JP2012125033A - 配電系監視制御装置及び電力配電システム用監視制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】レイヤ構造の上位層をＺｉｇＢｅｅ（登録商標）に準拠させ、下位層をイーサネット（登録商標）に準拠させるとともに、信号の送受信先を適切に管理することでマルチホップな通信が可能となる配電系監視制御装置及び電力配電システム用監視制御システムを提供する。
【解決手段】第１実施形態の配電系監視制御装置であるセンタ装置１０３及び子局１３１〜１４３は、スイッチ部７とコア部８とで構成されている。スイッチ部７は、一方に設けられた３つのポート２ａ、２ｂ、２ｃと、他方に設けられた１つのポート２ｄ、及び送受信処理部３を備えている。ポート２ａ、２ｂ、２ｃとポート２ｄとの間を接続する経路のいずれか１つを適切に選択するために、送受信処理部３はポート毎の接続情報が記載されたテーブルを有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力配電システムを監視して事故区間を除外するように開閉器を制御する配電系監視制御装置及び電力配電システム用監視制御システムに関し、特に監視制御に必要なデータを高速・大容量に伝送することが可能な配電系監視制御装置及び電力配電システム用監視制御システムに関する。

従来、電力系統の配電システムにおいて地絡や短絡等の事故が発生すると、事故地点を挟む２つの開閉器で区分される事故区間を早期に切り離すとともにそれ以外の区間に配電するように、監視制御システムが開閉器の開閉制御を行う。電力配電システムを監視制御する従来の監視制御システムの一例を、図８を用いて説明する。図８は、電力配電システムに設置された従来の監視制御システムの構成を示すブロック図である。

図８において、電力配電システム９００は、変配電所９０１内に設けられた変圧器９０２から配電線を用いて電力を配電するものであり、配電線の途中で地絡や短絡等の事故が発生したときの影響をできるだけ限定するために、配電線の途中に複数の開閉器９１１〜９２１を配置して配電線を区分した構成となっている。また、電力配電システム９００は、事故の発生を監視してこれを適切に処理するための監視制御システム９３０を有している。監視制御システム９３０は、センタ装置９０３を備えるとともに、開閉器９１１〜９２１毎に子局９３１〜９４１を備えている。子局９３１〜９４１は、所定の通信線で直接または他の子局を介してセンタ装置９０３に接続されている。

図８に示す従来例では、変圧器９０２から２系統の配電線が接続されており、それぞれ５つの開閉器９１１〜９１５及び開閉器９１６〜９２０が配置され、２つの配電系統が開閉器９２１で接続可能となっている。また、開閉器９１１〜９２１のそれぞれに設けられている子局９３１〜９４１も、開閉器９１１〜９２１と同様の接続関係で所定の通信線を用いてセンタ装置１０３に接続されている。従来の監視制御システム９３０では、通信プロトコルにＴＣＰ／ＩＰが用いられ、通信線には電力線が用いられていた。このような従来の監視制御システムの構成が、例えば特許文献１に記載されている。

上記のような電力配電システム９００において、一例として地絡事故が発生したときの従来の監視制御システム９３０による事故処理方法（第１の事故処理方法とする）を以下に説明する。図８において、地点Ａで地絡事故が発生すると、変圧器９０２から事故地点Ａまでの上流側の区間で事故による過電流（事故電流）が発生する。この過電流を子局９３１、９３２、９３３が検出すると、開閉器９１１、９１２、９１３を自発的に開放して電流を遮断するとともに、事故発生（過電流の観測）をセンタ装置９０３に通知する。開閉器９１１、９１２、９１３の開放は、例えば過電流が５００ｍｓ〜１ｓの間続くと動作する。

センタ装置９０３は、事故区間を検出して事故区間以外に配電を再開させるために、まず子局９３１に対し変配電所９０１内の開閉器９１１を閉制御するように指示する。子局９３１は、センタ装置９０３からの指示に従って開閉器９１１を閉制御し、このとき過電流が発生しないことを確認してセンタ装置９０３に通知する。センタ装置９０３は、子局９３１からの通知を受けて、次に子局９３２に対し開閉器９１２の閉制御を指示する。子局９３２は、子局９３１の場合と同様に、センタ装置９０３からの指示に従って開閉器９１１を閉制御し、このとき過電流が発生しないことを確認してセンタ装置９０３に通知する。

センタ装置９０３は、子局９３２から過電流なしの通知を受けると、さらに子局９３３に対し開閉器９１３の閉制御を指示する。子局９３３は、センタ装置９０３からの指示に従って開閉器９１３を閉制御する。このとき、事故地点Ａに再び過電流が流れることから、子局９３１、９３２、９３３は再び過電流の発生を観測してそれぞれ開閉器９１１、９１２、９１３を自発的に開放する。そして、子局９３１、９３２、９３３からセンタ装置９０３に過電流が検出されたことを通知する。これにより、センタ装置９０３は事故区間が開閉器９１３と９１４との間であることを判定する。

センタ装置９０３は、上記により事故区間を判定すると、事故区間より上流側に配電を再開させるために、子局９３１、９３２に対しそれぞれ開閉器９１１、９１２を閉制御するように指示する。この指示に従って子局９３１、９３２がそれぞれ開閉器９１１、９１２を閉制御すると、開閉器９１３より上流側に配電が再開される。それとともに、センタ装置９０３は子局９３４に対して開閉器９１４を開放するように指示する。これに従って、子局９３４は開閉器９１４を開放する。その結果、地点Ａを含む事故区間は、開閉器９１３、９１４によって配電系統から隔離される。開閉器９１４が開放された後、センタ装置９０３は子局９４１に対して開閉器９２１を閉制御するように指示する。この指示に従って子局９４１が開閉器９２１を閉制御すると、開閉器９２１から開閉器９１４までの区間で配電が再開される。これにより、地点Ａを含む事故区間以外のすべてに配電が再開される。

上記の従来の監視制御システム９３０による第１の事故処理方法では、事故発生時の過電流に加えて、事故区間の検出のために再び過電流を発生させることになり、２回の過電流による電力設備への負荷が過剰になるといった課題があった。また、事故地点より上流側（変配電所側）のすべての開閉器が一時的に開放されるために、事故発生区間以外にも停電が一時的に及んでしまうといった課題がある。さらに、１回の事故で複数の開閉器が開放されてしまうため、その復旧に時間がかかるといった問題もある。

これに対し、過電流が事故発生時以外に発生しないようにした別の事故処理方法（第２の事故処理方法とする）も知られている。第２の事故処理方法を、図８に示す電力配電システム９００及び監視制御システム９３０を用いて以下に説明する。第２の事故処理方法では、各子局から事故時の電流波形や位相等をセンタ装置９０３に集約することで、再び過電流を発生させることなく事故区間が判定され、該当区間が配電系から隔離される。

センタ装置９０３は、子局９３３と９３４との間で事故が発生したと判定すると、子局９３３と９３４のみにそれぞれ開閉器９１３、９１４を開放するように指示する。この指示に従って子局９３３、９３４がそれぞれ開閉器９１３、９１４を開放すると、事故区間のみが配電系統から隔離される。開閉器９１４が開放された後、センタ装置９０３は子局９４１に対して開閉器９２１を閉制御するように指示する。この指示に従って子局９４１が開閉器９２１を閉にすると、開閉器９２１から開閉器９１４までの区間で配電が再開される。これにより、地点Ａを含む事故区間以外のすべてに配電が再開される。

上記の第２の事故処理方法では、開閉器９１３、９１４が開放されて事故区間が隔離されるまでは、過電流が継続されて電力設備に過大な負荷がかかることになる。そこで、上記の処理を高速に（例えば数十ｍｓ〜数百ｍｓ）実行させることで、電力設備への負荷を軽減することができる。

しかし、上記の第２の事故処理方法を高速に行うためには、センタ装置が、各子局から過電流有り／無しの情報を入力し、それをもとに事故区間を判定し、判定結果に従って事故区間に対応する２つの子局にそれぞれの開閉器の開放を指示し、さらに事故区間より下流側に配電を再開させるために他の配電系統に接続される開閉器の閉制御を指示するまでの処理を高速に行う必要がある。このように、上記の第２の事故処理方法ではセンタ装置の負荷が大きくなるとともに、通信量も大幅に増大する。そのため、事故処理を高速に行うためにセンタ装置に対して高速応答性が要求され、装置が高価になるといった課題がある。また、センタ装置と各子局との間の通信量が増大するため、その高速大容量化も求められる。さらに、電力設備への負荷をより一層軽減することが求められているため、センタ装置や通信設備に対しより一層の高速化が求められる。

そこで、安定した高速大容量な通信を実現するために、センタ装置と各子局との間の通信を光化するのが好ましい。しかし、光通信は通常、イーサネット（登録商標）規格を適用して構築されるが、上位層のＴＣＰ／ＩＰの処理の負荷が重く、高速化のためには高価な処理装置が必要であった。そのため、処理装置が大型化し、消費電力も増大するといった課題があった。配電システムに用いられる監視制御システムでは、子局を多数分散配置する必要があることから、それぞれの負荷を軽くするとともに、システムの構築や子局の追加等が容易に行えるのが望ましい。

一方、マルチホップ通信技術の一つとして、複数分散するノード間を無線通信で接続し、別のノードを経由（中継処理）しながら目標のノードと信号伝送を行うＺｉｇＢｅｅ（登録商標）規格のネットワークが知られている。ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）は、短距離無線通信規格の一つであり、処理の負荷を軽減するとともに処理装置の小型化や低消費電力化を図ることができる。そこで、高速大容量な通信が可能な光通信に、小型化、負荷軽減、低消費電力化等が容易なＺｉｇＢｅｅの規格を取り入れることで、高速大容量な通信が可能でかつ演算処理の負荷を軽減できる電力配電システム用監視制御システムの実現が期待される。

上記のようにイーサネット（登録商標）の光通信とＺｉｇＢｅｅ（登録商標）の規格を取り入れて電力配電システム用監視制御システムを構成する場合、そのレイヤ構造として上位をＺｉｇＢｅｅ（登録商標）に準拠させる一方、下位を光通信を行うイーサネット（登録商標）に準拠させる構成が考えられる。

特許第４１５７５５４号公報

電力配電システム用監視制御システムでは、１つの子局に３以上の別の子局又はセンタ装置が接続されることがある。ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）に準拠したネットワークでは、３以上のポートを有するノードについても適切に処理できるように、接続先ノードに関する情報をＭＡＣ層で管理している。電力配電システム用監視制御システムにＺｉｇＢｅｅ（登録商標）の規格を取り入れた場合には、接続先子局に関する情報をＭＡＣ層で管理する必要がある。しかしながら、ＭＡＣ層をイーサネット（登録商標）のデータリンク層に置き換えると、接続先子局に関する情報を管理するレイヤがなくなってしまう。その結果、各子局は信号の送受信先がわからなくなってしまう、といった問題が生じる。

本発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、レイヤ構造の上位層をＺｉｇＢｅｅ（登録商標）に準拠させ、下位層をイーサネット（登録商標）に準拠させるとともに、信号の送受信先を適切に管理することでマルチホップな通信が可能となる配電系監視制御装置及び電力配電システム用監視制御システムを提供することを目的とする。

本発明の配電系監視制御装置の第１の態様は、電力配電システムの配電線の途中に配置された開閉器を監視制御する配電系監視制御装置であって、それぞれにトランシーバが接続された１以上の第１ポートとこれとは別の１つの第２ポートとを具備してイーサネット（登録商標）の物理層及びデータリンク層の処理を行うスイッチ部と、前記第２ポートに接続される１つの第３ポートを具備してＺｉｇＢｅｅ（登録商標）のネットワーク層及びＡＰＳ層の処理を行うコア部と、を備え、前記スイッチ部は、前記第１ポートと前記第２ポートとを接続するＶＬＡＮの１以上の経路を所定の接続情報テーブルを用いて選択する送受信処理部をさらに具備し、前記コア部は、前記第３ポートを介して前記スイッチ部との間で所定の信号を入力または出力するＺＢ処理部をさらに具備し、前記送受信処理部は、前記信号を前記第１ポートから前記第２ポートに、あるいは前記第２ポートから前記第１ポートに伝送させるための前記経路を前記接続情報テーブルに基づいて選択することを特徴とする。

本発明の配電系監視制御装置の他の態様は、前記接続情報テーブルは、前記第１ポートに接続されている送信元ノードおよび送信先ノードのそれぞれのＩＤと、前記第１ポートと前記第２ポートとを接続する前記経路に付されたタグと、を記録していることを特徴とする。

本発明の配電系監視制御装置の他の態様は、前記ＺＢ処理部は、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）の少なくともネットワーク層に準拠する処理を行うことを特徴とする。

本発明の配電系監視制御装置の他の態様は、前記スイッチ部は前記第１ポートを３以上備え、前記コア部は前記第３ポートと前記ＺＢ処理部との間に接続されて前記信号を入力すると所定のＡＣＫ用の信号（以下では単にＡＣＫとする）を作成して前記スイッチ部に出力するＡＣＫ処理部をさらに備え、前記送受信処理部は、前記ＺＢ処理部から前記ＡＣＫ処理部を経由して前記スイッチ部に信号が入力されると、該信号を送信する送信先ノードを記憶し、前記送信先ノードから前記ＡＣＫを入力すると、前記記憶された送信先ノードを基に前記接続情報テーブルを用いて前記経路を選択し、該経路を経由して前記ＡＣＫを前記ＡＣＫ処理部に出力することを特徴とする。

本発明の電力配電システム用監視制御システムの第１の態様は、配電線の途中に２以上の開閉器が配置された電力配電システムを監視制御する電力配電システム用監視制御システムであって、センタ装置と、前記開閉器毎に設けられてそれぞれの前記開閉器を監視制御する２以上の子局と、前記開閉器の接続順序に従って前記センタ装置及び前記子局を接続するケーブルと、を備え、前記センタ装置及び前記子局が、それぞれ第１乃至第４の態様のいずれか１つに記載の配電系監視制御装置で構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、レイヤ構造の上位層をＺｉｇＢｅｅ（登録商標）に準拠させ、下位層をイーサネット（登録商標）に準拠させるとともに、信号の送受信先を適切に管理することでマルチホップな通信が可能となる配電系監視制御装置及び電力配電システム用監視制御システムを提供することができる。

本発明の第１実施形態の監視制御システムに備えられた配電系監視制御装置の構成を示すブロック図である。 第１実施形態の監視制御システムが適用された電力配電システムの構成を示すブロック図である。 第１実施形態の配電系監視制御装置の送受信処理部が有する接続情報の説明図である。 第１実施形態の配電系監視制御装置のレイヤ構造を示す図である。 第１実施形態の監視制御システムで送受信される信号及びＡＣＫのフレーム構造を説明する図である。 第１実施形態の監視制御システムにおける信号伝送を説明するフローチャートである。 第２実施形態の監視制御システムで送信される信号及びＡＣＫのフレーム構造を説明する図である。 従来の監視制御システムを用いた電力配電システムの構成を示すブロック図である。

図面を参照して本発明の好ましい実施の形態における配電系監視制御装置及び電力配電システム用監視制御システムについて詳細に説明する。なお、同一機能を有する各構成部については、図示及び説明簡略化のため、同一符号を付して示す。

本発明の配電系監視制御装置及び電力配電システム用監視制御システムでは、レイヤ構造の上位に、冗長的なネットワークを構成できるＺｉｇＢｅｅ（登録商標）の仕様を適用し、レイヤ構造の下位に、安定した高速通信が可能な光イーサネット（登録商標）を適用している。このようなレイヤ構造とすることにより、低消費電力で冗長性を有し、安定した高速通信が可能な監視制御システムを構築することができる。

（第１実施形態）
本発明の第１の実施の形態に係る監視制御システムが適用された電力配電システムの構成を、図２のブロック図を用いて説明する。電力配電システム１００は、変配電所１０１内の変圧器１０２に接続された配電線が、その途中に配置された複数の開閉器１１１〜１２３で複数の区間に区分けされた構成となっている。電力配電システム１００は、地絡や短絡等の事故の発生を監視してこれを適切に処理するために、本実施形態の監視制御システム１３０を備えている。監視制御システム１３０は、本実施形態の配電系監視制御装置であるセンタ装置１０３と、開閉器１１１〜１２３毎に設けられた子局１３１〜１４３とを備えている。子局１３１〜１４３は、所定の通信線で直接または他の子局を介してセンタ装置１０３に接続されている。

図２に示す電力配電システム１００では、変圧器１０２から２系統の配電線が接続されており、それぞれに５つの開閉器１１１〜１１５及び開閉器１１６〜１２０が配置され、２つの配電系統が開閉器１２１で接続可能となっている。また、開閉器１１７と１１８との間で分岐された配電線に開閉器１２２、１２３が接続されている。開閉器１２１は通常開状態にあり、これにより２つの配電系統が分離されている。開閉器１１１〜１２３のそれぞれに設けられている子局１３１〜１４３は、開閉器１１１〜１２３と同様の接続関係で所定の通信線を用いてセンタ装置１０３に接続されている。但し、開閉器１２１に設けられている子局１４１は子局１３５、１４０と常時接続されており、センタ装置１０３及び子局１３１〜１４３が常時接続された状態にある。本実施形態では、センタ装置１０３及び子局１３１〜１４３間を接続する通信線に光ケーブルを用いている。

本実施形態の監視制御システム１３０では、センタ装置１０３及び子局１３１〜１４３のレイヤ構造として、下位に安定した高速通信が可能な光イーサネット（登録商標）の物理層１０及びデータリンク層１１を適用し、上位に冗長的なネットワークを構成できるＺｉｇＢｅｅ（登録商標）の仕様を適用している。但し、光イーサネット（登録商標）の下位レイヤとＺｉｇＢｅｅ（登録商標）の上位レイヤとを単に組み合わせただけでは、通信時に以下のような問題が生じる。

ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）では、信号を受信したノードのＭＡＣ層２１（第２層）が送信元のノードにＡＣＫを返送する構成となっている。そして、送信元のノードでは、ネットワーク層２２で送信先のノードから返送されるＡＣＫの処理を行い、ここでＡＣＫの受信が確認されると信号送信が完了する。しかしながら、本実施形態の監視制御システム１３０のレイヤ構造では、下位層にイーサネット（登録商標）の下位レイヤを適用するために、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）のＭＡＣ層２１をなくしている。イーサネット（登録商標）のデータリンク層１１は、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）のＭＡＣ層２１のようにＡＣＫを返信する仕様とはなっておらず、従来のＯＳＩ参照モデルのレイヤ構造では上位層のトランスポート層（ＴＣＰ）１３がＡＣＫを返送していた。

一方、本実施形態の監視制御システム１３０では、レイヤ構造の上位層をＺｉｇＢｅｅ（登録商標）としていることから、ＯＳＩ参照モデルの上位層でＡＣＫ返送の処理を行っているトランスポート層（ＴＣＰ）１３も有していない。その結果、信号を受信してもＡＣＫの返信を処理するレイヤが上位層・下位層ともになくなってしまう。ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）では、送信側ノードの上位層であるネットワーク層２２でＡＣＫの返信を確認する仕様となっていることから、受信側ノードからＡＣＫが返信されないと正常なデータ送信が行えないことになってしまう。

そこで、本実施形態の監視制御システム１３０に適用するレイヤ構造として、データリンク層１１とネットワーク層２２との間にＡＣＫ処理層３０を設け、ＡＣＫ処理層３０でＡＣＫ返送の処理を規定するようにしている。本実施形態の監視制御システム１３０に適用されるレイヤ構造を図４に示す。本実施形態の監視制御システム１３０のレイヤ構造は、下位レイヤから順に物理層１０、データリンク層１１、ＡＣＫ処理層３０、ネットワーク層２２、ＡＰＳ層２３となり、さらにその上位にユーザが規定するＡＰＬ層２４が設けられている。なお、ＡＣＫ処理層３０の規定をデータリンク層１１またはネットワーク層２２に含めるようにしてもよい。

上記のように、本実施形態の監視制御システム１３０が図４に示すようなレイヤ構造を有することで、信号４０を受信時にＡＣＫ４１を送信元のセンタ装置１０３または子局に返送することが可能となる。また、このようなＡＣＫ４１の返送処理を有することで、信号４０の送信先のセンタ装置１０３又は子局が正常に動作していないとき、これを容易に検知することができる。すなわち、送信先が正常に動作していないときは、信号４０を送信してもＡＣＫ４１が返送されないことから、ＡＣＫ４１が返送されるか否かで送信先が正常か否かを判定することができる。

本実施形態の配電系監視制御装置の構成を図１を用いて説明する。図１は、本実施形態の配電系監視制御装置の一つである子局１３７の構成を示すブロック図である。子局１３７は、他の子局またはセンタ装置１０３に接続するためのポートを３個有している。本実施形態の配電系監視制御装置は、スイッチ部７とコア部８とで構成されている。スイッチ部７は、一方（図面左側）に設けられた３つのポート２ａ、２ｂ、２ｃと、他方（図面右側）に設けられた１つのポート２ｄ、及び送受信処理部３を備えている。また、コア部８は、スイッチ部７のポート２ｄに接続されるポート２ｘと、ＡＣＫ処理部４、ＺＢ処理部５、及びアプリケーション処理部６を備えている。

スイッチ部７及びコア部８には、それぞれ汎用的なスイッチおよびＣＰＵを用いることができる。また、ポート２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、及び２ｘには、いずれもＭＭＩ（Ｍｅｄｉａ Ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）のインタフェースを用いることができる。なお、子局１３７以外の子局１３１〜１３６及び１３８〜１４３でも、他の子局またはセンタ装置１０３に接続するためのポートの個数を除いて子局１３７と同様の構成を有している。他の子局またはセンタ装置１０３に接続するためのポートの個数は、子局１３７のように３個であってもよく、あるいは２個または４個以上有していてもよい。また、センタ装置１０３及び子局１３１〜１４３でスイッチ部２の一方のポート数が異なっていてもよい。

スイッチ部７の３つのポート２ａ、２ｂ、２ｃには、一端が光ケーブルで他の子局あるいはセンタ装置１０３に接続された光トランシーバ１（１ａ、１ｂ、１ｃとする）の他端が接続される。また、３つのポート２ａ、２ｂ、２ｃの他端は送受信処理部３に接続されており、光トランシーバ１と送受信処理部３との間で所定の信号入出力が可能となっている。各子局１３１〜１４３に冗長性を持たせたり、監視制御システム１３０をメッシュ型に形成できるようにするためには、スイッチ部７の一方に３以上のポートを有している必要がある。

送受信処理部３は、さらにスイッチ部７の他方に設けられたポート２ｄに接続されている。送受信処理部３は、３つのポート２ａ、２ｂ、２ｃからいずれか１つを選択してポート２ｄとの間で信号を伝送させる。なお、上記では、スイッチ部７の一方に３つのポートが設けられ、他方に１つのポートが設けられるとしたが、４以上のポートが一方に設けられている汎用的なスイッチを用いて、そのうちの１つをポート２ｄに用い、他のポートに光トランシーバ１を接続させるようにすることができる。

コア部８のポート２ｘは、所定の信号線を介してスイッチ部７のポート２ｄに接続されている。コア部８において、ポート２ｘはＡＣＫ処理部４に接続され、ＡＣＫ処理部４がＺＢ処理部５に接続され、さらにＺＢ処理部５がアプリケーション処理部６に接続されている。

ＡＣＫ処理部４は、ＡＣＫ処理層３０で規定された処理を行うものであり、スイッチ部７を介してセンタ装置１０３または他の子局から所定のデータが書き込まれた信号を入力すると、所定のＡＣＫ信号をスイッチ部７を介して返送する。それとともに、入力した信号をＺＢ処理部５に出力する。また、スイッチ部７を介してセンタ装置１０３または他の子局からＡＣＫが返送されると、所定のＡＣＫ信号であることを確認してＺＢ処理部５に通知する。さらに、ＺＢ処理部５から信号を入力すると、これにＡＣＫを追加して送受信処理部３に出力する。

ＺＢ処理部５は、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）の少なくともネットワーク層に準拠する処理を行うものであり、スイッチ部７から入力した信号が当該子局宛かそれ以外かを判定し、その結果に従って当該子局宛の信号の処理または中継処理を行う。すなわち、ＺＢ処理部５が入力信号を当該子局宛の信号と判定すると、該信号からデータを取り出してアプリケーション処理部６に出力する。また、ＺＢ処理部５が入力信号を当該子局以外の宛先の信号と判定すると、中継処理としてこれをそのままＡＣＫ処理部４を経由してスイッチ部７に返送する処理を行う。これにより、スイッチ部７では、送受信処理部３がポート２ａ、２ｂ、２ｃの中から入力ポートとは別のいずれか１つのポートを選択し、ＺＢ処理部５から返送された信号を送信する。

一方、ＺＢ処理部５がアプリケーション処理部６からデータを入力すると、これを所定フォーマットの信号に変換してＡＣＫ処理部４に出力し、ＡＣＫ処理部１２４でＡＣＫを追加したのちスイッチ部７に出力する。スイッチ部７では、送受信処理部３がポート２ａ、２ｂ、２ｃの中から出力先のセンタ装置１０３または別の子局に接続されているいずれか１つのポートを選択し、ＺＢ処理部５から入力した信号を該ポートから送信する。ＺＢ処理部５は、信号をスイッチ部７に出力したのちは、上位ノードからＡＣＫが返送されるのを待つ。

ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）では、ネットワーク内の各ノードがイーサネット（登録商標）で用いるＭＡＣアドレスに相当する固有ＩＤを有している。また、これとは別にネットワーク内で各ノードを識別するためのＩＤ（以下ではローカルＩＤとする）を有している。本実施形態の監視制御システム１３０においても、配電系監視制御装置であるセンタ装置１０３及び子局１３１〜１４３のそれぞれに固有ＩＤと同等のＭＡＣアドレスをデータリンク層１１の処理を行う送受信処理部３に持たせ、ローカルＩＤをネットワーク層２２の処理を行うＺＢ処理部５に持たせている。

ローカルＩＤは、センタ装置１０３から各子局１３１〜１４３にそれぞれ固有の値が割り当てられる。一例として、センタ装置１０３にはローカルＩＤとして０が割り当てられ、子局１３１〜１４３には０以外の例えば１６バイトのいずれかの値がランダムに割り当てられる。

ローカルＩＤが上記のように割り当てられると、それを用いてポート２ａ、２ｂ、２ｃに接続されているセンタ装置１０３または子局の情報を作成することができ、これを用いて例えば子局１３１〜１４３のそれぞれがセンタ装置１０３までいくつの子局を中継するか、すなわちセンタ装置１０３と各子局との間の接続深さを知ることができる。この接続深さを用いることで、例えば接続深さをできるだけ浅くしたい、すなわちセンタ装置１０３に達するまでに中継する子局の数をできるだけ少なくしたい場合には、接続先の子局の接続深さを調べ、接続深さが最も浅い子局(以下では上位の子局という)を選択して中継させるようにすることができる。

本実施形態のスイッチ部７の送受信処理部３は、３つのポート２ａ、２ｂ、２ｃの中から信号の入出力先となるいずれか１つのポートを判別してポート２ｄと接続するために、上位の子局に接続されたポート及びそれ以外の下位の子局に接続されたポートの情報（以下では接続情報と称する）を有している。本実施形態の監視制御システム１３０は、センタ装置１０３及び子局１３１〜１４３の間が光ケーブルで接続されていることから、上記のような接続情報がないと信号の送受信先を判別することはできず、ブロードキャスト通信となってしまう。

本実施形態のスイッチ部７は、一方に設けられた３つのポート２ａ、２ｂ、２ｃと、他方に設けられた１つのポート２ｄとの間の経路をＶＬＡＮで形成している。そして、ＶＬＡＮで形成された各経路にはそれぞれ異なるタグが割り付けられており、各経路を通過する信号にそのタグの情報が付加される。信号に付加されたタグ情報は、スイッチ部７から外部に出力されるときに削除される。

送受信処理部３が有する接続情報は、３つのポート２ａ、２ｂ、２ｃのそれぞれについて、接続先が上位の子局であるかまたは下位の子局であるかの情報（以下では、上位／下位情報とする）、接続先子局のローカルＩＤ、及び上記のタグの情報がテーブル形式で与えられている。接続情報の一例を図３に示す。図３は、子局１３７の送受信処理部３が有する接続情報の一例である。

図３に示す接続情報より、子局１３７のスイッチ部７に設けられているポート２ａは、上位の子局のローカルＩＤが「６」の子局１３６に接続されており、ポート２ｄとの間でタグが「１」の経路を形成していることがわかる。また、ポート２ｂは、下位の子局のローカルＩＤが「８」の子局１３８に接続されており、ポート２ｄとの間でタグが「２」の経路を形成していることがわかる。さらに、ポート２ｃは、ローカルＩＤが「１２」の子局１４２に接続されており、ポート２ｄとの間でタグが「３」の経路を形成していることがわかる。送受信処理部３は、このような接続情報を用いることにより、ポート２ｄとの間で信号を伝送させるポートとして、３つのポート２ａ、２ｂ、２ｃからいずれか１つを適切に選択することが可能となる。なお、３つのポート２ａ、２ｂ、２ｃのうち、他の子局と接続されていないか通信可能な状態にないものがある場合には、上位／下位情報の欄に例えば「停止」を設定しておくことで選択しないようにすることができる。

以下では、各子局１３１〜１４３からセンタ装置１０３に信号を送信する場合について説明するが、センタ装置１０３から各子局１３１〜１４３に信号を送信する場合あるいは子局間で信号を送信する場合も、以下と同様にして行うことができる。送受信処理部３は、３つのポート２ａ、２ｂ、２ｃのうち下位の子局に接続されたいずれか１つのポートから信号を入力すると、該当するＶＬＡＮの経路を選択して入力した信号をポート２ｄに伝送する。これにより、下位の子局から入力した信号がポート２ｄからポート２ｘを経由してＡＣＫ処理部４に出力され、さらにＺＢ処理部５に出力される。また、上位の子局に接続されたいずれか１つのポートからＡＣＫの信号を入力すると、送受信処理部３は該当するＶＬＡＮの経路を選択してこれをポート２ｄに伝送する。そして、ＡＣＫがポート２ｄからポート２ｘを経由してＡＣＫ処理部１２４に出力される。

一方、所定のデータが書き込まれた信号がＺＢ処理部５からＡＣＫ処理部４に出力され、さらにポート２ｘ及び２ｄを介して送受信処理部３に出力されると、送受信処理部３は、図３に例示するような接続情報のテーブルを用いて上位の子局に接続されたポートを判別し、これとの間で形成されるＶＬＡＮの経路を選択する。そして、ＺＢ処理部５から入力した信号をこの経路を用いて上位の子局に接続されたポートに出力し、該ポートから光トランシーバ１を経由して上位の子局に送信する。送受信処理部３は、ＺＢ処理部５から入力した信号の送信先ノードを記憶しておき、該送信先ノードからＡＣＫを入力したときに該送信先ノードに接続される経路を接続情報テーブルを用いて選択し、該経路を経由してＡＣＫ処理部４にＡＣＫを出力する。

同様に、ＡＣＫ処理部４からＡＣＫが送受信処理部３に出力されると、送受信処理部３は図３に例示する接続情報のテーブルを用いて下位の子局に接続されたポートを判別し、これとの間で形成されるＶＬＡＮの経路を選択する。そして、この経路を用いてＡＣＫを下位の子局に接続されたポートに出力し、該ポートから光トランシーバ１を経由して下位の子局に送信される。

上記では、図１を用いて本実施形態の配電系監視制御装置の一例である子局１３７の構成を説明したが、センタ装置１０３及び他の子局１３１〜１３６，１３８〜１４３についても、基本構成は子局１３７と同様である。

次に、本実施形態の監視制御システム１３０において、データを伝送するための信号４０とＡＣＫ４１のフレーム構造を以下に説明する。イーサネット（登録商標）では信号のフレーム形式が可変長（６４〜１５１８バイト）となっているのに対し、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）では１２７バイトの固定長となっている。そこで、本実施形態の監視制御システム１３０で用いる信号４０を、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）の規定に合わせて１２７バイトの固定長とし、これを１つのパケットとして固定長のイーサネット（登録商標）信号とすることができる。本実施形態で用いる信号４０は、図５（ａ）に示すように、１つのパケットにイーサネット（登録商標）のヘッダ４０ａとＤＡＴＡ４０ｂが含まれる。信号４０を上記のようなフレーム構造としたとき、ＡＣＫ４１は、図５（ｂ）に示すように、ＤＡＴＡ４０ｂの所定の位置に所定のＡＣＫ情報４１’を設定したものとすることができる。

信号４０及びＡＣＫ４１をそれぞれ図５（ａ）、（ｂ）に示すようなフレーム構造としたとき、スイッチ部７の送受信処理部３で形成されるＶＬＡＮの経路を通過するときは、図５（ｃ）、（ｄ）に示すように、それぞれの信号にタグ４０ｃ、４１ｃが付加される。このタグ４０ｃ、４１ｃは、スイッチ部７から出力されるときに削除される。

ＡＣＫ処理部４は、送信元の子局等(センタ装置１０３を含む)から信号４０を入力するとＤＡＴＡ４０ｂの所定の位置にＡＣＫ情報４１’を設定したＡＣＫ４１を作成し、これを送信元の子局等に返送する。また、送信先の子局等からＡＣＫ４１を入力すると、ＤＡＴＡ４０ｂの所定位置のデータを読み出し、これがＡＣＫ情報４１’であることを確認すると、これをＺＢ処理部５に通知する。

次に、本実施形態における監視制御システム１３０の信号処理方法を、図１、２及び図６を用いて以下に説明する。図６は、監視制御システム１３０における信号伝送の処理の流れを説明するフローチャートである。
図６では、一例として、子局１３２から子局１３１を経由してセンタ装置１０３に所定の信号を伝送する場合の処理の流れを示している。図６では、処理の流れを子局１３２、子局１３１、及びセンタ装置１０３に分けて記載している。

まず、子局１３２のアプリケーション処理部６からＺＢ処理部５にデータが出力されると（ステップＳ１１）、ＺＢ処理部５でこのデータを含む図５（ａ）に示すようなフレーム構造の信号４０が作成され、これがＡＣＫ処理部４を介してスイッチ部７の送受信処理部３に出力される（ステップＳ１２）。送受信処理部３は、接続情報のテーブルを用いて上位の子局１３１に接続されるＶＬＡＮの経路を選択し、この経路を経由してＺＢ処理部５から入力した信号を子局１３１に送信する（ステップＳ１３）。

上位の子局１３１では、スイッチ部７の送受信処理部３が接続情報のテーブルを用いて下位の子局１３２に接続されるＶＬＡＮの経路を選択し、この経路を経由して上記の信号をＡＣＫ処理部４に出力する。（ステップＳ１４）。ＡＣＫ処理部４は、スイッチ部７から信号を入力すると、この信号をＺＢ処理部５に出力するとともに、所定のＡＣＫ信号４１を作成してスイッチ部７に出力する（ステップＳ１５）。スイッチ部７は、ＡＣＫ処理部４からＡＣＫ４１を入力すると、送受信処理部３が下位の子局１３２に接続されるＶＬＡＮの経路を選択し、この経路を経由してＡＣＫ４１を子局１３２に返送する（ステップＳ１６）。

ＺＢ処理部５では、ＡＣＫ処理部４から信号を入力すると、例えばローカルＩＤが子局１３１のものと一致しないことを判定し、中継処理として入力した信号を再びＡＣＫ処理部４を経由してスイッチ部７に返送する（ステップＳ１７）。スイッチ部７では、送受信処理部３が上位のセンタ装置１０３に接続されているＶＬＡＮの経路を選択し、この経路を経由してＺＢ処理部５から入力した信号をセンタ装置１０３に送信する（ステップＳ１８）。

上位のセンタ装置１０３では、スイッチ部７の送受信処理部３が下位の子局１３１に接続されているＶＬＡＮの経路を選択し、この経路を経由して上記の信号をＡＣＫ処理部４に出力する。（ステップＳ１９）。ＡＣＫ処理部４は、スイッチ部７から信号を入力すると、この信号をＺＢ処理部５に出力するとともに、子局１３１における処理ステップＳ１５、Ｓ１６と同様に、ステップＳ２０、Ｓ２１で下位の子局１３１にＡＣＫ４１を返送する。一方、ＺＢ処理部５では、ＡＣＫ処理部４から信号を入力すると、例えばローカルＩＤがセンタ装置１０３ｂのものと一致することを判定し、入力した信号のデータをアプリケーション処理部６に出力する（ステップＳ２２）。

また、ステップＳ１６で子局１３１から子局１３２に返送されたＡＣＫ４１は、子局１３２のスイッチ部７において送受信処理部３が選択した上位子局１３１に接続されているＶＬＡＮの経路を選択し、この経路を経由してＡＣＫ処理部４に出力される。（ステップＳ２３）。ＡＣＫ処理部４では、上位の子局１３１から返送されたＡＣＫ４１を確認すると、これをＺＢ処理部５に通知する（ステップＳ２４）。同様に、ステップＳ２１でセンタ装置１０３から子局１３１に返送されたＡＣＫ４１についても、ステップＳ２５、Ｓ２６で上記のステップＳ２３、Ｓ２４と同様の処理を行う。

上記説明のように、本実施形態によれば、レイヤ構造の上位にＺｉｇＢｅｅ（登録商標）仕様を適用し、下位にイーサネット（登録商標）に準拠した光通信仕様を適用するとともに、接続情報のテーブルを用いて信号の送受信先を適切に管理することで、低消費電力で冗長性を有しかつ安定した高速通信が可能な配電系監視制御装置及び電力配電システム用監視制御システムを提供することができる。本実施形態では、上位レイヤにＴＣＰ／ＩＰを用いた従来の光ネットワーク等に比べて、より低消費電力化することができる。

上記の実施形態では、監視制御システム内を伝送する信号及びＡＣＫのフレーム構造を、図５に示すような１２７バイトからなるパケット信号としていたが、別のフレーム構造とすることも可能である。以下では、別のフレーム構造を用いた本発明の別の実施形態の電力配電システム用監視制御システムについて説明する。別のフレーム構造を図７に示す。

ここでは、信号５０のデータ長を、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）で規定された固定長１２７バイトの整数倍とし、これを１つのパケットとして固定長のイーサネット（登録商標）信号としている。ここで用いる整数倍は、２以上の所定の固定値とする。一例として、図７（ａ）では１２７バイトの４倍を信号５０の固定データ長としている。図５に示したように、信号４０のデータ長を１２７バイトのショートパケットに固定すると、オーバーヘッドが大きくなってデータ伝送の効率が低下してしまう。そこで、信号５０のデータ長をＺｉｇＢｅｅ（登録商標）規定の１２７バイトの整数倍（４倍）とすることで、データ伝送を効率的に行えるようにすることができる。

信号５０のデータ長を上記のようにしたとき、ＡＣＫ５１は信号５０よりデータ長の短い信号とすることができる。一例として、図８（ｂ）に示すように、ＡＣＫ５１のデータ長を、イーサネット（登録商標）の下限のデータ長である６４バイトとすることができる。このように、ＡＣＫ５１のデータ長を信号５０のデータ長と異なるようにすることで、センタ装置１０３及び子局１３１〜１４３においてＡＣＫ５１を容易に判定することが可能となる。なお、図５に示した信号４０を用いる場合でも、ＡＣＫ４１を信号４０よりデータ長の短い信号として用いることも可能である。

なお、上記では光ケーブルを用いた光信号による通信の場合について説明したが、これに限定されず、メタルケーブルを用いた電気信号による通信の場合にも適用可能である。本実施の形態における記述は、本発明に係る配電系監視制御装置及び電力配電システム用監視制御システムの一例を示すものであり、これに限定されるものではない。本実施の形態における配電系監視制御装置及び電力配電システム用監視制御システムの細部構成及び詳細な動作等に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

１ 光トランシーバ
２ ポート
３ 送受信処理部
４ ＡＣＫ処理部
５ ＺＢ処理部
６ アプリケーション処理部
７ スイッチ部
８ コア部
４０、５０ 信号
４１、５１ ＡＣＫ
１００ 電力配電システム１０１ 変配電所
１０２ 変圧器
１０３ センタ装置
１１１〜１２３ 開閉器
１３０ 監視制御システム
１３１〜１４３ 子局

Claims (5)

1. 電力配電システムの配電線の途中に配置された開閉器を監視制御する配電系監視制御装置であって、
   それぞれにトランシーバが接続された１以上の第１ポートとこれとは別の１つの第２ポートとを具備してイーサネット（登録商標）の物理層及びデータリンク層の処理を行うスイッチ部と、
   前記第２ポートに接続される１つの第３ポートを具備してＺｉｇＢｅｅ（登録商標）のネットワーク層及びＡＰＳ層の処理を行うコア部と、を備え、
   前記スイッチ部は、前記第１ポートと前記第２ポートとを接続するＶＬＡＮの１以上の経路を所定の接続情報テーブルを用いて選択する送受信処理部をさらに具備し、
   前記コア部は、前記第３ポートを介して前記スイッチ部との間で所定の信号を入力または出力するＺＢ処理部をさらに具備し、
   前記送受信処理部は、前記信号を前記第１ポートから前記第２ポートに、あるいは前記第２ポートから前記第１ポートに伝送させるための前記経路を前記接続情報テーブルに基づいて選択する
   ことを特徴とする配電系監視制御装置。
2. 前記接続情報テーブルは、前記第１ポートに接続されている送信元ノードおよび送信先ノードのそれぞれのＩＤと、前記第１ポートと前記第２ポートとを接続する前記経路に付されたタグと、を記録している
   ことを特徴とする請求項１に記載の配電系監視制御装置。
3. 前記ＺＢ処理部は、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）の少なくともネットワーク層に準拠する処理を行う
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の配電系監視制御装置。
4. 前記スイッチ部は前記第１ポートを３以上備え、
   前記コア部は前記第３ポートと前記ＺＢ処理部との間に接続されて前記信号を入力すると所定のＡＣＫ用の信号（以下では単にＡＣＫとする）を作成して前記スイッチ部に出力するＡＣＫ処理部をさらに備え、
   前記送受信処理部は、前記ＺＢ処理部から前記ＡＣＫ処理部を経由して前記スイッチ部に信号が入力されると、該信号を送信する送信先ノードを記憶し、前記送信先ノードから前記ＡＣＫを入力すると、前記記憶された送信先ノードを基に前記接続情報テーブルを用いて前記経路を選択し、該経路を経由して前記ＡＣＫを前記ＡＣＫ処理部に出力する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の配電系監視制御装置。
5. 配電線の途中に２以上の開閉器が配置された電力配電システムを監視制御する電力配電システム用監視制御システムであって、
   センタ装置と、
   前記開閉器毎に設けられてそれぞれの前記開閉器を監視制御する２以上の子局と、
   前記開閉器の接続順序に従って前記センタ装置及び前記子局を接続するケーブルと、を備え、
   前記センタ装置及び前記子局が、それぞれ請求項１乃至４のいずれか１項に記載の配電系監視制御装置で構成されている
   ことを特徴とする電力配電システム用監視制御システム。
   
   

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