
131…UDP/IP処理部
132…NTP処理部
132a…要求部
132b…抽出部
140…時刻取得部
141…カウント部
142…時刻保持部
143…演算部
150…サンプリングパルス発振回路
160…電気量取得部
162…送信データ生成部
163…起動処理部
164…送信データ保持部
170…制御演算部
171…電気量演算部
172…判定部
173…制御信号出力部
200…時刻サーバ
300,430…オシロ装置
420…シリアル伝送部
100A to 100C, 400A to 400C ...
127a ... MAC
Claims (8)
同期時刻を保持する時刻保持部を有し、
前記電気量取得部は、所定の周期でサンプリングした電気量データと、そのサンプリング時刻とを含む送信データを生成する送信データ生成部を有し、
前記通信インタフェースは、前記送信データを、イーサネットの通信フレームとするイーサ通信部を有することを特徴とする保護リレー装置。 In a protection relay device having an electric quantity acquisition unit for acquiring electric quantity data from a detecting means provided in an electric power system, and a communication interface for communicating the electric quantity data via a communication network,
A time holding unit for holding the synchronization time;
The electrical quantity acquisition unit includes a transmission data generation unit that generates transmission data including electrical quantity data sampled at a predetermined period and the sampling time,
The communication interface includes an Ethernet communication unit that uses the transmission data as an Ethernet communication frame.
前記コンピュータ又は電子回路は、時刻保持部を有し、
前記電気量取得部は、所定の周期でサンプリングした電気量データと、そのサンプリング時刻とを含む送信データを生成し、
前記通信インタフェースは、前記送信データを、イーサネットの通信フレームとすることを特徴とする保護リレー装置の制御方法。 A computer or an electronic circuit has an electric quantity acquisition unit and a communication interface, the electric quantity acquisition unit acquires electric quantity data from detection means provided in a power system, and the communication interface receives the electric quantity data. In a control method of a protection relay device that communicates via a communication network,
The computer or electronic circuit has a time holding unit,
The electric quantity acquisition unit generates transmission data including electric quantity data sampled at a predetermined cycle and the sampling time,
The method of controlling a protection relay device, wherein the communication interface uses the transmission data as an Ethernet communication frame.
前記コンピュータに、
同期時刻を保持させ、
所定の周期でサンプリングした電気量データと、そのサンプリング時刻とを含む送信データを生成させ、
前記送信データを、イーサネットの通信フレームとして生成させることを特徴とする保護リレー装置の制御プログラム。 In a control program for a protection relay device that causes a computer to acquire electric quantity data from detection means provided in an electric power system and to communicate the electric quantity data via a communication network,
In the computer,
Keep sync time,
Generate transmission data including electricity quantity data sampled at a predetermined period and the sampling time,
A control program for a protection relay device, wherein the transmission data is generated as an Ethernet communication frame.
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