JP5019202B2 - 電力系統制御保護システム - Google Patents

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Description

本発明は、電力系統制御保護システムに関する。
発変電所等の電気所に設置され、電力系統の監視制御保護を行なう制御保護システムは、電気所の運用・保守に関する様々な機能に対応したサブシステムで構成されている。代表的なサブシステムとして、電気所の監視・運転を行なう監視制御システム、各種設備を保護する保護システム、機器の予防保全を行なう機器監視システム、進入監視等を行なう保安監視システムがある。
従来、これらのサブシステムは、独立した構成をとり、サブシステム間の情報授受は、主に、接点信号により代表信号の授受を行なう疎結合形態となっている場合が多い。また、サブシステム内では、サブシステムを構成する装置間を伝送で結合している場合もある。
一方、近年のディジタル技術、伝送技術の進展に伴い、各装置の小型化とともに、通信機能の実装も容易に可能となり、システムを構成する各装置、或いは、サブシステム間を伝送で結合し、様々な情報を授受することにより、情報の共有が可能となりつつある(特許文献1乃至特許文献3参照。)。
これにより、従来よりも、効率的、経済的な構成で同一機能の実現が可能となる他、性能向上、自動化機能の実現、新機能の付加が容易となり、最終的には電気所の運用・保守の高度化への対応も可能となると考えられている。
更に、電力自由化、規制緩和に伴う電気所のライフサイクルコスト低減の要求が高まる中、各サブシステムを伝送結合し情報共有化を可能とする電力系統制御保護システムのニーズが高まる傾向にある。
また、伝送方式に関しては、既に汎用技術となっているイーサネット(登録商標)LAN(Local Area Network)が、変電所分野を含めた産業分野でも広く普及し、今後とも適用される動向にある。したがって、様々なサブシステムがイーサネットLANにより結合された新しい電力系統制御保護システムが、今後、適用拡大していく動向にある。
特開2006−050079号公報 特開2003−124955号公報 特開2005−210818号公報
このような状況下において、イーサネットLANを適用した電力系統制御保護システムの最適なLAN構成、及びシステム構成の確立が急務となっている。イーサネットLANを適用する場合のLAN構成は、同報送信データがループしないようにツリー構成、またはスター構成とする必要があるが、この場合、一般的にリング構成に比べ、伝送路異常に対する冗長性、伝送ケーブル長における経済性の点において不利な面がある。
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、ループフリープロトコルの適用、及びLANを構成するネットワークスイッチの配置の最適化を行ない、リング構成のLANを適用した最適な冗長性と経済性を有する電力系統制御保護システムを提供することを目的とする。
本発明の第1の発明によれば、ループフリープロトコルを実装した複数のネットワークスイッチを有するリング型基幹LANと、前記複数のネットワークスイッチのうちの複数の第1のネットワークスイッチにツリー型支線LANを介してそれぞれ接続された電力系統の監視、制御、保護のいずれかの機能を有する複数の制御保護装置と、前記複数のネットワークスイッチのうちの第1のネットワークスイッチ以外の第2のネットワークスイッチにツリー型支線LANを介して接続され、制御所からの前記複数の制御保護装置に対する監視制御情報を前記リング型基幹LANを介して中継する遠方監視制御装置と、前記第2のネットワークスイッチにツリー型支線LANを介して接続され、前記リング型基幹LANを介して、前記複数の制御保護装置の監視制御を行なう集中監視制御装置とを具備し、前記リング型基幹LANは、第1の系統と、前記第1の系統と電圧階級が異なる第2の系統とを有し、前記複数の第1のネットワークスイッチは、前記第1の系統に接続され、かつ前記第2の系統に接続されない第1の系統接続ネットワークスイッチと、前記第1の系統に接続されず、かつ前記第2の系統に接続される第2の系統接続ネットワークスイッチとを有し、前記複数の制御保護装置は、前記第1の系統接続ネットワークスイッチ及び前記第2の系統接続ネットワークスイッチに接続される制御保護装置を有し、前記複数の第2のネットワークスイッチは、前記第1の系統に接続され、かつ前記第2の系統に接続されない第3の系統接続ネットワークスイッチと、前記第1の系統に接続されず、かつ前記第2の系統に接続される第4の系統接続ネットワークスイッチとを有し、前記遠方監視制御装置及び集中監視制御装置は、前記第3の系統接続ネットワークスイッチ及び前記第4の系統接続ネットワークスイッチに接続されていることを特徴とする電力系統制御保護システム、である。
本発明の第2の発明によれば、ループフリープロトコルを実装した複数のネットワークスイッチを有するリング型基幹LANと、前記複数のネットワークスイッチのうちの複数の第1のネットワークスイッチにツリー型支線LANを介してそれぞれ接続された電力系統の監視、制御、保護のいずれかの機能を有する複数の制御保護装置と、前記複数のネットワークスイッチのうちの第1のネットワークスイッチ以外の第2のネットワークスイッチにツリー型支線LANを介して接続され、制御所からの前記複数の制御保護装置に対する監視制御情報を前記リング型基幹LANを介して中継し、かつ前記リング型基幹LANを介して、前記複数の制御保護装置の監視制御を行なう多機能集中監視制御装置とを具備し、前記リング型基幹LANは、第1の系統と、前記第1の系統と電圧階級が異なる第2の系統とを有し、前記複数の第1のネットワークスイッチは、前記第1の系統に接続され、かつ前記第2の系統に接続されない第1の系統接続ネットワークスイッチと、前記第1の系統に接続されず、かつ前記第2の系統に接続される第2の系統接続ネットワークスイッチとを有し、前記複数の制御保護装置は、前記第1の系統接続ネットワークスイッチ及び前記第2の系統接続ネットワークスイッチに接続される制御保護装置を有し、前記複数の第2のネットワークスイッチは、前記第1の系統に接続され、かつ前記第2の系統に接続されない第3の系統接続ネットワークスイッチと、前記第1の系統に接続されず、かつ前記第2の系統に接続される第4の系統接続ネットワークスイッチとを有し、前記多機能集中監視制御装置は、前記第3の系統接続ネットワークスイッチ及び前記第4の系統接続ネットワークスイッチに接続されていることを特徴とする電力系統制御保護システム、である。
本発明によれば、ループフリープロトコルの適用、及びLANを構成するネットワークスイッチの配置の最適化を行ない、リング構成のLANを適用した最適な冗長性と経済性を有する電力系統制御保護システムを提供することができる。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態に係る電力系統制御保護システムについて説明する。
<第1の実施の形態>
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る電力系統制御保護システムの構成を示す図である。
同図に示すように、リング型基幹LAN(イーサネットLAN)6には、複数のイーサネットスイッチ5(5−1〜5−N)が接続されている。イーサネットスイッチ5−1にはツリー型支線LAN8−1を介して遠方監視制御装置2が接続され、ツリー型支線LAN8−2を介して集中監視制御装置3が接続されている。
また、イーサネットスイッチ5−2にはツリー型支線LAN7−1を介して制御保護装置4−1が接続され、イーサネットスイッチ5−3にはツリー型支線LAN7−2〜7−Nを介して制御保護装置4−2〜4−nがそれぞれ接続され、イーサネットスイッチ5−nにはツリー型支線LAN7−x〜7−zを介して制御保護装置4−x〜4−zがそれぞれ接続されている。
遠方監視制御装置2は、制御所1からの監視制御情報を、リング型基幹LAN6を介して、制御保護装置4(4−1〜4−n、4−x〜4−z)に中継する。集中監視制御装置3は、制御保護装置4(4−1〜4−n、4−x〜4−z)の監視制御を行なうことにより、電気所内の設備全体の監視制御を行なう。制御保護装置4(4−1〜4−N、4−x〜4−z)は、電気所内の設備の監視、制御、保護を行なう。イーサネットスイッチ5(5−1〜5−n)は、ループフリープロトコルを実装し、イーサネットLANのデータ中継を行なう。
ここで、「ループフリープロトコル」とは伝送路を論理的にツリー構成とし、同報送信データのループを防止するように伝送経路を制御するプロトコルである。ループフリープロトコルは、伝送経路の異常時には、経路を再構築する。具体的なプロトコルとして、以下のものが挙げられる。
1. STP(Spanning Tree Protocol) (IEEE 802.1d)
イーサネットLANがループした場合、ブロードキャストストリーム(ブロードキャストパケットがループする現象)が発生し、伝送負荷を圧迫するため、これを防止すべくネットワークを論理的にツリー状にループすることにより防ぐ機能。ネットワーク異常時には、伝送経路の再構築を行なう。
2. RSTP(Rapid Spanning Tree Protocol) (IEEE 802.1w)
STPよりも伝送経路の再構築時間を短縮化したプロトコルであり、STPとの互換性がある。
このような構成によれば、イーサネット伝送適用の場合であっても、ループフリープロトコルを実装したインターネットスイッチ5(5−1〜5−n)を使用して、LANを構成することにより、リング型LANを構成することが可能となる。
本実施の形態によれば、リング型基幹LAN6をリング型構成とすることができ、一箇所の伝送路異常が発生した場合でも、ループフリープロトコルによる伝送経路の再確立が行なわれるため、伝送が遮断されることなくシステムの継続運用が可能となる。
したがって、一箇所の伝送が遮断されることにより、接続されている装置との伝送が遮断され、伝送路の再構築もなく、伝送が遮断されている状態が継続する従来のツリー構成、または、スター構成のイーサネットLANよりも冗長性の高いシステムの構築が可能となる。
また、イーサネットスイッチ5(5−1〜5−n)を各装置の近傍へ配置することにより、ツリー型LAN構成に対し、総伝送路長を短くすることができ、ケーブル量削減、及び経済性の面で有利なシステムを構築することができる。
さらに、各装置を基幹LAN6へ接続する部分へツリー型支線LAN構成を適用することにより、特殊なフリープロトコルを各装置へ実装する必要がなくなり、従来どおりのイーサネット伝送機能を有する装置を適用することができる利点もある。
なお、ツリー型支線LAN7の異常時の影響範囲は、接続されている制御保護装置4(4−1〜4−n、4−x〜4−z)に限定されるため、他の装置との伝送に影響を及ぼすことはない。
さらに、支線LAN分岐用のイーサネットスイッチ5(5−1〜5−n)を電気所内の送電線等の設備単位、電圧階級単位、装置種類単位、装置設置場所単位、運用単位、或いは保守単位など毎に設けることにより、イーサネットスイッチ5の異常時の影響範囲を極小化することができる。
したがって、本発明の実施の形態によれば、汎用技術として広く一般産業分野へ適用されているインターネット伝送を使用し、リング型基幹LAN6とツリー型支線LAN7とを組み合わせたLAN構成とすることにより、汎用伝送方式の適用による装置コストの低コスト化も可能となり、最終的には、信頼性及び経済性の面で最適なシステム構築が可能となる。
特に、電力系統制御保護システムにおいては、そのシステムの性質上、非常に高い信頼性が要求されることから、電力系統制御保護システムを構成するリング型基幹LAN6及び電力系統の監視、制御、保護機能のいずれかが接続されたイーサネットスイッチ5にループフリープロトコルを採用することにより、異常時の影響範囲を最小限にすることは、通常のループフリープロトコルを適用したネットワークシステムに比して、その効果は顕著なものとなる。
<第2の実施の形態>
次に、本発明の第2の実施の形態に係る電力系統制御保護システムについて説明する。
図2は、本発明の第2の実施の形態に係る電力系統制御保護システムの構成を示す図である。なお、図1と同一部分には、同一符号を付してその説明を省略する。
本実施の形態においては、リング型基幹LAN11を2重リング型LAN構成とし、2重LANの両系LANへ接続したイーサネットスイッチ5(5−1〜5−n)を介して、制御保護装置4(4−1〜4−N、4−x〜4−z)を1系列のツリー型LANで接続した構成としている。その他は、第1の実施の形態と同一の構成である。
本実施の形態によれば、システムの共通部分である基幹LAN6を2重化することにより、システム全体に対し高い冗長性を得ることができる。また、第1の実施の形態と同様に、制御保護装置4(4−1〜4−n、4−x〜4−z)へ接続される支線LAN7(7−1〜7−n、7−x〜7−z)は、1系列構成のため、特殊なループフリープロトコルの実装の必要がなく、簡素なソフト構成とすることができる。
<第3の実施の形態>
次に、本発明の第3の実施の形態に係る電力系統制御保護システムについて説明する。
図3は、本発明の第3の実施の形態に係る電力系統制御保護システムの構成を示す図である。なお、図1と同一部分には、同一符号を付してその説明を省略する。
本実施の形態においては、電気所全体の監視制御を行なう電気所共通装置である遠方監視制御装置2及び集中監視制御装置3を接続するための専用のイーサネットスイッチ5−1(5−1A、5−1B)を設ける。
イーサネットスイッチ5−1Aには、ツリー型支線LAN8−1−1を介して遠方監視制御装置2が接続されるとともに、ツリー型支線LAN8−2−1を介して集中監視制御装置3が接続される。
また、イーサネットスイッチ5−1Bには、ツリー型支線LAN8−1−2を介して遠方監視制御装置2が接続されるとともに、ツリー型支線LAN8−2−2を介して集中監視制御装置3が接続される。
遠方監視制御装置2及び集中監視制御装置3には、イーサネットスイッチが故障したことを検出する検出部と、この検出部によって一方のイーサネットスイッチの故障が検出された場合に、他方のイーサネットスイッチに切り替える切替部とがそれぞれ設けられている。これにより、電気所共通装置の基幹LAN6への接続が維持される。なお、イーサネットスイッチの故障検出方法、イーサネットスイッチの切替方法については公知の技術であることから、ここでは詳述しない。
したがって、本実施の形態によれば、電気所全体の監視、運転を行なう電気所共通装置が接続されているイーサネットスイッチ5−1(5−1A、5−1B)を設けたことにより、イーサネットスイッチが1台故障したことによる電気所共通機能の喪失という重大故障を防止することができ、平常運用を防止することができる。
<第4の実施の形態>
次に、本発明の第4の実施の形態に係る電力系統制御保護システムについて説明する。
図4は、本発明の第4の実施の形態に係る電力系統制御保護システムの構成を示す図である。なお、図1乃至図3と同一部分には、同一符号を付してその説明を省略する。
図4に示すように、基幹LAN11を二重リング型構成とし、電気所全体の監視制御を行なう電気所共通装置である遠方監視制御装置2及び集中監視制御装置3を接続するための専用のイーサネットスイッチ5−1を2つ(5−1A、5−1B)設け、これらを基幹LAN11へ接続し、共通装置をこれらの2台のイーサネットスイッチ(5−1A,5−1B)各々へ接続する構成としている。
本実施の形態によれば、第3の実施の形態の効果に加えて、リング型基幹LAN6を2重化構成としたことにより、更に、冗長度の高いシステムを構築することができる。
また、図5に示すように、イーサネットスイッチ5−1Aを2重リング型基幹LAN11の片系列へ接続し、イーサネットスイッチ5−1Bを他の系列へ接続し、制御保護装置4(4−1〜4−n、4−x〜4−z)の接続用のイーサネットスイッチ5(5−2〜5−n)は、2重リング基幹形LAN11の両系LANへ接続する構成も可能であり、同様の効果を得ることができる。
<第5の実施の形態>
次に、本発明の第5の実施の形態に係る電力系統制御保護システムについて説明する。
図6及び図7は、本発明の第5の実施の形態に係る電力系統制御保護システムの構成を示す図である。なお、図1乃至図3と同一部分には、同一符号を付してその説明を省略する。図6においては、全てのイーサネットスイッチ5(5−1A、…、5−nA、5−2B、…、5−nB)を冗長化した構成としている。
したがって、本実施の形態によれば、イーサネットスイッチを含め、全伝送路を冗長化構成とすることにより、第4の実施の形態に示す方式よりも、更に、信頼度の高いシステムを構築することができ、より重要度の高いシステムへの適用が可能となる。
また、図7に示すように、同一の装置が接続されるイーサネットスイッチの1台を2重リング型基幹LAN11の片系列へ接続し、他の1台を他のLAN系列へ接続する冗長化構成も可能であり、同様の効果を得ることができる。
<第6の実施の形態>
次に、本発明の第6の実施の形態に係る電力系統制御保護システムについて説明する。
図8及び図9は、本発明の第6の実施の形態に係る電力系統制御保護システムの構成を示す図である。なお、図1乃至図3と同一部分には、同一符号を付してその説明を省略する。
本発明の実施の形態においては、上述の実施の形態において説明した遠方監視制御装置2及び集中監視制御装置3の代わりに、これら双方の機能を有する多機能集中監視制御装置15を設けたことにある。このように遠方監視制御装置2及び集中監視制御装置3双方の機能を有する多機能集中監視制御装置15を設けることにより、イーサネットスイッチ5−1と制御所1との間に当該多機能集中監視制御装置15を接続すれば電力系統制御保護システムの制御系統を実現することができる。したがって、遠方監視制御装置2及び集中監視制御装置3をそれぞれ別々に設ける場合に比して、電力系統制御保護システムの構成を簡素化することができる。
図9は、2つのイーサネットスイッチ5−1A、5−1B及び複数の2つの多機能集中監視制御装置15−1、15−2を設け、制御系統を冗長化した例を示す図である。
同図に示すように、制御所1は多機能集中監視制御装置15−1、15−2に接続される。多機能集中監視制御装置15−1はツリー型支線LAN8−1−1、8−1−2を介して、イーサネットスイッチ15−1、15−2双方に接続され、多機能集中監視制御装置15−2もツリー型支線LAN8−2−1、8−2−2を介して、イーサネットスイッチ15−1、15−2双方に接続される。これにより、制御系統が冗長化される。
図8及び図9に示した例において、上述の実施の形態において説明したように、リング型基幹LANを二重化(図2など)しても良いし、制御保護装置を冗長化(図6など)しても良いことはいうまでもない。
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
本発明の第1の実施の形態に係る電力系統制御保護システムの構成を示す図である。 本発明の第2の実施の形態に係る電力系統制御保護システムの構成を示す図である。 本発明の第3の実施の形態に係る電力系統制御保護システムの構成を示す図である。 本発明の第4の実施の形態に係る電力系統制御保護システムの構成を示す図である。 本発明の第4の実施の形態に係る電力系統制御保護システムの構成を示す図である。 本発明の第5の実施の形態に係る電力系統制御保護システムの構成を示す図である。 本発明の第5の実施の形態に係る電力系統制御保護システムの構成を示す図である。 本発明の第6の実施の形態に係る電力系統制御保護システムの構成を示す図である。 本発明の第6の実施の形態に係る電力系統制御保護システムの構成を示す図である。
符号の説明
1…制御所、2…遠方監視制御装置、3…集中監視制御装置、4−1〜4−n、4−x〜4−z…制御保護装置、5−1〜5−n…イーサネットスイッチ、6…リング型基幹LAN、7−1〜7−N、7−x〜7−z…ツリー型支線LAN、8−1−1、8−1−2、8−2−1、8−2−2…ツリー型支線LAN、11…リング型基幹LAN、15…多機能集中監視制御装置。

Claims (8)

  1. ループフリープロトコルを実装した複数のネットワークスイッチを有するリング型基幹LANと、
    前記複数のネットワークスイッチのうちの複数の第1のネットワークスイッチにツリー型支線LANを介してそれぞれ接続された電力系統の監視、制御、保護のいずれかの機能を有する複数の制御保護装置と、
    前記複数のネットワークスイッチのうちの第1のネットワークスイッチ以外の第2のネットワークスイッチにツリー型支線LANを介して接続され、制御所からの前記複数の制御保護装置に対する監視制御情報を前記リング型基幹LANを介して中継する遠方監視制御装置と、
    前記第2のネットワークスイッチにツリー型支線LANを介して接続され、前記リング型基幹LANを介して、前記複数の制御保護装置の監視制御を行なう集中監視制御装置と
    を具備し、
    前記リング型基幹LANは、第1の系統と、前記第1の系統と電圧階級が異なる第2の系統とを有し、
    前記複数の第1のネットワークスイッチは、前記第1の系統に接続され、かつ前記第2の系統に接続されない第1の系統接続ネットワークスイッチと、前記第1の系統に接続されず、かつ前記第2の系統に接続される第2の系統接続ネットワークスイッチとを有し、
    前記複数の制御保護装置は、前記第1の系統接続ネットワークスイッチ及び前記第2の系統接続ネットワークスイッチに接続される制御保護装置を有し、
    前記複数の第2のネットワークスイッチは、前記第1の系統に接続され、かつ前記第2の系統に接続されない第3の系統接続ネットワークスイッチと、前記第1の系統に接続されず、かつ前記第2の系統に接続される第4の系統接続ネットワークスイッチとを有し、
    前記遠方監視制御装置及び集中監視制御装置は、前記第3の系統接続ネットワークスイッチ及び前記第4の系統接続ネットワークスイッチに接続されていることを特徴とする電力系統制御保護システム。
  2. ループフリープロトコルを実装した複数のネットワークスイッチを有するリング型基幹LANと、
    前記複数のネットワークスイッチのうちの複数の第1のネットワークスイッチにツリー型支線LANを介してそれぞれ接続された電力系統の監視、制御、保護のいずれかの機能を有する複数の制御保護装置と、
    前記複数のネットワークスイッチのうちの第1のネットワークスイッチ以外の第2のネットワークスイッチにツリー型支線LANを介して接続され、制御所からの前記複数の制御保護装置に対する監視制御情報を前記リング型基幹LANを介して中継し、かつ前記リング型基幹LANを介して、前記複数の制御保護装置の監視制御を行なう多機能集中監視制御装置とを具備し、
    前記リング型基幹LANは、第1の系統と、前記第1の系統と電圧階級が異なる第2の系統とを有し、
    前記複数の第1のネットワークスイッチは、前記第1の系統に接続され、かつ前記第2の系統に接続されない第1の系統接続ネットワークスイッチと、前記第1の系統に接続されず、かつ前記第2の系統に接続される第2の系統接続ネットワークスイッチとを有し、
    前記複数の制御保護装置は、前記第1の系統接続ネットワークスイッチ及び前記第2の系統接続ネットワークスイッチに接続される制御保護装置を有し、
    前記複数の第2のネットワークスイッチは、前記第1の系統に接続され、かつ前記第2の系統に接続されない第3の系統接続ネットワークスイッチと、前記第1の系統に接続されず、かつ前記第2の系統に接続される第4の系統接続ネットワークスイッチとを有し、
    前記多機能集中監視制御装置は、前記第3の系統接続ネットワークスイッチ及び前記第4の系統接続ネットワークスイッチに接続されていることを特徴とする電力系統制御保護システム。
  3. 前記リング型基幹LANは、2重リング構成であり、
    前記ツリー型支線LANは、1系列のツリー型LANであることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の電力系統制御保護システム。
  4. 前記第2のネットワークスイッチを複数設け、前記遠方監視制御装置及び前記集中監視制御装置を前記複数の第2のネットワークスイッチに接続することにより、前記複数の制御保護装置を制御する系統を冗長化したことを特徴とする請求項1記載の電力系統制御システム。
  5. 前記第2のネットワークスイッチ及び多機能集中監視制御装置を複数設け、前記各多機能集中監視制御装置を前記複数の第2のネットワークスイッチに接続することにより、前記複数の制御保護装置を制御する系統を冗長化したことを特徴とする請求項2記載の電力系統制御システム。
  6. 前記第1のネットワークスイッチを複数有し、前記制御保護装置の系統を冗長化したことを特徴とする請求項1又は請求項2記載の電力系統制御システム。
  7. 前記遠方監視制御装置及び前記集中監視制御装置は、それぞれ、
    前記第2のネットワークスイッチが故障したことを検出する故障検出部と、
    前記故障検出部によって故障が検出された第2のネットワークスイッチを他の第2のネットワークスイッチに切り替える切替部と
    を具備することを特徴とする請求項4記載の電力系統制御システム。
  8. 前記複数の多機能集中監視制御装置は、それぞれ、
    前記第2のネットワークスイッチが故障したことを検出する故障検出部と、
    前記故障検出部によって故障が検出された第2のネットワークスイッチを他の第2のネットワークスイッチに切り替える切替部と
    を具備することを特徴とする請求項5記載の電力系統制御システム。
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