JP2017060270A - 保護リレー及び保護リレー用プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】保護リレーの送受信の経路の相違を検知することにより、同期ずれを防ぐための対応を可能とする。【解決手段】保護リレー４が、複数のＬ３スイッチ１５を含む通信の経路Ｒに接続され、データが経由したＬ３スイッチ１５の数であるネットワーク距離を取得する取得部１１２と、取得部１１２が取得したネットワーク距離と、所定の情報を比較することにより、相手端の保護リレー４からのデータを受信する経路Ｒと当該相手端の保護リレー４へ送信するデータの経路との相違を判定する判定部１１４とを有する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、電力システムに適用される保護リレー及び保護リレー用プログラムに関する。

保護リレーを用いて電力システムを保護する保護システムは、送電線保護システムや系統安定化制御システムなど、多岐に亘る用途に適用されている。送電線保護システムにおける保護リレーは、送電線や母線の事故を検出して、遮断器に事故区間を切り離す指令を出力する。系統安定化制御システムにおける保護リレーは、発電所、変電所の系統事故を検出して、周波数脱調等の系統不安定事象を予測し、遮断器に発電機等を系統から切り離す信号を出力する。このような保護システムにより、電力システムにおける事故波及の防止、電力系統の安定を図ることができる。

保護リレーには、自らが監視する区間の電流値や電圧値、接点情報等、種々の検出手段が計測した電気量データが入力される。また、保護リレーは、通信経路を介して、相手端の保護リレー装置や計算機等と電気量データを授受し合い、内部の演算装置によって、電流差動演算や安定度演算等のリレー演算を実行している。

このような保護リレーは、保護区間である送電線や発変電所の各端子に設置される。以下の説明では、一方の保護リレーを自端、自端がデータを送受信する相手の保護リレーを相手端と呼ぶ場合がある。

従来から用いられている典型的な保護リレーは、ＰＣＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｃｏｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）電流差動リレーである。ＰＣＭ電流差動リレーは、自端及び相手端のそれぞれにおいて、所定の周期で電流データをサンプリングする。そして、自端と相手端とがサンプリングした電流データを、通信用の伝送路である経路を介して相互に通信し合うことで、自端と相手端の差動演算を行い、送電線の事故の有無を判定する。

差動演算は、以下のように行われる。まず、自端と相手端とでサンプリングした電流データのベクトル和から、差電流を求める。次に、差電流の大きさである振幅値を算出する。さらに、振幅値を、あらかじめ設定された判定値と比較して、動作判定する。

特許第５１２７４８２号公報

上記のように、複数の保護リレーを経路で接続した保護システムにおいては、各保護リレーが、同一時刻に計測したデータを用いて、差動演算等を行う必要がある。つまり、保護リレーは、端子同士のサンプリングタイムが同期されていなければならない。このため、保護リレーは、自端と相手端との間で通信を行い、同期の合わせ込みを行っている。このときに、同期の基準となる端子を主端、同期の合わせ込み処理を行う端子を従端と呼ぶ。また、従端から主端への経路を上り、主端から従端への経路を下りと呼ぶ。

このような同期処理は、主端と従端との間の経路の上りと下りで、伝送時間が等しいことを前提に行われている。ここで、電流差動リレーの経路としては、従来から、専用の通信回線が用いられていた。専用の通信回線の場合、経路が固定化しているので、上りと下りの伝送時間の一致が確保されていた。

しかし、近年では、通信のためのプロトコルとして、ＩＰやイーサネット（登録商標）を適用した保護システムが実用化されている。ＩＰによる通信では、ルータ等の通信装置が、自律的に最適な経路を選択して経路制御を行う。このため、ネットワークの状況の変化により、保護リレー間での上りと下りの通信経路が変動するため、伝送時間も変動する。このように上りと下りの伝送時間が変動すると、同期処理に支障が生じる。

これに対処するため、ＩＰを適用する場合には、ＭＰＬＳ（Ｍｕｌｔｉ−Ｐｒｏｔｏｃｏｌ Ｌａｂｅｌ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）などのプロトコルを用いることによって、経路を固定化できる。しかし、この場合も、伝送不良発生時の通信経路の切替と切戻しが発生すると、一時的に、数分間程度、上りと下りで経路が異なる期間が発生する場合がある。

この期間は、経路の上下で遅延時間差が発生してしまうため、この遅延時間に基づいて同期制御を実行した場合は、サンプリングタイミングのずれが生じて、保護リレーの演算精度が低下する。この同期ずれがリレー演算に許容できる値を超えた場合は、保護に必要な精度を確保できず、保護機能を継続できなくなる。

本発明の実施形態は、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、保護リレーの送受信の経路の相違を検知することにより、同期ずれを防ぐための対応を可能とする保護リレー及び保護リレー用プログラムを提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の実施形態の保護リレーは、複数の通信装置を含む通信の経路に接続され、データが経由した通信装置の数に関する情報又はデータが経由した通信装置を識別する情報を取得する取得部と、前記取得部が取得した情報と、所定の情報とを比較することにより、相手端の保護リレーからのデータを受信する経路と当該相手端の保護リレーへ送信するデータの経路との相違を判定する判定部とを有する。

実施形態の保護リレーを適用した電力システムを示すブロック図 保護システムのネットワーク構成を示すブロック図 サンプリング同期制御の手順を示す説明図 保護リレーがデータ通信に使用するフレームフォーマット 第１の実施形態の処理手順を示すフローチャート 第１の実施形態による検知処理を示す説明図 経路の切替を検知できない場合を示す説明図 第２の実施形態の検知処理を示す説明図 第３の実施形態の検知処理を示す説明図 第５の実施形態の処理手順を示すフローチャート 第５の実施形態の検知処理を示す説明図 第６の実施形態の検知処理を示す説明図

［第１の実施形態］
［基本構成］
本実施形態の構成を、図面を参照して説明する。本実施形態の保護リレーは、図１に示すような保護システムＳ及びネットワークＮＷに適用される。保護システムＳが有する保護リレー４ａ、４ｂ、４ｃは、保護対象となる電力システムＥに接続されている。電力システムＥは、送電線１、変流器２、遮断器３を有する。

送電線１は、電力を伝達する電線路である。なお、本実施形態における送電線１は、三相交流であるが、簡略化して単相で図示している。変流器２は、電流を検出する検出器である。遮断器３は、事故時の電流を遮断する機器である。変流器２及び遮断器３は、送電線１の各端子に設置されている。

保護リレー４ａ、４ｂ、４ｃは、事故を検出し、遮断器３に遮断指令を出力することにより、電力システムＥを保護する装置である。例えば、ＰＣＭ電流差動リレーを、保護リレー４ａ、４ｂ、４ｃとして用いることができる。遮断器３は、保護リレー４ａ、４ｂ、４ｃからの遮断指令に応じて、遮断動作を行う。

図１では、保護リレー４ａの構成の詳細を示している。但し、他の保護リレー４ｂ、４ｃも同様の構成である。以下の説明では、保護リレー４ａ、４ｂ、４ｃを区別しない場合には、保護リレー４とする。

保護リレー４は、入力変換器６、アナログフィルタ７、Ａ／Ｄ変換部８、演算部９、出力部１０、通信部１１、同期制御部１２、記憶部１３を有する。入力変換器６は、変流器２からのアナログ信号を、系統側と絶縁し、適切な大きさへ変換する。アナログフィルタ７は、サンプリングのための帯域制限を行う。Ａ／Ｄ変換部８は、アナログ信号をデジタル信号に変換する。

演算部９は、入力信号に基いて差動演算等を行う。つまり、演算部９は、事故電流を判定して遮断指令を生成する。出力部１０は、遮断指令を遮断器３に出力する。通信部１１は、相手端の保護リレー４との通信を行う。この通信部１１の構成の詳細は、後述する。

同期制御部１２は、ネットワークＮＷを介して通信を行うことで、同期タイミングを合わせ込む同期制御を行う。この同期制御の詳細は、後述する。記憶部１３は、本実施形態の処理に必要な各種の情報を記憶する。記憶する情報は、ＴＴＬ値、ネットワーク距離、通信装置のアドレス情報、自走が継続可能な時間、各種設定用の値、受信したデータ等を含む。

ネットワークＮＷは、図２に示すように、各保護リレー４ａ、４ｂ、４ｃを相互に接続して、データの送受信を行う。ネットワークＮＷは、通信のための経路Ｒを介して、Ｌ２スイッチ１４及びＬ３スイッチ１５を接続したＬ２・Ｌ３ネットワークである。このネットワークＮＷで送受信される情報を、データと総称する。データリンク層であるレイヤ２で中継されるデータをフレームと呼ぶ。ネットワーク層であるレイヤ３で中継されるデータをパケットと呼ぶ。パケットに含まれる電流データ等の実データを含む領域をデータ部と呼ぶ。

Ｌ２スイッチ１４は、レイヤ２でフレームを中継する中継装置である。フレームの宛先は、ＭＡＣアドレスに基づいて判別する。Ｌ３スイッチ１５は、レイヤ３でパケットを中継する中継装置である。パケットの宛先は、ＩＰアドレスに基づいて判別する。

各Ｌ３スイッチ１５は、経路Ｒを介してリング状に接続されている。各保護リレー４ａ、４ｂ、４ｃは、Ｌ２スイッチ１４を介して、Ｌ３スイッチ１５に接続されている。なお、Ｌ３スイッチ１５の代わりにルータを用いることもできる。

また、図示はしないが、保護リレー４は、バックアップ用のネットワークに接続されている。バックアップ用のネットワークは、ネットワークＮＷとは独立した別個のネットワークであってもよいし、多重化されたネットワークＮＷのいずれかであってもよい。

［通信部］
通信部１１は、図１に示すように、送受信部１１０、設定部１１１、取得部１１２、抽出部１１３、判定部１１４、自走部１１５、切替部１１６、復帰部１１７、通知部１１８を有する。

送受信部１１０は、相手端の保護リレー４との間で、フレームの送受信を行う。設定部１１１は、フレームの送信時に、保護リレー４間で経由する通信装置の数に関する値の設定を行う。通信装置の数に関する値は、例えば、ＴＴＬ値、ネットワーク距離である。ＴＴＬ値は、通信装置であるＬ３スイッチ１５を経由する毎にデクリメントされる値である。ネットワーク距離は、ＴＴＬ値に基づいて計測されるデータが経由したＬ３スイッチの１５の数である。設定部１１１は、パケットのＩＰヘッダに対するＴＴＬ値の設定、パケットのデータ部に対するネットワーク距離の付加等を行う。

取得部１１２は、データが経由した通信装置の数に関する情報を取得する。つまり、取得部１１２は、送受信部１１０が受信したデータから、ネットワーク距離を取得する。ネットワーク距離の取得は、送受信部１１０が受信したパケットのＩＰヘッダに含まれるＴＴＬ値を、あらかじめ設定された固定のＴＴＬ値から減算することにより行う。

抽出部１１３は、相手端の保護リレー４から受信したデータに含まれ、自端の保護リレー４が送信したデータが通過した通信装置の数に関する情報を抽出する。ここで、データ部に含まれる通信装置の数に関する情報は、ネットワーク距離である。このネットワーク距離は、自端の保護リレー４から送信したデータを相手端の保護リレー４が受信した場合に、相手端の取得部１１２が取得したネットワーク距離である。

つまり、相手端の保護リレー４においては、受信したパケットのＩＰヘッダのＴＴＬ値に基いて、取得部１１２が求めたネットワーク距離を、設定部１１１が送信するパケットのデータ部に含める。相手端の保護リレー４は、このパケットを自端の保護リレー４に送信する。

判定部１１４は、取得部１１２が取得した情報と、所定の情報とを比較することにより、相手端の保護リレー４から受信するデータの経路Ｒと、当該相手端の保護リレー４へ送信するデータの経路Ｒとの相違を判定する。所定の情報は、上記のように、相手端の保護リレー４から受信したパケットのデータ部に含まれ、抽出部１１３により抽出されたネットワーク距離である。

自走部１１５は、判定部１１４が経路Ｒの相違を判定した場合に、同期制御部１２による同期を停止して、自走を行わせる。自走とは、自らの内部クロックの精度によって制御を行うことにより、相手端の保護リレーとのタイミングを揃えることである。

切替部１１６は、自走部１１５による自走が、あらかじめ設定された時間を経過した場合に、バックアップ用の経路に切り替える。あらかめ設定された時間は、自走の期間が所定の同期精度を維持できる時間である。復帰部１１７は、サンプリング同期が可能な状態となった場合に、同期制御部１２による同期を復帰させる。通知部１１８は、経路Ｒの相違を通知する情報を、送受信部１１０が送信するフレームに含めて、他の保護リレー４に通知する。

［作用］
［同期制御］
上記のように、保護リレー４が差動演算を行うためには、サンプリングタイミングが同期されている必要がある。この同期は、同期制御部１２が実施している。この同期制御処理を、図３を参照して説明する。この図３は、主端と従端を決めて送受信する２端子間での制御である。

まず、従端及び主端が、それぞれ自端のサンプリングタイミングである送信タイミングを含むデータＴｄ１、Ｔｄ２を送信し合う。両端子では、自端のサンプリングタイミングと相手端からのデータＴｄ１、Ｔｄ２の受信時刻との時間間隔ｔｍ、ｔｓを測定する。そして、ｔｓ−ｔｍ＝０となるように、サンプリングタイミングを補正することにより、同時性を確保する。

但し、このような同期制御を行うためには、従端及び主端の上り、下りの経路Ｒが同じであって、伝送遅延時間が等しいことが維持されている必要がある。つまり、Ｔｄ１、Ｔｄ２の伝送遅延時間は同じでなければならない。伝送遅延時間に差がある場合には、その差の１／２、つまり、Δｔ＝（Ｔｄ１−Ｔｄ２）／２の同期誤差が発生する。この同期誤差の時間が、演算部９によるリレー演算に許容できる値を超えた場合、正しい演算を行うことができない。この許容値は、例えば、数十〜数百μｓ程度である。

上記のように、リング状に構成されたネットワークＮＷにおいては、接続された通信装置同士が通信する場合、一方のルートを使用するか、これと反対のルートを使用することができる。以下、便宜的に、一方のルートを右回りと呼び、これと反対のルートを左回りと呼ぶ。

右回り、左回りどちらのルートを使用するかは、通信装置が送信するパケットごとに異なる。但し、上記のサンプリング同期のために、保護リレー４同士の伝送遅延時間を同じにするには、ルートを固定化する必要がある。例えば、ＭＰＬＳなどのプロトコルを使用することで、右回り又は左回りのいずれかにルートを固定化することはできる。しかし、上記のように、これらのプロトコルを使用した場合であっても、一時的にサンプリング同期を行うことができない期間が生じる場合がある。

［フレーム構成］
保護リレー４が送受信するデータのフレーム構成の一例を、図４に示す。
各項目の内容は、以下の通りである。
プリアンブル：フレームの区切りを示すビット列
宛先ＭＡＣ：フレームの宛先ＭＡＣアドレス
発信元ＭＡＣ：フレームの発信元ＭＡＣアドレス
タイプ：イーサネットフレーム種別
ＩＰパケット：ＩＰヘッダ、データ部
ＦＣＳ：フレームチェックシーケンスコード
ＩＰヘッダ：宛先ＩＰアドレス、送信元ＩＰアドレス、ＴＴＬ値など
データ部：電気量データ、同期データなどの実データ

このフレームはパケットにイーサヘッダが付加されて構成されるイーサネットのフレームである。保護リレー４から送信されたフレームは、Ｌ２スイッチ１４と経路Ｒで構成されるＬ２ネットワークを通過する。

そして、Ｌ３ネットワーク内では、ＩＰパケットのみが伝送され、相手側のＬ３スイッチ１５により、再びイーサヘッダが付加される。これにより、フレームは、相手側のＬ２スイッチ１４を通過して、相手端の保護リレー４へ伝送される。

データ部に含まれる同期データは、同期制御に使用するデータである。同期データには、同期主従の端子番号、同期フレームの送受信タイミング（時刻）情報、同期指令／応答種別情報などが含まれる。また、データ部には、後述するように、ＴＴＬ値から求めたネットワーク距離を付加してもよい。

ＩＰヘッダに含まれるＴＴＬ値は、Ｌ３スイッチ１５を経由するたびに値が１ずつデクリメントされる。ＴＴＬ値が０となる場合には、パケットがＬ３スイッチ１５で破棄される。これにより、経路Ｒ中にループが発生した場合にも、ネットワークＮＷ中にパケットが流れ続けることが防止される。

［経路切替検出］
本実施形態による経路切替検出処理を、図５のフローチャート、図６の説明図を参照して説明する。本処理は、従端の保護リレー４ｂがネットワーク距離を検出し、主端の保護リレー４ａに対して通知する態様である。なお、図６では、ＴＴＬ値のデクリメントが発生しないＬ２スイッチ１４については、図示を省略している。

従端の保護リレー４ｂの通信部１１における設定部１１１は、送信するフレームのＩＰヘッダに、常に、固定のＴＴＬ値であるＭを設定する。ＴＴＬ値は、例えば、２５５とする。従端の送受信部１１０は、このようにＴＴＬ値が設定された同期フレームを、主端を宛先として送信する（ステップＳ０１）。

ＴＴＬ値は、Ｌ３スイッチ１５を経由する毎に、値がデクリメントされる。つまり、Ｍ＝Ｍ−１の演算が行われる。このため、例えば、経路Ｒ中に２台のＬ３スイッチ１５がある場合、主端に届いたデータのＴＴＬ値は、Ｍ−２となる。固定のＴＴＬ値が２５５の場合、２５３になる。

主端の保護リレー４ａの記憶部１３は、あらかじめ従端が送信するＴＴＬ値であるＭを記憶しておく。例えば、２５５を記憶している。主端の取得部１１２は、受信したＩＰヘッダに含まれるＴＴＬ値を、あらかじめ記憶していたＴＴＬ値から減算する。これにより、従端から主端にデータを送信する際に経由するＬ３スイッチ１５の数であるネットワーク距離を取得する。上記の例では、２５５−２５３＝２であるため、ネットワーク距離が２、つまり経由したＬ３スイッチが２台であることがわかる。

主端の設定部１１１は、従端に対して送信するパケットのデータ部に、取得したネットワーク距離の値を付け加える。送受信部１１０は、このパケットを含むフレームを、従端を宛先として送信することにより、従端に対して、従端から主端までのネットワーク距離を通知する。

このフレームを、従端の送受信部１１０が受信する（ステップＳ０２）。従端の取得部１１２は、上記と同様に、主端から受信したパケットのＴＴＬ値と、あらかじめ設定されたＴＴＬ値とから、ネットワーク距離を求める（ステップＳ０３）。このネットワーク距離は、主端から従端までに、実際にそのパケットが経由してきたＬ３スイッチ１５の数である。

また、抽出部１１３は、当該パケットのデータ部に含まれるネットワーク距離を抽出する（ステップＳ０４）。このネットワーク距離は、従端から主端までのネットワーク距離であり、主端がデータ部に含めたものである。

そして、判定部１１４は、実際にそのパケットが経由してきた経路Ｒのネットワーク距離と、データ部に含まれていたネットワーク距離とを比較して、経路Ｒの相違を判定する（ステップＳ０５）。

判定部１１４は、比較の結果、上りと下りの経路Ｒで、ネットワーク距離が一致している場合には（ステップＳ０６のＹＥＳ）、経路Ｒの上下方向の経路不一致がないものとして、同期制御を継続する。ネットワーク距離が一致していない場合には（ステップＳ０６のＮＯ）、経路Ｒの上下方向の経路不一致があったと判定する。

判定部１１４が、経路Ｒの上下方向の経路不一致があったと判定した場合、自走部１１５は、サンプリング同期制御部１２による同期引き込み処理を停止して、内部クロックによる自走を行わせる（ステップＳ０７）。これにより、見かけ上の同期誤差による引き込みが行われないようにする。この自走は、あらかじめ設定された同期精度を維持できる時間まで継続する（ステップＳ０８のＮＯ）。

切替部１１６は、自走期間が同期精度を維持できる時間を超えたと判定した場合には（ステップＳ０８のＹＥＳ）、同期用に使用する経路Ｒをバックアップ用のネットワークに切り替える（ステップＳ０９）。

なお、経路Ｒが復旧して、サンプリング同期が可能な状態となった場合には、復帰部１１７は、同期制御部１２による同期を復帰させる。また、通知部１１８は、経路Ｒの切替を他の保護リレー４に通知してもよい。

［効果］
以上のような本実施形態は、複数のＬ３スイッチ１５を含む通信の経路Ｒに接続され、データが経由したＬ３スイッチ１５の数であるネットワーク距離を取得する取得部１１２と、取得部１１２が取得したネットワーク距離と、所定の情報を比較することにより、相手端の保護リレー４からのデータを受信する経路Ｒと当該相手端の保護リレー４へ送信するデータの経路Ｒとの相違を判定する判定部１１４とを有する。

このため、保護リレー４の送受信の経路Ｒの相違を検知して、同期ずれを防ぐための対応を可能とする。つまり、上りと下りの経路Ｒが異なる間は、同期制御を行わずに自走状態とする、又は同期に使用するネットワークを別のネットワークに切り替える等により、同期ずれの発生を防ぐことができる。

また、本実施形態は、相手端の保護リレー４から受信したデータに含まれ、自端の保護リレー４が送信したデータが通過した通信装置の数に関する情報を抽出する抽出部１１３を有し、判定部１１４が比較する所定の情報が、抽出部１１３が抽出したネットワーク距離である。

このため、受信したデータのみから、上りのデータが経由したネットワーク距離と、下りのデータが経由したネットワーク距離の相違を、簡易且つ正確に判断することができる。

また、本実施形態は、相手端の保護リレー４との間でのサンプリングタイミングを同期する同期制御部１２と、判定部１１４が経路Ｒが相違すると判定した場合に、同期制御部１２による同期を停止して、内部クロックによる制御を行わせる自走部１１５とを有する。このため、経路Ｒの切替を早期に検出して、速やかに自走状態とすることができる。

さらに、本実施形態は、バックアップ用の経路が接続され、自走部１１５による自走が、所定の時間を経過した場合に、バックアップ用の経路に切り替える切替部１１６を有する。このため、一定時間以上、自走状態が続く場合には、同期に使用するネットワークを、バックアップ側のネットワークに切り替えることで同期制御を継続できる。

［第２の実施形態］
［構成］
本実施形態は、基本的には、上記の第１の実施形態と同様の構成である。但し、本実施形態は、通知部１１８が、リング状のネットワークＮＷにおいて、一方の経路Ｒにおけるネットワーク距離と、これと反対方向の経路Ｒにおけるネットワーク距離とが異なる保護リレー４同士において、判定部１１４により、互いの経路Ｒの相違が判定された場合に、当該保護リレー４同士とは異なる保護リレー４に、経路Ｒの相違を通知する。

［作用効果］
以上のような本実施形態の作用効果を、図７及び図８の説明図を参照して説明する。まず、リング状のネットワークＮＷにおいては、一対の保護リレー４の経路Ｒは、右回りと左回りに２つ存在する。この場合、上記の第１の実施形態では、右回り経路Ｒと左回りの経路Ｒとでネットワーク距離が異なる場合に、経路Ｒの不一致を検出することができた。

しかし、一対の保護リレー４同士が、リング状のネットワークＮＷにおける右回りと左回りのネットワーク距離が等しい場合がある。この場合、右回りの経路Ｒと左回りの経路Ｒが切り替わっても、ネットワーク距離に変化がない。このため、経路Ｒの不一致を検出することができない。

このように、左回りと右回りのＬ３スイッチ１５の数が等しい場合の一例を、図７に示す。この例では、端子数が４のネットワークＮＷにおいて、保護リレー４ａと保護リレー４ｃは、お互いの経路Ｒが、右回りであっても左回りであっても、通過するＬ３スイッチ１５の数は３台で同じである。このため、どちらの経路Ｒに切り替わっても、ネットワーク距離による上下方向の経路不一致の検知ができない。

但し、端子数が３端子以上であれば、これに対応するＬ３スイッチ１５も３台以上となり、上下方向の経路不一致が発生した場合、端子同士のネットワーク距離が異なる関係が必ず存在する。このような端子同士であれば、経路Ｒの不一致を検知することができる。

この態様の一例を、図８に示す。つまり、Ｌ３スイッチ１５が４台のネットワークＮＷにおいて、保護リレー４ａと保護リレー４ｂは、右回りの場合、経由するＬ３スイッチ１５は２台である。左回りの場合、経由するＬ３スイッチ１５の数は４台である。保護リレー４ａと保護リレー４ｃは、右回りと左回りで、Ｌ３スイッチ１５の数は３台で等しい。

このため、保護リレー４ｂにおける判定部１１４は、上記の第１の実施形態と同様に、保護リレー４ａとの間での経路Ｒの不一致を判定できる。そこで、保護リレー４ｂの判定部１１４が経路Ｒの不一致を判定した場合、通知部１１８は、保護リレー４ｃに対しても、経路Ｒの不一致を検知したことを通知する。

この通知を受けた保護リレー４ｃにおいては、自走部１１５が自走を行う。または、主端の保護リレー４ａの同期制御部１２が、同期処理を停止する。これにより、全従端の保護リレー４ｂ、４ｃの自走部１１５が、自走状態とする。これにより、見かけ上の同期誤差による同期の引き込みが行われない。さらに、切替部１１６は、自走期間が一定の同期精度を維持できる時間を超えた場合に、同期用に使用する通信路をバックアップ用の別のネットワークに切り替える。

以上のような本実施形態によれば、リング状のネットワークＮＷにおける保護リレー４ａ、４ｃ同士のネットワーク距離が、左回りと右回りで同じ場合が生じていても、他の保護リレー４ｂからの上下方向の経路不一致の通知により、上記の実施形態と同様に、同期ずれの発生を防止できる。

なお、上記のように、左回りと右回りでネットワーク距離が同じ場合には、異経路発生時に、これを検知できない。しかし、ネットワーク構成や通信路長などの条件によっては、ネットワーク距離が一致すれば、伝送遅延時間差が許容範囲内となることが、あらかじめわかっている場合がある。そこで、このような場合には、見かけ上の同期誤差は発生しないため、経路Ｒの上下方向の経路不一致を検出した場合に、同期処理を停止せずに継続して実行しても問題はない。

［第３の実施形態］
［構成］
本実施形態は、基本的には、上記の第１又は第２の実施形態と同様の構成である。但し、本実施形態においては、判定部１１４が比較するデータが経由した通信装置の数に関する情報と、所定の情報とが異なる。まず、データが経由した通信装置の数に関する情報は、相手端の保護リレー４と自端の保護リレー４との間のネットワーク距離に、所定の値を加算した値を初期値として、通信装置を経由する毎に減算された値である。また、所定の情報は、初期値において加算された値である。

［作用効果］
以上のような本実施形態の作用効果を説明する。まず、上記の第１の実施形態と同様に、自端における取得部１１２は、相手端から受信したパケットのＴＴＬ値から、相手端とのネットワーク距離Ｎを求める。

そして、自端の設定部１１１は、ネットワーク距離Ｎに、所定の値ｘを加えた数をＴＴＬ値の初期値として設定する。ｘは、１以上の整数であり、ＴＴＬの値は２５５以下になるようにする。送受信部１１０は、このようにＴＴＬ値を設定したパケットを、相手端に送信する。

相手端においては、記憶部１３が、あらかじめ所定の値ｘを記憶している。そして、相手端がパケットを受信すると、取得部１１２は、ＴＴＬ値を取得する。ここで、相手端から自端までの経路Ｒと、自端から相手端までの経路Ｒが一致している場合には、ＴＴＬ値がｘとなっている。また、経路Ｒが一致していない場合には、相手端が受信したパケットのＴＴＬ値がｘより大きな値となるか、ｘより小さな値となる。つまり、ＴＴＬ値がｘ以外の値となる。

パケットのＴＴＬ値がｘより大きな値となる場合は、相手端から自端へのネットワーク距離よりも、自端から相手端へのネットワーク距離が小さい場合である。ｘより小さな値となる場合は、相手端から自端へのネットワーク距離よりも、自端から相手端へのネットワーク距離が大きい場合である。

このため、判定部１１４は、あらかじめ記憶したｘと、受信したパケットのＴＴＬ値とを比較して、値が一致しないと判定した場合は、経路Ｒが相違すると判定する。なお、経路Ｒの途中で、ＴＴＬ値が０以下となった場合、パケットは破棄されるので、相手端へのデータは届かなくなる。所定時間経過してもパケットを受信できない場合は、同期処理は行われずに自走部１１５が自走状態とする。

本実施形態の具体的な一例を、図９の説明図を参照して説明する。まず、相手端の保護リレー４ｂが送信し、自端の保護リレー４ａが受信したパケットのＴＴＬ値から、取得部１１２が、自端と相手端とのネットワーク距離Ｎである２を求める。

自端の設定部１１１は、ＴＴＬ値として、ネットワーク距離Ｎの値２に、所定の値１を加えた数である３を設定する。送受信部１１０は、このようにＴＴＬ値を３に設定したデータを、相手端に送信する。

すると、上りと下りのネットワーク距離が等しい場合、相手端に届くデータのＴＴＬ値は、１となる。下りのネットワーク距離が小さい場合、相手端に届くデータのＴＴＬ値は、１よりも大きい値となる。相手端の判定部１１４は、所定の値である１と比較して、ＴＴＬ値が１よりも大きい場合に、経路Ｒの相違を判定する。これに応じて、上記と同様に、自走部１１５による自走、切替部１１６によるバックアップへの切替等が行われる。

また、下りのネットワーク距離が大きい場合、相手端が受信するＴＴＬ値は、経路Ｒの途中で０以下となる。このため、パケットは破棄されて相手端にデータが届かなくなる。この場合は、同期ができないため、上記と同様に、自走部１１５による自走、切替部１１６によるバックアップへの切替が行われる。このため、誤った同期誤差に対する引き込み処理を防止できる。

以上のような本実施形態では、設定部１１１が、パケットのデータ部に、取得部１１２が取得したネットワーク距離の値を付加する必要がなくなる。また、データ部からネットワーク距離を抽出する抽出部１１３は不要となる。

［第４の実施形態］
［構成］
本実施形態の構成は、基本的には上記の第１の実施形態と同様である。但し、本実施形態では、記憶部１３が、取得部１１２が取得した通信装置の数に関する情報を記憶する。この情報は、ＩＰヘッダにおけるＴＴＬ値である。これは、判定部１１４が比較する所定の情報である。

また、通知部１１８は、自端と相手端の保護リレー４の双方で経路Ｒの切替があった場合、これを互いに通知する。さらに、復帰部１１７は、保護リレー４同士が自走部１１５による制御を行っている場合に、双方の保護リレー４の判定部１１４が経路Ｒの相違を検知した場合に、停止していた同期制御部１２による制御を復帰させる。

［作用効果］
以上のような本実施形態では、主端および従端における記憶部１３が、相手端子から届くデータのＴＴＬ値を記憶している。判定部１１４は、データを受信する毎に、受信したデータのＴＴＬ値と、記憶されたデータのＴＴＬ値とを比較して、変化がないかどうかを監視する。判定部１１４が、ＴＴＬ値に変動があったと判定した場合には、経路切替が発生したとして、自走部１１５が、同期引き込みを停止して自走状態とする。

通知部１１８は、判定部１１４が経路切替を判定した場合は、データに経路切替を検出したという情報を付加して、送受信部１１０が相手端に送信する。リング状のネットワークＮＷを使用している場合には、１つの保護リレー４からの経路Ｒは２方向しか存在しない。このため、経路Ｒが一致している状態から、両端子で経路切替を検出した場合、切替後の経路Ｒも上下で一致していることとなる。

したがって、自走状態となっている保護リレー４における復帰部１１７は、相手端の通知部１１８から通知されるデータにより、相手端も経路切替が発生したという情報を確認した場合、同期制御部１２による同期引き込みを再開する。

また、片側の端子で経路変更を検知しても、もう一方の端子で経路変更を検知しない場合は、上下方向の経路不一致が発生していると判断し、自走状態を継続する。バックアップ用のネットワークの切替は、上記と同様である。

以上のような本実施形態では、保護リレー４が受信するデータのＴＴＬ値を監視するだけで、経路Ｒの切替を検知できる。このため、ＴＴＬ値として特別な設定が不要となる。また、双方の切替があった場合には、同期に問題はないため、速やかに同期を再開させることができる。

［第５の実施形態］
［構成］
本実施形態は、基本的な構成は、上記の第１の実施形態と同様である。但し、本実施形態の取得部１１２は、データが経由した通信装置を識別する情報を取得する。この情報は、例えば、Ｌ３スイッチ１５のＭＡＣアドレス、ＩＰアドレス、ネットワーク内で割り当てられた固有の識別情報等である。以下、この情報をアドレス情報と呼ぶ。

記憶部１３は、取得部１１２が取得したＬ３スイッチ１５のアドレス情報を記憶する。さらに、判定部１１４は、記憶部１３に記憶されたＬ３スイッチ１５のアドレス情報と、受信したデータのＬ３スイッチ１５のアドレス情報とを比較することにより、経路Ｒの変化を判定する。

ここで、Ｌ３スイッチ１５のアドレス情報は、データを破棄したＬ３スイッチ１５のアドレス情報である。つまり、Ｌ３スイッチ１５等の通信装置は、ＴＴＬ値が０になるとデータを破棄して、ＩＣＭＰ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｍｅｓｓａｇｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）の時間超過応答を、パケットの送信元へ返す機能を有する。本実施形態は、この時間超過応答に含まれるＬ３スイッチ１５のアドレス情報を用いる。

［作用効果］
以上のような本実施形態の経路切替検出処理を、図１０のフローチャート、図１１の説明図を参照して説明する。まず、自端の設定部１１１は、送信する監視用データにおけるパケットのＴＴＬ値として、相手端とのネットワーク距離よりも短い所定の値を設定する（ステップＳ１１）。送受信部１１０は、このパケットを含むフレームを相手端に送信する（ステップＳ１２）。自端は、時間超過応答を待つ（ステップＳ１３のＮＯ）。

経路Ｒの途中のＬ３スイッチ１５では、ＴＴＬ値が０となるので、パケットを破棄する。このとき、パケットを破棄したＬ３スイッチ１５は、パケットの送信元へＩＣＭＰの時間超過応答を返す。自端の送受信部１１０が、時間超過応答を受信すると（ステップＳ１３のＹＥＳ）、取得部１１２は時間超過応答から、返信元のＬ３スイッチ１５のアドレス情報を取得する（ステップＳ１４）。

判定部１１４は、記憶部１３が記憶しているアドレス情報と、受信した時間超過応答のアドレス情報を比較する（ステップＳ１５）。記憶部１３が記憶しているアドレス情報は、あらかじめ、上記のような手順によって、取得部１１２が取得し、記憶部１３が記憶したアドレス情報である。アドレス情報が一致している場合には（ステップＳ１６のＹＥＳ）、経路Ｒの変化はないとして、同期制御を継続する。アドレス情報が一致していない場合には（ステップＳ１６のＮＯ）、判定部１１４は、経路Ｒの切替があったと判定する。

以上のように、保護リレー４の送受信部１１０は、経路Ｒの途中でパケットが破棄されるＴＴＬ値を設定した監視用データを、定期的に送信する。判定部１１４は、送受信部１１０が受信する時間超過応答により、パケットが破棄されるＬ３スイッチ１５を監視する。

つまり、判定部１１４が、同じＬ３スイッチ１５においてパケットが破棄されていると判定している場合、経路変化はない。判定部１１４が、異なるＬ３スイッチ１５でパケットが破棄されたと判定した場合には、経路Ｒが変化している。このように判定部１１４が経路Ｒが変化したことを判定した後の処理は、上記の第１の実施形態と同様である（ステップＳ１７〜Ｓ１９）。

本実施形態の具体的な一例を、図１１の説明図を参照して説明する。
(1) 自端の保護リレー４ａの設定部１１１は、ＴＴＬ値として、相手端の保護リレー４ｃとのネットワーク距離３よりも小さい２の値を監視データに設定する。送受信部１１０は、監視データを保護リレー４ｃに送信する。

(2) 経路Ｒの途中のＬ３スイッチ１５において、ＴＴＬ値＝０となるので、このＬ３スイッチ１５は、パケットを破棄して、ＩＣＭＰ時間超過応答を、送信元の保護リレー４ａに返す。

(3) 自端の保護リレー４ａの送受信部１１０は、ＩＣＭＰ時間超過応答を受信して、取得部１１２は、送信元のＬ３スイッチ１５のアドレス情報を取得する。判定部１１４は、記憶部１３に記憶されたアドレス情報と比較して、変化がない場合には、同期制御を継続する。

(1)’〜(3)’ 上記と同様に、監視データを送信した場合に、経路変更があると、異なるＬ３スイッチ１５が、ＩＣＭＰ時間超過応答を返信する。このため、判定部１１４は、記憶部１３に記憶されたアドレス情報と比較して、変化があったとして、経路切替と判定する。

(5) 通知部１１８は、経路変更があった場合には、相手端に通知する。

(6) 相手端の保護リレー４ｃにおいても、上記と同様に、監視データの送信とＩＣＭＰ時間超過応答の受信により、判定部１１４が、経路切替の有無を判定する。

(7) 相手端の通知部１１８は、経路変更があった場合には、自端に通知する。相手端と自端の双方で経路変更があった場合には、上記のように、同期制御を継続する。いずれか一方で経路変更があった場合には、自走、バックアップの切替を行う。

(8) 自端においても、相手端と自端の双方で経路変更があった場合には、上記のように、同期制御を継続する。いずれか一方で経路変更があった場合には、自走、バックアップの切替を行う。

以上のような本実施形態によれば、データが通過する通信装置であるＬ３スイッチ１５が変化したか否かで経路Ｒの変化を検知する。このため、右回りの経路Ｒと左回りの経路Ｒのネットワーク距離が相違する場合であっても、一致する場合であっても、経路Ｒの変化を容易に検知できる。

［第６の実施形態］
本実施形態は、基本的には、上記の第５の実施形態と同様である。但し、本実施形態においては、判定部１１４が、相手端の保護リレー４の取得部１１２が、第５の実施形態と同様に取得したアドレス情報と、自端の保護リレー４が、第５の実施形態と同様に監視しているアドレス情報とを比較して、経路切替を判定する。つまり、本実施形態では、自端と相手端において、監視しているＬ３スイッチ１５が同一か否かを、アドレス情報を交換して確認する。

［作用効果］
以上のような本実施形態では、上記のように、自端と相手端では、ＩＣＭＰ時間超過応答を利用して、取得部１１２が、監視対象となるＬ３スイッチ１５のアドレス情報を取得して、記憶部１３が記憶している。

そして、自端と相手端の保護リレー４の通知部１１８は、監視対象となるＬ３スイッチ１５のアドレス情報を、データ伝送により通知し合う。これにより、判定部１１４は、自端と相手端が監視するＬ３スイッチ１５が同一であるか否かを判定し、同一でない場合に、上下方向で異経路が発生していることを検知できる。

このような本実施形態の具体的な処理の一例を、図１２の説明図を参照して説明する。まず、リング状のネットワークＮＷにおいて、自端と相手端のネットワーク距離をＮとする。上下方向で同じ経路Ｒを使用している場合には、自端からｉ番目のネットワーク距離にあるＬ３スイッチ１５と、相手端からＮ＋１−ｉ番目にあるＬ３スイッチ１５は同一となる。しかし、上下方向で経路Ｒの切替が発生した場合、このＬ３スイッチ１５は異なるＬ３スイッチ１５となる。ただし、ｉ＝１とｉ＝ＮのＬ３スイッチ１５は除く。

ネットワーク距離Ｎの値は、上記の第１の実施形態のように取得部１１２が求めることができる。ｉの値は、あらかじめ決められた条件による値、例えば、２／Ｎ（切り上げ)とする。そして、それぞれがｉ番目とＮ＋１−ｉ番目のＬ３スイッチ１５を、上記の第５の実施形態と同様に、ＩＣＭＰの時間超過応答を使用して監視する(1)〜(3)。図１２では、ネットワーク距離３で、ｉ＝２の場合である。

自端の保護リレー４ａと相手端の保護リレー４ｂが監視しているＬ３スイッチ１５のアドレス情報は、通知部１１８が互いに通知し合う(4)(5)。図１２では、自端と相手端が監視しているＬ３スイッチ１５が、異なるものとなったため、判定部１１４は経路変化が発生したと判定して、上記と同様の処理を行う。

以上のような本実施形態によれば、双方の保護リレー４が、監視中のＬ３スイッチ１５のアドレス情報を交換し合って経路切替を判定する。このため、それぞれに経路変更があった場合にのみ互いに通知する場合に比べて、早期に情報を共通化して高速に対応できる。

［他の実施形態］
（１）上記の実施形態では、リレー装置が受信するデータが持つＴＴＬ値を用いてネットワークの経路の変化を監視することにより、上下方向の異経路を検知した。但し、通信に使用するプロトコルによっては、ＴＴＬと類似の機能がある。このため、ＴＴＬの代わりとして、もしくはＴＴＬと併用してこれらの機能を用いてもよい。

代表的なＴＴＬ及びこれと類似する機能は下記となる。
ＩＰｖ４： ＴＴＬ
ＩＰｖ６： Ｈｏｐ Ｌｉｍｉｔ
ＭＰＬＳ： ＴＴＬ

ＭＰＬＳのＴＴＬは、ＩＰのＴＴＬと同名である。但し、このＴＴＬは、ＭＰＬＳヘッダ内に格納され、ＩＰのＴＴＬとは独立した値となる。Ｌ３スイッチが持つ機能であるＭＰＬＳ ＰｒｏｐａｇａｔｉｏｎによりＭＰＬＳとＩＰのＴＴＬ値は互いに値を引き継ぐことができる。

（２）保護リレー及び通信装置は、ＣＰＵを含む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、上記のような処理を実現するものである。このため、上記の処理を実行する方法、プログラム及びプログラムを記録した記録媒体も、実施形態の一態様である。また、ハードウェアで処理する範囲、プログラムを含むソフトウェアで処理する範囲をどのように設定するかは、特定の態様には限定されない。たとえば、上記の各部のいずれかを、それぞれの処理を実現する回路として構成することも可能である。

（３）保護リレーの数、通信装置の数等は、上記の実施形態で例示した数には限定されない。通信装置は、Ｌ３スイッチであっても、ルーターであってもよい。

（４）以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１ 送電線
２ 変流器
３ 遮断器
４、４ａ、４ｂ、４ｃ 保護リレー
６ 入力変換器
７ アナログフィルタ
８ Ａ／Ｄ変換部
９ 演算部
１０ 出力部
１１ 通信部
１２ 同期制御部
１３ 記憶部
１１０ 送受信部
１１１ 設定部
１１２ 取得部
１１３ 抽出部
１１４ 判定部
１１５ 自走部
１１６ 切替部
１１７ 復帰部
１１８ 通知部
Ｅ 電力システム
ＮＷ ネットワーク
Ｒ 経路
Ｓ 保護システム

Claims (11)

1. 複数の通信装置を含む通信の経路に接続され、
   データが経由した通信装置の数に関する情報又はデータが経由した通信装置を識別する情報を取得する取得部と、
   前記取得部が取得した情報と、所定の情報とを比較することにより、相手端の保護リレーからのデータを受信する経路と当該相手端の保護リレーへ送信するデータの経路との相違を判定する判定部と、
   を有することを特徴とする保護リレー。
2. 相手端の保護リレーから受信したデータに含まれ、自端の保護リレーが送信したデータが通過した通信装置の数に関する情報を抽出する抽出部を有し、
   前記所定の情報は、前記抽出部が抽出した通信装置の数に関する情報であることを特徴とする請求項１記載の保護リレー。
3. 前記経路はリング状であり、
   一方の経路における通信装置の数と、これと反対方向の経路における通信装置の数とが異なる保護リレー同士の少なくとも一方において、前記判定部により経路の相違が判定された場合に、当該保護リレー同士とは異なる保護リレーに、経路の相違を通知する通知部を有することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の保護リレー。
4. 前記データが経由した通信装置の数に関する情報は、相手端の保護リレーと自端の保護リレーとの間の経路における通信装置の数に、所定の値を加えた値を初期値として、通信装置を経由する毎に減算された値であり、
   前記所定の情報は、前記所定の値であることを特徴とする請求項１記載の保護リレー。
5. 前記取得部が取得した通信装置の数に関する情報を記憶する記憶部を有し、
   前記所定の情報は、前記記憶部に記憶された通信装置の数に関する情報であることを特徴とする請求項１記載の保護リレー。
6. 前記データが経由した通信装置を識別する情報は、所定の数の通信装置の経由によりデータを破棄した通信装置を識別する情報であり、
   前記取得部が取得した通信装置を識別する情報を記憶する記憶部を有し、
   前記所定の情報は、前記記憶部に記憶された通信装置を識別する情報であることを特徴とする請求項１記載の保護リレー。
7. 前記データが経由した通信装置を識別する情報は、データを破棄した通信装置を識別する情報であり、
   前記所定の情報は、相手端の保護リレーの取得部が取得した通信装置を識別する情報であることを特徴とする請求項１記載の保護リレー。
8. 相手端の保護リレーとの間でのサンプリングタイミングを同期する同期制御部と、
   前記判定部が、経路が相違すると判定した場合に、前記同期制御部による同期を停止して、内部クロックによる制御を行わせる自走部と、
   を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の保護リレー。
9. 前記通信経路がリング状であり、
   保護リレー同士が自走部による制御を行っている場合に、双方の保護リレーの判定部が経路の相違を検知した場合に、停止していた前記同期制御部による制御を復帰させる復帰部を有することを特徴とする請求項８記載の保護リレー。
10. バックアップ用の経路が接続され、
    前記自走部による自走が、所定の時間を経過した場合に、前記バックアップ用の経路に切り替える切替部を有することを特徴とする請求項８又は請求項９記載の保護リレー。
11. 複数の通信装置を含む通信の経路に接続された保護リレーが有するコンピュータに、
    データが経由した通信装置の数に関する情報又はデータが経由した通信装置を識別する情報を取得する取得処理と、
    前記取得処理により取得した情報と、所定の情報とを比較することにより、相手端の保護リレーからのデータを受信する経路と当該相手端の保護リレーへ送信するデータの経路との相違を判定する判定処理と、
    を実行させることを特徴とする保護リレー用プログラム。
    
    

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