JP2013243802A - 電力系統監視制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】同期処理実行中にシステムの応答性を低下させないこと。
【解決手段】監視制御対象機器から得られる設備の状態情報をワイドエリアネットワークを経由して発信する遠隔監視装置と、遠隔監視装置が発信した設備情報からデータベースを作成し、かつワイドエリアネットワークを経由して監視制御対象機器に対して設定する設定データを自分のエリアに保有する常用電力系統監視制御システムと、遠隔監視装置が発信した設備情報からデータベースを作成し、かつ常用電力系統監視制御システムが保有している設定データのバックアップデータを自分のエリアに保有する非常用電力系統監視制御システムとを備えている電力系統監視制御システム。
【選択図】図２

Description

本発明は、電力系統監視制御システムにかかわり、特に、電力系統監視制御システムにおける広域バックアップに関する。

災害あるいはテロ攻撃等の被害を受けて電力系統監視制御システム（以下、本体システム）が運用できなくなる場合が想定されている。本体システムが運用できなくなった場合に、代替運用を行うことを目的として、非常用電力系統監視制御システム（以下、非常用システム）が設置されている。一般に本体システムと非常用システムの運用および構築はそれぞれ単独で行われている。両方のシステムのソフトウェアおよびデータが共通化されていれば、開発・保守にかかるコストが削減できる。非常用システムは、本体システムが災害やテロ攻撃等により使用できなくなった場合に運用することを前提とするので、通常、本体システムから地理的に離れた拠点に設置される。

本体システムが使用できなくなった場合、運転員は非常用システムが設置されている拠点に移動し、非常用システムを使用して監視制御業務を再開する。現状の非常用システムでは、個々の電力系統設備の状態（開閉器の入切状態、送電線の電圧値・電流値など）を認識することはできるが、日常的な監視制御業務を円滑に遂行するために必要な設定データ（各設備に個別に設定する監視上下限値など）と業務データ（送電系統を切り替えるために使用する操作手順票など）を本体システムから引き継ぐことはできない。このため運転員は非常用システムの代替運用開始とともに、それらの設定データおよび業務データを再入力する作業に多大な労力を割く事態が生じる。

近年では電力系統監視制御を対象にする広域ＩＰ（Internet Protocol）ネットワーク
の整備が進んでいる。ＩＰネットワークに接続したシステム間でデータを同期する技術として、例えば特許文献１に記載のものがある。これらの技術を利用すれば本体システムと非常用システムを相互に接続することができる。システム間でデータ連携を行うことで、本体システムで使用している設定データおよび業務データを非常用システムに引き継いで使用することが可能になる。しかし、大容量のデータを同期する場合には、データ伝送に使用するネットワーク帯域が過大になる。また両システムの間でデータの差分を抽出するとそのために行う計算処理はＣＰＵ（Central Processing Unit）を長時間占有する。こ
れらの事態が発生すると、システムの応答性はその間低下する。

特開２００２−２３６６０５号公報

運転員は、電力系統監視制御システムが災害あるいはテロ攻撃等の被害を受けて運用できなくなった場合、非常用電力系統監視制御システムを利用して代替運用を行う。本体システムが使用できなくなった場合、運転員は非常用システムが設置されている拠点に移動し、非常用システムによる監視制御業務を再開する。運転員は非常用システムの使用開始とともに、多大な労力を費やして設定データおよび業務データを再入力することを迫られる。電力系統設備の監視制御システムを運用するに当たっては、監視状態の変化を運転員に速やかに通知し、運転員の操作を速やかに処理することが必要である。このため同期処理実行中にシステムの応答性を低下させないことが非常に重要になる。

本発明にかかる電力系統監視制御システムは、監視制御対象機器から得られる設備の状態情報をワイドエリアネットワークを経由して発信する遠隔監視装置と、遠隔監視装置が発信した設備情報からデータベースを作成し、かつワイドエリアネットワークを経由して監視制御対象機器に対して設定する設定データを自分のエリアに保有する常用電力系統監視制御システムと、遠隔監視装置が発信した設備情報からデータベースを作成し、かつ常用電力系統監視制御システムが保有している設定データのバックアップデータを自分のエリアに保有する非常用電力系統監視制御システムとを備えている。常用電力系統監視制御システムは、設定データが保有されているエリアとは異なる別のエリアに設定データの複製を作成し、ワイドエリアネットワークを経由してこの設定データの複製を非常用電力系統監視制御システムに送信すると、非常用電力系統監視制御システムは送信されてきた設定データの複製に基づいて自分のエリアに保有するバックアップデータを更新する。

この発明による電力系統監視制御システムでは、常用監視制御システムで作成・更新した設定データを非常用監視制御システムに同期するため、非常用監視制御システムの代替運用開始時にそれらを引き継いで利用できるようになる。また、両システムの間のデータを同期する処理に、ネットワーク帯域幅が閾値以下になるように制御する機能およびＣＰＵ使用率が閾値以下になるように制御する機能を備える。このため大容量データの同期処理を実行中であっても、同期処理がネットワークとＣＰＵを占有することはなくなり、電力系統監視制御システムの応答性が確保される。

広域バックアップシステムの概念を示す全体構成図である。 常用監視制御システムから非常用監視制御システムに対して設定データ及び業務データをコピーする動作の説明図である。 実施の形態１の常用監視制御システムで動作するファイル送信処理と、非常用監視制御システムで動作するファイル受信処理のフローチャートを示す図である。 実施の形態２の常用監視制御システムで動作する差分送信処理と、非常用監視制御システムで動作する特徴量計算処理および差分受信処理のフローチャートを示す図である。 実施の形態３の常用監視制御システムで動作する圧縮データ送信処理と、非常用監視制御システムで動作する受信データ圧縮解除処理のフローチャートを示す図である。 実施の形態４の常用監視制御システムで動作する伝送帯域制限機能を備えたデータ送信処理のフローチャートを示す図である。 実施の形態５の常用監視制御システムおよび非常用監視制御システムで動作するスケジュール調整処理のフローチャートを示す図である。

以下に本発明にかかる電力系統監視制御システムの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の既述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。

実施の形態１．
図１はこの発明による広域バックアップを実現する形態を示す全体構成図である。電力系統監視制御システム１００は、常用監視制御システム１、非常用監視制御システム２、遠隔監視装置（ＩＰテレコン装置）４、監視制御対象機器５などから構成されている。常用監視制御システム１は、運用系監視制御サーバ１１、待機系監視制御サーバ１２、第１
監視制御端末１３、第２監視制御端末１４などから構成されていて、ＬＡＮ（Local Area
Network）１０で互いに接続されている。非常用監視制御システム２は、非常用監視制御サーバ２１、非常用監視制御端末２２などから構成されていて、ＬＡＮ（Local Area Network）２０で互いに接続されている。運用系監視制御サーバ１１、待機系監視制御サーバ１２、非常用監視制御サーバ２１、および遠隔監視装置４は広域監視制御ＩＰネットワーク３を介して互いに接続されている。遠隔監視装置４は、運用系監視制御サーバ１１、待機系監視制御サーバ１２、非常用監視制御サーバ２１を相手に１対１通信を行う。監視制御対象機器５の状態情報は、広域監視制御ＩＰネットワーク３を経由して運用系監視制御サーバ１１、待機系監視制御サーバ１２、非常用監視制御サーバ２１に送信される。広域監視制御ＩＰネットワーク３は、電力系統監視制御を対象にして、電力系統設備を相互接続するために構築されているＷＡＮ（Wide Area Network）の一つである。

待機系監視制御サーバ１２は、運用系監視制御サーバ１１がメインテナンス等の理由でダウンする場合に備えて設けられている。待機系監視制御サーバ１２は、運用系監視制御サーバ１１との間で、データ（設備情報データベース１２０，設備状態データベース１２１，設定データ１２２，業務データ１２３）のバックアップを随時行っている。運用系監視制御サーバ１１、待機系監視制御サーバ１２、非常用監視制御サーバ２１は監視制御対象機器５に対する制御指令情報を発信する。運用系監視制御サーバ１１は、遠隔監視装置４から送信された情報を元に系統に関する設備状態データベース１１１を作成する。待機系監視制御サーバ１２は、遠隔監視装置４から送信された情報を元に系統に関する設備状態データベース１２１を作成する。設備情報データベース１１０，１２０および設備状態データベース１１１，１２１を元に監視対象である電力系統の状態を表現し、監視制御端末１３，１４の画面に表示することで、運転員に電力系統の監視状態情報を提供する。

設備情報データベース１１０，１２０，２１０は電力系統を構成する個々の設備の名称・定格・接続等の静的な情報を格納する。常用監視制御システム１の運用中は読み出し専用で使用し、系統設備更新工事にあわせて更新する。設備状態データベース１１１，１２１，２１１は電力系統を構成する個々の設備の動的な状態を格納する。遠隔監視装置４から送信されたデータにもとづき、最新の状態に更新する。設備の動的な状態には、開閉器の場合には入切状態、送電線の場合には電圧値や電流値などが含まれる。設備情報データベース１１０，１２０，２１０と設備状態データベース１１１，１２１，２１１は、常用監視制御システム１と非常用監視制御システム２の間で行うデータ連携の対象から外れている。非常用監視制御システムでは、個々の電力系統設備の状態（開閉器の入切状態、送電線の電圧値・電流値など）を設備情報データベース２１０と設備状態データベース２１１を通じて認識することができる。

常用監視制御システム1の運転員は監視制御端末１３，１４を使用して電力系統の監視
制御業務を行う中で、設定データ１１２，１２２および業務データ１１３，１２３を日々作成・変更している。設定データ１１２，１２２は、電力系統監視制御システム１００の業務アプリケーション機能を使用して更新・蓄積される。業務データ１１３，１２３は、例えば送電系統を切り替えるために使用する操作手順票などが該当する。設定データ１１２，１２２は、例えば運用で注視すべき複数の設備を選択・グルーピングする情報、設備の状態を正常／異常と判断する根拠となる監視上下限値を含む。運用系監視制御サーバ１１と待機系監視制御サーバ１２は二重系を構成している。運用系で更新した設定データと業務データは即座に待機系に同期しているため、両者の間では常時同一性が維持されている。

次に広域バックアップの動作概念を図２に従って説明する。常用監視制御システム１が災害あるいはテロ攻撃等の被害を受けて運用ができなくなった場合には、非常用監視制御システム２を使用して代替運用を行う。それに備えて、常用監視制御システム1で使用し
ている設定データ１１２と業務データ１１３を、非常用監視制御システム２に同期しておく。まず同期対象の設定データ１１２と業務データ１１３を、定時刻になると或いは一定時間が過ぎると、サーバ内の別エリアにコピーすることで凍結設定データ１１４，凍結業務データ１１５を作成する。次に、広域監視制御ＩＰネットワーク３を介して、凍結設定データ１１４をバックアップ設定データ２１４に，凍結業務データ１１５をバックアップ業務データ２１５にそれぞれコピーする。非常用監視制御システム２では、代替運用の開始時にそれらを引き継いで利用できるようになるため、設定データ２１２と業務データ２１３に手作業でデータを再入力する手間が不要になる。

以上に説明したデータ同期処理のフローを図３に従って説明する。データ同期処理は、常用監視制御システム1の設定データ１１２と業務データ１１３を非常用監視制御システ
ム２にコピーするため、ファイル送信処理を動作させることから開始する（Ｓ１）。常用監視制御システム１は、設定された時刻になると、或いは、設定時間が経過するたびに、コピー対象ファイルを順次選択し（Ｓ２）、非常用監視制御システム２に処理依頼を発送し、対象ファイルの内容を送信する（Ｓ３）。非常用監視制御システム２は、処理依頼を受信すると、ファイル受信処理を開始する（Ｓ４）。コピー対象ファイルの内容を受信し（Ｓ５）、コピー対象ファイルの内容を、受信したデータで置き換える（Ｓ６）。完了応答を常用監視制御システム1に送信するとデータ同期処理のワンサイクルが終了する。こ
のサイクルをコピー対象ファイルの全量がコピーされるまで繰り返し行う。

非常用監視制御システム２は、代替運用を開始するにあたり、バックアップ設定データ２１４を設定データ２１２に、バックアップ業務データ２１５を業務データ２１３にそれぞれコピーすることで、常用監視制御システム1で直近に使用していた設定データと業務
データを引き継いで利用することができる。もちろん、バックアップ設定データ２１４を設定データ２１２に、バックアップ業務データ２１５を業務データ２１３に、常時同期するようにしてもよい。

このように、実施の形態１にかかわる発明では、常用監視制御システム1で作成・更新
した設定データと業務データは非常用監視制御システムに同期する。非常用監視制御システムの代替運用を開始時にそれらを引き継いで利用できるようにすることで、設定データと業務データに手作業でデータを再入力する手間が不要になり、非常用監視制御システムを円滑に運用できる効果が得られる。

実施の形態２．
実施の形態２では、常用監視制御システム1から非常用監視制御システム２にデータを
コピーする場合に、差分箇所だけを抽出してコピー対象とする。図４を用いて実施の形態２に関わる動作を説明する。コピー元ファイル（データ）は凍結設定データ１１４および凍結業務データ１１５である。コピー先ファイル（データ）はバックアップ設定データ２１４およびバックアップ業務データ２１５である。コピーには、例えばＲＳＹＮＣアルゴリズムなどの差分コピーアルゴリズムを使用する。

ＲＳＹＮＣアルゴリズムでは、コピー元データとコピー先データを固定長ブロックに分割し（Ｓ１０）、各ブロック毎の特徴量を計算して（Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ２０，Ｓ２１）、その結果を両者間で比較する（Ｓ１４）。特徴量は、複数の手段で算出したチェックサム値を表す。両者の特徴量が完全に一致するブロックは同一データと判定し、コピーを行わない。両者の特徴量が異なるブロックのデータを常用監視制御システム1から非常用監視制御システム２に送信し、コピー先データの該当ブロックの内容を更新する（Ｓ１５，Ｓ３０，Ｓ３１）。

このように、実施の形態２にかかわる発明では、常用監視制御システムから非常用監視
制御システムにデータをコピーするにあたり差分コピー方式を用いることで、広域監視制御ＩＰネットワークに負担をかけることなく、常用監視制御システム1の設定データおよ
び業務データを非常用監視制御システムに引き継いで利用できるという効果が得られる。

実施の形態３．
実施の形態３では、データの送信に圧縮方式を用いる。圧縮方式には各種の圧縮方式を採用することが可能である。常用監視制御システムから非常用監視制御システムにデータをコピーする場合に、送信データを圧縮して広域監視制御ＩＰネットワークを伝送する動作を図５を用いて説明する。コピー元のファイル送信処理は所定の方式、例えばＧＺＩＰアルゴリズムで圧縮したデータを送信する（Ｓ４０，Ｓ４１）。コピー先のファイル受信処理は受信したデータを所定の方式で圧縮解除する（Ｓ５０，Ｓ５１，Ｓ５２）。通信データのヘッダ情報として圧縮方式を示す情報を含めるようにすれば、ファイル受信処理は圧縮方式を自動認識できる。

ＧＺＩＰ（GNU ZIP）は、「Deflateアルゴリズム」を用いた汎用のプログラムであるＧＺＩＰコマンドを指す。ヘッダーとフッターのＧＺＩＰ形式は、RFC-1952として仕様化されている。伸張にはＧＺＩＰ−ｄコマンドまたはｇｕｎｚｉｐコマンドを用いる。ファイル送信処理に組み込んだ圧縮データ送信処理ではＧＺＩＰアルゴリズムを使用して圧縮したデータを送信する。ファイル受信処理に組み込んだ受信データ圧縮解除処理側では受信したデータをＧＵＮＺＩＰアルゴリズムを使用して圧縮を解除する。

実施の形態２で説明した差分送信に圧縮方式を併用することも可能である。また全ての送信データを圧縮送信することも可能である。このように、実施の形態３にかかわる発明では、送信側でデータを圧縮し、受信側で圧縮解除することで、広域監視制御ＩＰネットワークに負担をかけることなく、常用監視制御システム1の設定データおよび業務データ
を非常用監視制御システム２に引き継いで利用できるという効果が得られる。

実施の形態４．
次に、常用監視制御システムから非常用監視制御システムにデータをコピーする場合に、使用するネットワーク帯域幅を調節する動作を図６を用いて説明する。データ送信処理に、送信時刻と送信済みデータ量を対応付けて記憶する送信帯域管理テーブルを設ける（Ｓ６１）。送信帯域管理テーブルでは、計測されたデータ量がバイトを単位として表示されている。送信時刻は単位時間の精度で丸めたものを使用する（Ｓ６０）。例えば単位時間が１秒の場合、秒未満は切り捨てる。送信済みデータ量は、該当する時刻に送信したデータ量とする。送信済みデータ量が閾値（例えば１メガバイト）を超えると同一送信時刻内でもデータの送信を止めるものとする。同一送信時刻内に複数回送信した場合にはその合計値とする（Ｓ６２〜Ｓ６７）。

データを送信する前に、現在時刻に対応する送信済みデータ量が閾値を超えているかどうかを判定し、閾値を超えていなければただちにデータを送信し、テーブルにいま送信したデータ量を加算する（Ｓ６４，Ｓ６６，Ｓ６７）。閾値を超えていれば、単位時間の精度で丸めた現在時刻が変化するまで待ってからデータを送信する（Ｓ６４，Ｓ６５，Ｓ６６）。単位時間が１秒の場合には、秒が繰り上がるまで待つ。いま送信したデータ量はテーブルに加算する（Ｓ６７）。これにより、単位時間内に送信するデータ量が閾値以下となる。

このように、実施の形態４にかかわる発明では、単位時間あたりに送信したデータ量を管理し、閾値を超えないように制御することで、広域監視制御ＩＰネットワークに負担をかけることなく常用監視制御システムの設定データおよび業務データを非常用監視制御システムに引き継いで利用できるという効果が得られる。

実施の形態５．
次に常用監視制御システムから非常用監視制御システムにデータをコピーする場合に、データ送信処理およびデータ受信処理の動作するタイミングを調節する動作を図７を用いて説明する。運用系監視制御サーバ１１、待機系監視制御サーバ１２および非常用監視制御サーバ２１は、ＣＰＵをタイムシェアしている。データ送信処理およびデータ受信処理は、オペレーティグシステムが提供するＣＰＵ使用時間監視機構(Virtual Timer)等を利
用して、ＣＰＵ使用積算時間が監視時間の逓倍値に達したタイミングで割り込み通知を受けるようにする。例えば監視時間（ＣＰＵ使用時間通知間隔Ｎ）を100ミリ秒とする場合
、100ミリ秒,200ミリ秒,300ミリ秒‥のタイミングで通知を受け取る。データ送信処理お
よびデータ受信処理は、割り込み通知を受けた時点でデータ送受信処理を中断し、スケジュール調整処理を起動する。

スケジュール調整処理では、割り込み通知を受けた実時刻とＣＰＵ使用時間の組をＣＰＵ使用時間管理テーブルに記録する。ＣＰＵ使用時間管理テーブルの履歴データから、データ送受信処理の直近のＣＰＵ占有率（Ｒ）が算出できる。ＣＰＵ占有率が閾値（Ｒ０）を超えていなければスケジュール調整処理をただちに終了し、中断していたデータ送受信コピー処理を再開する。ＣＰＵ占有率が設定した閾値を超えていれば、実行可能時刻になるまで処理を一時停止する。実行可能時刻に到達したら、動作タイミング調整を終了して、中断していたデータ送受信処理を再開する。これにより、平均のＣＰＵ占有率は閾値以下となる（Ｓ７０〜Ｓ７５）。

このように、実施の形態５にかかわる発明では、データ送信プログラムとデータ受信側プログラムのＣＰＵ占有率を管理し、閾値を超えないように制御することで、監視制御機能の即時応答性を劣化させることなく常用監視制御システムの設定データおよび業務データを非常用監視制御システムに引き継いで利用できるという効果が得られる。上記説明では、監視制御システム本体に対して専用の非常用監視制御システムを設置する場合を例に説明したが、別の地域を管轄する監視制御システム本体との間で相互バックアップ運転を行う形態にも適用できる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ 常用監視制御システム、２ 非常用監視制御システム、３ 広域監視制御ＩＰネットワーク、４ 遠隔監視装置、５ 監視制御対象機器、１０ ＬＡＮ、１１ 運用系監視制御サーバ、１２ 待機系監視制御サーバ、１３ 第１監視制御端末、１４ 第２監視制御端末、２０ ＬＡＮ、２１ 非常用監視制御サーバ、２２ 非常用監視制御端末、１１０
設備情報データベース、１１１ 設備状態データベース、１１２ 設定データ、１１３
業務データ、１１４ 凍結設定データ、１１５ 凍結業務データ、１２０ 設備情報データベース、１２１ 設備状態データベース、１２２ 設定データ、１２３ 業務データ、２１０ 設備情報データベース、２１１ 設備状態データベース、２１２ 設定データ、２１３ 業務データ、２１４ バックアップ設定データ、２１５ バックアップ業務データ

Claims (7)

1. 監視制御対象機器から得られる設備の状態情報をワイドエリアネットワークを経由して発信する遠隔監視装置と、
   前記遠隔監視装置が発信した設備の状態情報からデータベースを作成し、かつ前記ワイドエリアネットワークを経由して前記監視制御対象機器に対して設定する設定データを自分のエリアに保有する常用電力系統監視制御システムと、
   前記遠隔監視装置が発信した設備の状態情報からデータベースを作成し、かつ前記常用電力系統監視制御システムが保有している設定データのバックアップデータを自分のエリアに保有する非常用電力系統監視制御システムとを備え、
   前記常用電力系統監視制御システムは、前記設定データが保有されているエリアとは異なる別のエリアに前記設定データの複製を作成し、前記ワイドエリアネットワークを経由してこの設定データの複製を前記非常用電力系統監視制御システムに送信すると、前記非常用電力系統監視制御システムは送信されてきた設定データの複製に基づいて前記自分のエリアに保有するバックアップデータを更新することを特徴とする電力系統監視制御システム。
2. 前記常用電力系統監視制御システムは、互いにローカルエリアネットワークで接続され、二重系を構成する運用系監視制御サーバと待機系監視制御サーバを有し、前記運用系監視制御サーバと前記待機系監視制御サーバのそれぞれが、前記データベースと前記設定データを保有していることを特徴とする請求項１に記載の電力系統監視制御システム。
3. 前記設定データは、監視上限値と監視下限値を含むことを特徴とする請求項２に記載の電力系統監視制御システム。
4. 前記常用電力系統監視制御システムは、前記設定データの複製を送信する際に前回送付したデータと今回送付するデータとの差分を求め、前記非常用電力系統監視制御システムにはこの差分を送信することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の電力系統監視制御システム。
5. 前記常用電力系統監視制御システムは、前記設定データの複製を送信する際にデータを圧縮し、前記非常用電力系統監視制御システムにはこの圧縮されたデータを送信することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の電力系統監視制御システム。
6. 前記常用電力系統監視制御システムは、前記設定データの複製を送信する際にデータの送信時刻とデータの送信量とを対応付けたテーブルを作成し、このテーブルに基づいて一定時間内に送信されたデータ量を計算し、この一定時間内に送信されたデータ量が閾値を超えたと判定した場合には前記設定データの複製の送信を中断することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の電力系統監視制御システム。
7. 前記常用電力系統監視制御システムは、前記設定データの複製を送信する際にデータの送信時刻と送信処理に要したＣＰＵ使用時間とを対応付けたテーブルを作成し、このテーブルに基づいて送信処理に要したＣＰＵ使用時間が全ＣＰＵ使用時間に対して占める割合を計算し、この割合が閾値を超えたと判定した場合には前記設定データの複製の送信を中断することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の電力系統監視制御システム。