JP4868645B2 - ピア・ツー・ピア通信回路網を介した障害データ同期化 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の背景】
本発明は一般的には配電系統の保護制御を行う保護継電器に関する。更に具体的に言えば、本発明は多数の保護継電器からの障害データの収集を同期化する技術に関する。
【０００２】
電力系統の障害は急速に開始して終了することがある。保護継電器は障害を検知して、障害を遮断する遮断器を動作させる保護制御を行う。現代の保護継電器はディジタル信号処理を取り入れて、保護継電器が電力系統を遮断する前及び遮断した後に、サンプリングされた波形を取得することにより障害データを解析している。障害の原因及び範囲を完全に解析するためには、電力系統状の多数の位置における障害データの解析が必要である。
【０００３】
保護継電器障害データを監視するための従来のシステムは、主としてマスタ−スレーブ通信システムであり、該システムでは中央制御局（マスタ）が保護継電器に対して通信を開始する。マスタ−スレーブ・システムでは、マスタ制御局が循環的に且つ逐次的に状態の変化について各々のスレーブ装置を監視する。この監視プロセスは、継電器が障害に反応する時点と制御局が障害を知る時点との間にかなりの遅延を招く。制御局は波形を記録するために他の継電器に信号を送ることができるが、続いて起こる遅延は、システムにわたって障害の時点に情報を取得するマスタ−スレーブ・システムにおいては許容できないものである。
【０００４】
米国特許第５，２２４，０５４号及び同第５，２３３，５３８号に、マスタ−スレーブ・システムにおいて同期化されサンプリングされたデータを取得することが開示されている。これらの特許に開示された技術は、多数の「回路監視装置」に指令信号を送って現在又は将来の時点でシステムを同期してサンプリングするようにする制御局を採用している。このアプローチは需要時又はスケジュール通りの時点で電力系統を特徴づけるのに適しているが、このアプローチは、障害がスケジュールに従って生じるわけではないので、障害データの同期化については適切に対処していない。
【０００５】
現行の最新のトリップ装置及び保護継電器は、障害の時点における波形を取得する。典型的な構成では、保護継電器は連続的に測定を行い、最大７２サイクル分までの電力系統データを処分する。（予期しない）障害が生じたとき、保護継電器は予め設定された数のサイクルにわたって波形（及び他の計算されたパラメータ及び状態フラグ）をサンプリングし続ける。この期間後、障害の前後の複数のサイクル分の情報を含む全数の蓄積されたサンプルが、局部の又は遠隔のコンピュータに対する将来の通信のために記憶装置に格納される。このプロセスは障害データ情報を効果的に提供するが、系統内のただ１点のみでそれを行うに過ぎない。
【０００６】
【発明の概要】
上に述べた観点で、電力系統事象が生じたときに電力系統内の多数の点で、サンプリングした電力系統データを同期して記録する方法を提供することが望ましいであろう。さらに、このようなデータを後処理して、多数の発生源からの情報を同期させることを望ましいであろう。
【０００７】
以下に説明する代表的な実施態様によれば、本発明を実現するために、電力系統上の第１の点に付設された第１の保護継電器で、障害のような電力系統事象を検知し、この電力系統事象の時間タグ及び第１の組の電力系統データを記録し、ピア・ツー・ピア通信回路網を介して第１の保護継電器から遠隔の保護継電器へデータ・メッセージを送信する。第１の保護継電器及び遠隔の保護継電器は（例えば、共通の時間標準で）同期させるのが好ましい。データ・メッセージは、好ましくは、電力系統事象の時間タグを含んでいる。この場合、各々の遠隔の継電器はこの時間タグを使用して、第１の組の電力系統データに同期したそれ自身の組の電力系統データを保存することが出来る。
【０００８】
本発明の手法は、障害、電力サージ、又は他の電力系統事象を含むシステム全般にわたるデータを有利に提供する。
【０００９】
本発明の特徴及び利点は添付の図面を参照した以下の説明から明瞭に理解されよう。
【００１０】
【発明の詳しい説明】
図１には、本発明の一実施態様による電力保護手法の保護制御下にある電力系統が示されている。図１において、複数の保護継電器１０が電力系統１２に対する保護制御を行うように動作上接続されている。保護継電器１０はさらに、適当な通信ポートを介してピア・ツー・ピア通信回路網１４に動作上接続されている。保護継電器１０の各々は、マイクロプロセッサ１６、関連するメモリ１８及び時間クロック（図示していない）を含む。それぞれの継電器１０のクロックは時間標準２０によって同期化されており、時間標準２０は、ピア・ツー・ピア通信回路網１４に動作上接続にするか、或いは他の適当な手段によって各々の継電器に動作上接続にすることが出来る。各々の保護継電器１０は電力系統上の関連する点において電力系統データをサンプリングし、ある複数のサイクル分の電力系統データを一時的に（マイクロプロセッサ１６に付設されたバッファ内に）保持する。一時的に記憶された（サンプリングされて保持された）複数のサイクル分の電力系統データは、継電器１０が新しい電力系統データのサンプリング及び保持を継続するにつれて、新たな複数のサイクル分の電力系統データと置き換えられる。
【００１１】
動作について説明すると、図１のシステムは、電力系統内の多数の位置で、障害のような計画していない事象について同期化したサンプル・データの取得を達成する。従来のマスタ−スレーブ通信回路網と異なり、ピア・ツー・ピア通信回路網１４は、通信回路網が利用可能な場合（すなわち、通信バスが既に使用状態でない場合）に通信回路網１４上の各々の装置が通信を開始出来るようにするプロトコルを使用している。従来のマスタ−スレーブ通信回路網では、マスタだけが通信を開始できるに過ぎず、スレーブ装置は系統内の或る状態を検知したとき、スレーブはマスタがスレーブからの情報を要求する（ポーリングする）までこの事実を通知することができない。ピア・ツー・ピア通信システムの例には、プロフィバス(Profibus)又はイーサーネット(Eithernet) プロトコルの下でのいわゆるフィールド・メッセージ・システム(Field Messaging System)が含まれる。
【００１２】
時間同期化は、従来の保護継電器で実用されている。保護継電器には、従来では継電器内の時間を連続的に保つ内部実時間クロックが設けられている。継電器内の各々の事象にはこの内部クロックに対して時間タグを付けることが出来る。時間同期化は、各々の装置を時間標準（例えば、ＩＲＩＧ−Ｂ時間標準）に接続することによって達成することができ、時間標準はすべての装置を互いに対して同期させるばかりでなく、協定世界時にも同期させることが出来る。このように、時間標準２０への接続は、保護継電器へ正確な時間パルスを提供すると共に、保護継電器がその内部時間クロックを更新できるようにするディジタル時間指令を提供することが出来る。
【００１３】
図２には、本発明の代表的な実施態様による方法を記述するフローチャートが示されている。図２の方法は、電力系統上の第１の点に付設された第１の保護継電器１０（図１）によって、障害のような電力系統事象を検知するステップ１００で始まる。ステップ１０２で、第１の保護継電器は、この電力系統事象の時間タグを記録し、この継電器に付設されたプロセッサが検出された事象に関係する第１の組の電力系統データ（例えば、７２サイクルのデータ）を記憶する。第１の組の電力系統データは、好ましくは、電力系統事象の前の複数のデータ・サイクルを含むと共に、電力系統事象の後の複数の電力系統データ・サイクルを含む。ステップ１０２は、プロセッサによって、第１の組の電力系統データを収集して、メモリ１８又は継電器のデータ・サンプリング・システムよりも一層永久的にデータを格納する他の適当なデータ記憶手段に記憶させる。例えば、マイクロプロセッサ１６が７２サイクルのバッファのデータを選択することができ、このデータは障害の前の６０サイクルの電力系統データと障害後の１２サイクルの電力系統データを分布を含んでいてよい。ステップ１０４で、第１の保護継電器がピア・ツー・ピア通信回路網を介して他の保護継電器へ、電力系統事象が生じたことを示すデータの伝送を開始する。このデータ・メッセージは電力系統事象の時間タグを含んでいることが好ましく、また第１の保護継電器によって記録された電力系統データのサイクルの数及び／又は分布の表示を含むことが出来る。この代わりに、各々の継電器は、電力系統事象の前後の所定の数のサイクル及び分布の電力系統データを記録するように（関連するマイクロプロセッサを介して）プログラムすることが出来る。ステップ１０６で、ピア・ツー・ピア通信回路網に関連した他の装置がデータ・メッセージを受け取り、この各々の受信装置は受け取った時間タグを使用して、どのサイクルの電力系統データをその関連するメモリに記憶させるべきかを決定する。ステップ１０で、各々の継電器は、ステップ１０６で決定された時間差に基づいて第１の組に対応する１つ又は複数のサイクルの電力系統データを、事象の時間タグと共に記録する。好ましくは、各々の継電器は、該継電器に付設されたマイクロプロセッサの制御の下に、そのサンプリングされるデータ・システムを設定して、時間タグによって示された、電力系統事象に関係する、第１の保護継電器（通信メッセージを最初に発生した装置）と全く同じ数及び分布のデータ・サイクルを保存する。
【００１４】
上記の例の態様では、本発明の手法により、予期されない事象についての同期化した電力系統データが得られ、この同期化したデータは電力系統事象の原因及び影響の（例えば、解析プログラムにおける）解析を行うためにその後の時間に容易に検索することが出来る。同期化したデータは電力系統事象の直前又は直後の同じ時点に異なる保護継電器によってサンプリングされたデータを示すことが出来る。
【００１５】
本発明は、特にマスタ−スレーブ通信システムを用いる公知のシステムと比べて種々の利点を達成する。マスタ−スレーブ通信システムでは、マスタがスレーブをポーリングして障害の発生を検出しているので、マスタはスレーブ装置に所望のデータを保存するように命令することができなくなるほど遅くなるまで障害に気付かない。
【００１６】
以上の説明には種々の細部及び特定のものが含まれているが、これらは説明のために記載したものに過ぎず、本発明を限定するものとして解釈すべきではない。特許請求の範囲の記載によって定まる本発明の精神及び範囲内にある、上記の例に対する多くの変更が本技術分野において通常の知識を有するものにとって明らかであろう。それらの変更は、特許請求の範囲の記載によって定まる本発明の精神及び範囲内にあるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施態様による電力保護手法の保護制御下にある電力系統のブロック図である。
【図２】 本発明の代表的な実施態様による方法を示すフローチャートである。

Claims (3)

1. 電力系統において同期化した障害データを供給する方法であって、
   マイクロプロセッサを有し、電力系統上の第１の点に付設された第１の保護継電器において、電力系統事象を検知するステップと、
   第１の保護継電器において、電力系統事象の時間タグを記録すると共に、該電力系統事象に関係する第１の組の１つ又は複数のサイクルの電力系統データを記録するステップと、
   前記マイクロプロセッサによって、 ピア・ツー・ピア通信回路網を介して他の保護継電器に対するデータ・メッセージの伝送を開始するステップであって、該データ・メッセージが時間タグを含んでいるステップと、
   各々の他の保護継電器において、前記データ・メッセージ内の時間タグに基づいて、前記第１の組の電力系統データに対応する一組の電力系統データを決定するステップと、
   各々の他の保護継電器において、決定された対応する一組の電力系統データを記録するステップと、
   を有することを特徴とする方法。
2. 配電系統の保護制御を行うシステムであって、
   各々が保護制御を行うように配電系統内の一点に動作上接続されている複数の保護継電器であって、各保護継電器がディジタル・プロセッサ及び複数のサイクルの電力系統データを格納するためのメモリを備えている複数の保護継電器と、
   前記複数の保護継電器の間でデータ・メッセージを交換するように接続されているピア・ツー・ピア通信回路網と、
   前記複数の保護継電器を同期させるように前記複数の保護継電器の各々に動作上接続されている時間標準と、
   を有し、
   前記複数の保護継電器の各々は、前記複数の保護継電器の１つ又はそれより多い保護継電器による障害の検出に応答して複数のサイクルの電力系統データを同期して記録し且つ格納することを特徴とする、システム。
3. 保護継電器であって、
   電力系統データを受け取って監視し、電力系統事象の発生を他の保護継電器に知らせるためにピア・ツー・ピア通信回路網を介して通信を開始し、また電力系統事象の発生を示す通信を他の保護継電器から受信するように構成されているマイクロプロセッサであって、該通信が電力系統事象の時間タグを含んでいる、マイクロプロセッサと、
   前記マイクロプロセッサに付設されていて、電力系統事象の発生に応答して第１の組の複数のサイクルの電力系統データを格納するメモリと、
   前記ピア・ツー・ピア通信回路網に関連している他の保護継電器の内部クロックに同期した内部クロックと、
   を有している保護継電器。

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