JP5172106B2

JP5172106B2 - 保護リレー装置

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Publication number: JP5172106B2
Application number: JP2006134079A
Authority: JP
Inventors: 泰周西谷; 智之川崎; 直義山中; 明河原田
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba System Technology Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba System Technology Corp
Priority date: 2006-05-12
Filing date: 2006-05-12
Publication date: 2013-03-27
Anticipated expiration: 2026-05-12
Also published as: MY154407A; KR20080110670A; KR101070161B1; JP2007306739A; WO2007132551A1

Description

本発明は、例えば、電力系統を保護するための計算に用いるべく、電力系統の電気量を取得し、その電気量を伝送網を介して他装置とやり取するディジタル形の保護リレー装置に関する。

従来から、送電系統のような電力系統の複数個所において、電流などの電気量をサンプリングして、これによって得られたデータに基づいて、系統保護のための計算を行う保護継電システムが知られている。かかる保護継電システムにおいては、同時刻の電気量を計算に用いる必要があるため、各計測箇所（端子）におけるサンプリングの時刻は、正確に一致（同期）していなければならない。

［非特許文献１、特許文献１の説明］
このような同期をとるための技術として、非特許文献１に開示された保護リレー装置の代表例を、以下に説明する。非特許文献１には、Ｐ．１５６〜１６５に、ディジタル電流差動リレーの構成が説明され、Ｐ．１６０、図８．７に、その構成の一例が記載されている。

すなわち、このディジタル電流作動リレーは、次の手段から構成されている。
(ａ) 電力系統の電気量を入力した後、サンプリングしてＡ／Ｄ変換するアナログ入力手段(アナログ入力ユニット)
(ｂ) アナログ入力手段から得られた電流値を含むデータを、他装置へ送信し、かつサンプリング同期制御を行う送信手段(伝送制御ユニット)
(ｃ) 他装置から電流値を含むデータを受信する受信手段(伝送制御ユニット)
(ｄ) 他装置とサンプリング同期制御するサンプリング同期手段(伝送制御ユニット)
(ｅ) アナログ入力手段から得られた電流値と受信した電流値を使用して、保護継電演算をする保護演算手段(演算ユニット)
(ｆ) 保護演算手段の結果を装置外部へ出力する出力手段

そして、Ｐ．１５９には、サンプリング同期制御の必要性と実現手段が記載されている。すなわち、サンプリングの同期が外れれば、データの同時刻性が失われて、正常時においても差動電流が発生し、リレーは誤動作することになる。そこで、主局および従局におけるタイミングフラグ（ＴＦ）の受信時刻（それぞれＴＭおよびＴＳ）を測定し、ＴＭおよびＴＳからサンプリング同期誤差（ΔＴ）を求める。このためにはＴＭまたはＴＳを相手装置に伝達する必要がある。そして、ΔＴに基づき、サンプリングタイミングを補正する。

さらに、Ｐ．１６１には、伝送フォーマットの例が記載されている。これは、１フレームの長さが固定であり、かつサンプリング基準信号に対して固定の時間差で送信する、というものである。なお、上記の非特許文献１と同等の保護リレー装置が、特許文献１にも開示されている。

［特許文献２の説明］
次に、特許文献２には、保護リレー装置において伝送路にＬＡＮを用い、その伝送を利用してサンプリング同期制御を行うことが記載されている。これは、あらかじめ算出した伝送遅延時間とオンラインで計測した伝送遅延時間のずれをなくす方向に制御することにより、サンプリング同期制御を行うものである。この方式においては、サンプリング基準信号に対して、一定時間後にデータ伝送を行うことが前提となっている。

［特許文献３の説明］
さらに、特許文献３には、サンプリング同期制御において、サンプリング基準信号に対するデータ伝送タイミングが不定であることを前提とし、これを考慮した制御を行う技術が開示されている。これは、まず、端末Ａから、サンプリング基準信号に対する送信タイミングＴ１を送信する。相手の端末Ｂでは、前記データを受信したのち、一定時間後にタイミングＴ２を載せて端末Ａに返送する。ここで、Ｔ２＝ｔ０−ｔ１＋ｔ２、ｔ１＝Ｔ１である。ｔ０は、サンプリング基準信号に対する受信したタイミングである。ｔ２は返送時のサンプリング同期信号に対する送信タイミングである。

特開昭５８−７５４１９特開２００４−３２９２０特開昭６０−３９３１０社団法人電気学会発行大浦好文監修「保護リレーシステム工学」株式会社オーム社２００２年３月１５日、ｐ．１５６−１６５

ところで、非特許文献１、特許文献１および特許文献２に示されたサンプリング同期制御の手法では、送信タイミングを一定に制御することを前提としている。一方、特許文献３に示された方法では、送信タイミングを制御しない場合のサンプリング同期制御の実現手段が示されている。しかし、この手法では、同期信号を受信した端末において、同期信号を受信後、所定のタイミングで同期信号を返送しなければならない。

保護リレー装置において、他装置と電気量をやりとりするための伝送路として現状では、非特許文献１、特許文献１および特許文献３に示されるような、保護リレー特有の伝送系が利用されている。しかし、今後は、通信費用や設備費用を低減する必要性から、保護リレー装置に利用される伝送路として、特許文献２に示されるように、汎用の伝送媒体であるイーサネット（登録商標、ＩＥＥＥ８０２．３規格と同等）等のＬＡＮを用いたものに移行していくものと考えられる。このようなＬＡＮによる伝送を実現するためには、現在では汎用のＬＡＮ対応ＬＳＩを用いることが一般的である。

このＬＳＩを用いる場合には、ＬＳＩに対する送信データの書き込みや送信開始指令を、ソフトウェア処理によって行う。しかし、ソフトウェア処理は、ハードウェア処理と比較して処理時間を一定にし難い。かかるソフトウェア処理を用いて、送信開始指令を行うので、送信タイミングを厳密に制御することは困難である。つまり、非特許文献１、特許文献１および特許文献２の前提条件である送信タイミングを一定に制御することは困難である。

また、かかるＬＡＮによる伝送では、通常、処理の容易性から、ＴＣＰ／ＩＰ等の汎用のプロトコルを使用する。その場合、あるデータを受信してから厳密に一定時間後にデータ返送することは困難である。したがって、特許文献３の手法の前提条件である所定のタイミングで返送することも困難である。

本発明は、以上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、送信タイミングの制御や返送に関するタイミング制御を伴うサンプリング同期制御等を必要とせずに、正確な電気量演算が可能な保護リレー装置を提供することにある。

上記のような目的を達するため、本発明は、サンプリング基準信号に基づいて、電力系統の電気量をサンプリングしてアナログ／ディジタル変換し、アナログ／ディジタル変換後のデータを、伝送路を介して他装置へ送信する保護リレー装置において、以下のような技術的特徴を有する。

すなわち、本発明は、前記電気量などの各種情報を含むフレームを前記装置間で送受信する通信制御手段と、時刻を計時する時刻計時手段と、前記通信制御手段から送信される送信フレームの送出時刻を取得する送信時刻取得手段と、前記通信制御手段にて受信される受信フレームの到着時刻を取得する受信時刻取得手段と、他装置に時刻を問い合わせる時刻問合せフレームに、当該時刻問合せフレームの送出時刻を付加する第１の時刻付加手段と、他装置から受信した時刻問合せフレームから、当該時刻問合せフレームの送出時刻を抽出する第１の時刻抽出手段と、他装置から受信した時刻問合せフレームに応答する時刻応答フレームに、他装置との時刻のずれを計算するための値を付加する第２の時刻付加手段と、前記通信制御手段が送信した時刻問合せフレームに応答して、他装置が送信した時刻応答フレームから、他装置における第２の時刻付加手段により付加された値を抽出する第２の時刻抽出手段と、前記第１および第２の時刻抽出手段により抽出された値、他装置からの時刻応答フレームの到着時刻に基づいて、他装置との時刻のずれを計算する時刻ずれ演算手段と、を有し、前記第２の時刻付加手段により付加される値は、送出される時刻応答フレームの送出時刻、前記第１の時刻抽出手段により抽出された時刻問合せフレームの送出時刻、当該時刻問合せフレームの到着時刻、を含むことを特徴とする。

以上のような本発明では、各装置における送信タイミングや返送タイミングを制御することなく、装置間でやり取りされる時刻問合せフレームと時刻応答フレームに付加した時刻の情報に基づいて、装置間の時刻ずれを求めることができる。したがって、その時刻ずれを考慮した演算を行うことにより、各装置間で位相ずれのない正確な電気量演算が可能となる。

以上のような本発明によれば、送信タイミングの制御や返送に関するタイミング制御を伴うサンプリング同期制御等を必要とせずに、正確な電気量演算が可能な保護リレー装置を提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態（実施形態）について、図面を参照して詳細に説明する。
［第１の実施形態］
［構成］
（システム全体）
まず、本実施形態を適用したシステム全体の構成例を、図１を参照して説明する。なお、図１は、保護リレー装置１と、周辺装置との関わりを示す説明図である。すなわち、複数の保護リレー装置１は、電圧変成器１０および電流変成器１１を介して、電力系統９に接続されている。これにより、電力系統９の電圧および電流は、保護リレー装置１に入力されて処理される。そして、各保護リレー装置１は、スイッチングハブ１２を介して、伝送網１３に接続されている。これにより、各保護リレー装置１は、互いにデータを送受信することができる。なお、これらの構成は特許文献２等でも開示された公知の技術に基づくものであり、本発明の特徴ではない。

（保護リレー装置）
（概要）
次に、保護リレー装置１の構成の概要を、図２を参照して説明する。なお、図２は、保護リレー装置１のブロック構成図である。すなわち、保護リレー装置１は、入力変換部２、アナログフィルタ３、Ａ／Ｄ変換部４、演算処理部５、信号発生部６、伝送制御部７、メモリＭ等を有している。Ａ／Ｄ変換部４、演算処理部５、伝送制御部７およびメモリＭの間は、バス８で接続され、それぞれの間で信号のやりとりが可能となっている。

入力変換部２は、電力系統９の電圧または電流、すなわち電気量が入力され、所定の大きさの電気量に変換する手段である。アナログフィルタ３は、入力変換部２が変換した電気量の周波数を、所定の大きさだけ除去する（フィルタにかける）手段である。Ａ／Ｄ変換部４は、アナログフィルタ３によりフィルタをかけられた電気量を、アナログからディジタルへ変換する手段である。演算処理部５は、電気量の演算を含む保護リレー演算等の演算処理を行う手段である。この演算処理部５は、マイクロプロセッサ等で構成されている。

伝送制御部７は伝送網１３との間で、フレームの送信、受信を行う手段である。信号発生部６は、サンプリング基準信号１４を発生する手段である。このように信号発生部６が発生させたサンプリング基準信号１４は、Ａ／Ｄ変換部４および伝送制御部７に入力される。メモリＭは、演算に必要なパラメータ、演算結果、送受信データ等、本実施形態の処理に必要な情報を記憶する素子で構成され、時刻記憶手段としても機能する。これらの構成も、特許文献２等で開示された公知技術であり本発明の特徴ではない。

（伝送制御部）
上記の保護リレー装置１における伝送制御部７の構成を、図３を参照して説明する。なお、図３は、伝送制御部７のブロック構成図である。すなわち、伝送制御部７は、マイクロプロセッサ１５、タイマーカウンタ１６、通信制御部１７を有している。マイクロプロセッサ１５は汎用のものである。このマイクロプロセッサ１５は、図示しない内部メモリ若しくはメモリＭ上にあらかじめ記憶されたプログラムにしたがって、後述する作用で示す手順で動作することにより、時刻付加部１５ａ（第１および第２の時刻付加手段、電気量時刻付加手段）、時刻抽出部１５ｂ（第１および第２の時刻抽出手段）、時刻ずれ演算部１５ｃ、時刻修正部１５ｄとして機能する。

タイマーカウンタ１６は、汎用のタイマーカウンタＩＣである。このタイマーカウンタ１６は、マイクロプロセッサ１５とともに、時刻計時手段、送信・受信時刻取得手段として機能する。通信制御部１７は、汎用の標準的なＬＡＮ（例えば、ＩＥＥＥ８０２．３等）制御用等のＬＳＩである。上記のサンプリング基準信号１４は、マイクロプロセッサ１５の割込端子に入力される。サンプリング基準信号１４は、タイマーカウンタ１６のスタート端子にも入力される。そして、通信制御部１７が受信した信号は、マイクロプロセッサ１５の割込端子に入力される。マイクロプロセッサ１５と通信制御部１７との間では、送信データ、受信データのやりとりを行う。

［作用］
以上のような構成を有する本実施形態の作用を、図４〜１７を参照して説明する。
（装置の時刻管理）
まず、装置の時刻は以下のように管理する。これは、本実施形態の動作の前提となるものであるが、周知の内容であり本発明の本質的な特徴ではない。

装置の時刻ｔは、メモリＭ等に保存されるが、以下のようにｔｂとｔｓに分けて管理される。すなわち、装置の動作開始後に、ｔｂをゼロに初期化する（図４、ステップ４０１）。サンプリング基準信号１４は、マイクロプロセッサ１５の割込端子に入力されており、この割込に同期した処理で、次式のようにｔｂを更新する（図５、ステップ５０１）。ｔｂは６４ビット長の整数とする。
ｔｂ(新) = ｔｂ(旧) ＋Ｔ …式（１）

ここで、Ｔは、サンプリング基準信号１４の時間間隔である。ｔｂおよびＴの単位を例えば、ｎ（ナノ）秒とする。サンプリング基準信号１４の周波数（ｆｓ）を、例えば、６００Ｈｚとすると、Ｔ＝１／ｆｓ（秒）＝（１／６００）＊１０^９（ｎ秒）＝１６６６６６７（ｎ秒）である。

サンプリング基準信号１４は、タイマーカウンタ１６のスタート端子にも入力されており、サンプリング基準信号１４でタイマーカウンタがスタートし、その後、ｔｃ（ｎ秒)毎にカウントアップする。

任意の時点でタイマーカウンタ１６から読み込んだカウンタ値をｔｓｃとする（図６、ステップ６０１）。そして、ｔｓを次式で計算する（ステップ６０２）。
ｔｓ＝ｔｓｃ×ｔｃ …式（２）
そして、ｔを次式で求める（ステップ６０３）。
ｔ＝ｔｂ＋ｔｓ …式（３）
このように求めたｔを、装置が持つ時刻とする。

図７は、ｔｂ、ｔｓおよびｔの関係を示す説明図である。ｔｂは、式（１）により、サンプリング周期Ｔ毎にＴ(ｎ秒)増えていく。ｔｓは、サンプリング基準信号１４からの経過時間である。したがって、式（３）により、装置の任意の時刻ｔが求められることがわかる。ｔｂは６４ビット長の整数であり、単位がｎ秒である。したがって、ｔｂは、約５８５年(≒２^６４／(３６５．２５日×２４時間×３６００秒×１０^９))分を表現できる。つまり、装置動作開始後、約５８５年間は一意の時刻を示すことができる。

なお、上記のｔｂは一例である。ｔｂの単位は、ｎ秒に限定せずμ秒や秒でも構わない。ｔｂのデータ長は６４ビットに限定しない。なお、ｔｂは整数に限定せず浮動小数点や固定小数点などでも構わない。つまり、本実施形態において、コンピュータが扱うデータの表現形式は、特定のものには限定されない。

（送出時刻、到着時刻の取得処理）
データを送信する際、マイクロプロセッサ１５は、送信時刻取得手段として機能する。すなわち、送信時、タイマーカウンタ１６のｔｓを読み、式（３）にしたがってｔを求め、送出時刻を取得する（図８、ステップ８０１、図６）。そして、マイクロプロセッサ１５は、通信制御部１７に対して、送信データと送信開始指令を書き込む（ステップ８０２，８０３）。

一方、データの受信時には、通信制御部１７は、マイクロプロセッサ１５に対して割込信号を与える。その割込に対応した処理で、マイクロプロセッサ１５は、受信時刻取得手段として機能する。すなわち、受信時に、タイマーからｔｓを読み、式（３）にしたがってｔを求め、到着時刻を取得する(図９、ステップ９０１、図６)。また、後述のように、マイクロプロセッサ１５は、通信制御部１７から、受信データを読み込む（ステップ９０２）。

（時刻ずれ（Δｔ）の計算手順）
次に、マイクロプロセッサ１５（時刻ずれ演算部１５ｃ）によって、時刻ずれを求める計算の手順を説明する。
（伝送フレーム）
図１４は、各保護リレー装置１が、他の保護リレー装置１との間でやり取りする伝送フレームである。これはＩＥＥＥ８０２．３等の伝送フレームに代表される公知の技術である。フレーム同期信号はプリアンブルに相当する。データ不良検査コードはＦＣＳ（ＦｒａｍｅＣｈｅｃｋＳｅｑｕｅｎｃｅ）に相当する。

この伝送フレームのデータを送信するには、上記の図８で説明したように、マイクロプロセッサ１５から、通信制御部１７にデータを書き込んで、送信開始指令を行う。また、上記の図９で説明したように、伝送フレームのデータを受信した際には、割込が発生するので、マイクロプロセッサ１５は、通信制御部１７からデータを読み込めば、それが受信したデータである。

（時刻問合せフレームの送信）
時刻ずれ（Δｔ）を計算する際、まず、保護リレー装置１は、他装置に向けて時刻問合せフレームを送信する。この時刻問合せフレームは、図１４で示された伝送フレーム中のデータ部を、図１５のようにしたものである。

データ中のｔＳ１Ａは、時刻問合せフレームの送出時刻である。ｔＳ１Ａは、前記の送信時刻取得手段が取得する（図８、ステップ８０１）。時刻付加部１５ａによるデータ中へのｔＳ１Ａの付加は、前記のように通信制御部１７への送信データの書き込みで実現する（図８、ステップ８０２）。

（時刻問合せフレームの受信とそれに対する時刻応答フレーム）
一方、他装置が送信した時刻問合せフレームを受信する場合もある。その場合には（図１０、ステップ１００１）、時刻抽出部１５が、時刻問合せフレームからｔＳ１Ａを抽出し、メモリＭ等の保存手段に保存しておく（図１０、ステップ１００２）。時刻抽出部１５ｂによるｔＳ１Ａの抽出は、前記のとおり通信制御部１７から読み込んだデータ（図９、ステップ９０２）から、ｔＳ１Ａを読み取ることで実現できる。

そして、時刻問合せフレームを送信してきた他装置に向けて、時刻応答フレームを送信する。時刻応答フレームは、図１４で示された伝送フレーム中のデータ部を、図１６としたものである。データ中のｔ１Ｂ、ｔ２Ｂおよびｔ３Ｂは次の通りである。
ｔ１Ｂ＝ｔＳ２Ｂ …式（４）
ｔ２Ｂ＝ｔＳ１Ａ …式（５）
ｔ３Ｂ＝ｔＲ１Ｂ …式（５ａ）

ｔＳ１Ａは、前記のメモリＭ等に保存しておいたものである（図１０、ステップ１００２）。ｔＲ１Ｂは、時刻問合せフレームの到着時刻である。ｔＲ１Ｂは、前記の受信時刻取得手段で取得する（図１０、ステップ１００１、図９、ステップ９０１）。ｔＳ２Ｂは、時刻応答フレームの送出時刻である。ｔＳ２Ｂは、前記の送信時刻取得手段で取得する（図８、ステップ８０１）。

（時刻応答フレームの受信）
他装置が送信した、すなわち返送されてきた時刻応答フレームを受信した際には、時刻抽出部１５ｂが、時刻応答フレームからｔ１Ｂ、ｔ２Ｂ、ｔ３Ｂを抽出し、メモリＭ等の保存手段に保存しておく。ｔＲ２Ａも、メモリＭ等の保存手段に保存しておく。ｔＲ２Ａは、時刻応答フレームの到着時刻である。ｔＲ２Ａは前記の受信時刻取得手段で取得する（図９、ステップ９０１）。

（時刻ずれ（Δｔ）の計算）
そして、ｔ１Ｂ、ｔ２Ｂ、ｔ３ＢおよびｔＲ２Ａを用いて、次式でΔｔを計算する。
Δｔ=｛（ｔ３Ｂ−ｔ２Ｂ）−（ｔＲ２Ａ−ｔ１Ｂ）｝／２ …式（６）

（電気量の計算手順）
次に、上記のように求めた時刻ずれを考慮して、電気量を演算する手順を説明する。
（電気量フレーム）
図１７は、他装置と送受信する電気量フレームのデータ部である。Ａ／Ｄ変換後の電気量とともに、時刻付加部１５ａによって、その電気量をサンプングした時刻、すなわち前記のｔｂに相当する時刻ｔＥが付加されている。なお、この電気量フレームは前記の時刻問合せフレームと結合したものでも構わない。また、この電気量フレームは前記の時刻応答フレームと結合したものでも構わない。

（電気量の使用）
他装置が送信した電気量フレームに時刻ｔＥＢＢが付加されているとする。このとき次式でｔＥＢＡを求める。
ｔＥＢＡ＝ｔＥＢＢ−Δｔ …式（７）

自装置で取得した電気量の時刻がｔＥＡＡであるとする。次式でΔｔＶを求める。
ΔｔＶ＝ｔＥＢＡ−ｔＥＡＡ …（８）

ｔＥＢＢが付加された電気量をＶｔＥＢＢ、ｔＥＡＡが付加された電気量をＶｔＥＡＡとする。ＶｔＥＡＡとＶｔＥＢＢがそれぞれ周波数ｆＨｚの交流入力ＶＡ，ＶＢから得られたものであるとする。次式でΔθを求める。
Δθ＝（ΔｔＶ／ｆ）×２π（rad) … （９）
そして、ＶｔＥＢＢをΔθ遅らせたものとＶｔＥＡＡとを使用して電気量演算を行う。

［Δｔ計算式の妥当性］
次に、図１１を用いて、上記のΔｔを求める計算式の妥当性を説明する。まず、Ａ装置とＢ装置との間の時刻ずれがΔｔであるとする。すなわち、Ａ装置の時刻に対して、Ｂ装置の時刻がΔｔ進んでいるとする。Ａ装置が時刻問合せフレームを送信したときの送出時刻が、ｔＳ１Ａであるとする。同一時点のＢ装置での時刻がｔＳ１Ｂであるとする。このとき次式が成り立つ。
ｔＳ１Ｂ＝ｔＳ１Ａ＋Δｔ …式（１０）

また、Ｂ装置における時刻問合せフレーム受信時の到着時刻が、ｔＲ１Ｂであるとする。Ａ装置からＢ装置への伝送遅延時間がｔｄであるとする。このとき次式が成り立つ。
ｔＲ１Ｂ＝ｔＳ１Ｂ＋ｔｄ …式（１１)
したがって、式（１０）（１１）から、次式が成り立つ。
ｔｄ＝ｔＲ１Ｂ−ｔＳ１Ａ−Δｔ …式（１２）

同様に、Ａ装置におけるｔＲ２Ａと同一時点のＢ装置における時刻をｔＲ２Ｂとする。このとき次式が成り立つ。
ｔＲ２Ｂ＝ｔＲ２Ａ＋Δｔ …式（１３）

また、Ｂ装置からＡ装置への伝送遅延時間が、Ａ装置からＢ装置への伝送遅延時間と等しく、ｔｄであるとする。このとき、次式が成り立つ。
ｔＲ２Ｂ＝ｔＳ２Ｂ＋ｔｄ …式（１４）
したがって、式（１３）（１４）から、次式が成り立つ。
ｔｄ＝ｔＲ２Ａ−ｔＳ２Ｂ＋Δｔ …式（１５）

さらに、上記の式（１２）（１５）から、次式が成り立つ。
Δｔ＝｛（ｔＲ１Ｂ−ｔＳ１Ａ）−（ｔＲ２Ａ−ｔＳ２Ｂ）｝／２ …式（１６）
これは式（６）に、式（４）（５）（５ａ）を代入した式と同一である。すなわち、式（６）により、Δｔが正しく求められる。

［電気量の比較］
また、各装置における電気量の比較を、図１２を参照して説明する。まず、他装置（Ｂ装置）が、自装置（Ａ装置）に対して、Δｔ進んだ時刻を持っているとする。Ｂ装置での時刻ｔＥＢＢと同一時点のＡ装置における時刻を、ｔＥＢＡとする。このとき、式（７）が成り立つ。そして、ＶｔＥＢＢとＶｔＥＡＡの時刻差（ΔｔＶ）は式（８）で求めることができる。すなわち、ＶｔＥＢＢはＶｔＥＡＡに対してΔｔＶ遅れた電気量ということがわかる。したがって、ＶｔＥＢＢとＶｔＥＡＡの両者を用いた電気量演算をする場合にはΔｔＶを考慮すればよい。

位相で考えると、例えば、ＶＡとＶＢの位相差が零であったとしてもＶｔＥＡＡとＶｔＥＢＢの間では、ＶｔＥＢＢはＶｔＥＡＡに対して、式（９）により求められる位相（Δθ）だけ進んでいることになる。したがって、ＶｔＥＢＢをΔθ遅らせれば、それはＶｔＥＡＡと同位相になる。ゆえに、ＶｔＥＢＢをΔθ遅らせたものとＶｔＥＡＡを使って電気量演算すれば、位相ずれのない電気量演算が可能となる。

［効果］
以上のような本実施形態によれば、汎用のＬＡＮ等を用いて通信費用や設備費用の負担軽減を図りながら、送信タイミングや返送タイミングの制御を不要として、装置間の時刻ずれΔｔを正確に求めることができる。そして、その時刻ずれΔｔと電気量に付加された時刻とに基づいて算出されるΔθによって、各装置間で位相ずれのない正確な電気量演算が可能となる。

［第２の実施形態］
本実施形態は、基本的には上記の第１の実施形態と同様である。但し、本実施形態においては、第１の実施形態で説明した時刻応答フレーム中のｔ２Ｂを、式（５）の代わりに、次の式（１７）で求める。また、式（５ａ）で示したｔ３Ｂは、時刻応答フレームには含めない。
ｔ２Ｂ=ｔＲ１Ｂ−ｔＳ１Ａ …式（１７）

そして、ｔ１Ｂ、ｔ２ＢおよびｔＲ２Ａを用いて、次式でΔｔを計算する。
Δｔ＝｛ｔ２Ｂ-（ｔＲ２Ａ−ｔ１Ｂ）｝／２ …式(１８)

上記の第１の実施形態において導いた式（１６）は、式（１８）に、式（４）（１７）を代入したものと同一である。したがって、式（１８）により、Δｔを正しく求めることができる。

以上のような本実施形態によれば、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。さらに、時刻応答フレームのデータ中にｔ２Ｂが不要となるので、第１の実施形態に比べて、フレーム中のデータ長を削減できるという効果もある。

このようなデータ長の削減は、以下のような意味がある。すなわち、保護リレーのためには高速に電気量フレームを送信する必要がある。例えば、電力系統電圧（５０Ｈｚもしくは６０Ｈｚ）の電気角で、３０度（６０Ｈｚならば、１．６７ｍｓ）周期で送信する必要がある。伝送速度の遅い伝送網を使用する場合や、伝送網に多くの装置が接続される場合には、遅延なく伝送するためにフレームのデータ長を極力少なくする必要がある。したがって、本実施形態は、かかる要請に沿うものとなる。

［第３の実施形態］
本実施形態は、基本的には上記の第１の実施形態と同様である。但し、本実施形態においては、第１の実施形態で説明した時刻応答フレーム中のｔ１Ｂを、式（４）の代わりに、次の式１７ａで求める。また、式（５）（５ａ）で示したｔ２Ｂ、ｔ３Ｂは、時刻応答フレームには含めない。
ｔ１Ｂ＝ｔＲ１Ｂ−ｔＳ１Ａ＋ｔＳ２Ｂ …式（１７ａ）

そして、ｔ１ＢおよびｔＲ２Ａを用いて、次式で次式でΔｔを計算する。
Δｔ＝（ｔ１Ｂ−ｔＲ２Ａ）／２ …式（１８ａ）

上記の第１の実施形態において導いた式（１６）は、式（１８ａ）に式（１７ａ）を代入したものと同一である。したがって、式（１８ａ）により、Δｔを正しく求めることができる。

以上のような本実施形態によれば、上記の第１および第２の実施形態と同様の効果が得られる。さらに、時刻応答フレームのデータにｔ２Ｂ、さらにｔ３Ｂが不要となるので、第１および第２の実施形態よりも、フレーム中のデータ長を削減できるという効果もある。

［第４の実施形態］
本実施形態は、上記の第１の実施形態と同様の構成を有しており、マイクロプロセッサ１５の時刻修正部１５ｄが、Δｔを用いて、装置の時刻を修正するものである。修正のための式は、次の通りである。
ｔＡＮ＝ｔＡ＋ Δｔ … 式（１９）
ｔＡは修正前の装置の時刻であり、ｔＡＮは修正後の時刻である。そして、修正後は、第１の実施形態の式（７）において、Δｔをゼロにする。

以上の通り、本実施形態によれば、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。さらに、時刻修正部１５ｄによって、装置間の時刻ずれ（Δｔ）を修正してゼロにすることができるので、電気量を使用する際に、式（７）において、Δｔを考慮した演算が不要となり、正確さを担保しつつ、高速な演算を実行できる。

［第５の実施形態］
本実施形態は、基本的には上記の第１の実施形態と同様である。但し、本実施形態においては、第１の実施形態で説明した時刻応答フレームを、時刻応答フレーム１と時刻応答フレーム２に分けて送受信する。時刻応答フレーム１には、ｔ２Ｂ（＝ｔＳ１Ａ）とｔ３Ｂ（＝ｔＲ１Ｂ）を付加する。時刻応答フレーム２には、ｔ１Ｂ（＝ｔＳ２Ｂ）を付加する。そして、時刻応答フレーム２を受信した際の到着時刻を、ｔＲ２Ａとする。それ以降は、第１の実施形態と同様である。

なお、時刻応答フレーム２を時刻問合せフレームとしてもよい。この場合は、次のようにする。まず、時刻問合せフレームにｔＳ１Ａを付加する。時刻問合せフレームの到着時刻をｔＲ１Ｂとする。時刻応答フレームには、ｔＳ１Ａ’とｔＲ１Ｂ’を付加する。ｔＳ１Ａ’は前記のｔＳ１Ａ、ｔＲ１Ｂ’はｔＲ１Ｂである。

そして、他装置が送信した時刻応答フレームから抽出したｔＳ１Ａ'とｔＲ１Ｂ'、他装置が送信した時刻問合せフレームから抽出したｔＳ１Ａと、それに対するｔＲ１Ｂから、次式でΔｔを求める。
Δｔ＝｛（ｔＲ１Ｂ’−ｔＳ１Ａ’）−（ｔＲ１Ｂ−ｔＳ１Ａ）｝／２ …式（２０）

以上のように、ｔＳ１Ａとそれに対応したｔＲ１Ｂ、ｔＳ２Ｂとそれに対応したｔＲ２Ａが存在すれば、式（１６）により、Δｔを求めることができる。したがって、応答フレームが二つに分かれていても構わない。

そして、時刻応答フレーム２は、時刻問合せフレームと同等の形態であるので、時刻応答フレーム２を時刻問合せフレームとしてもよい。この場合は、図１３に示すように、式（１６）のｔＳ１ＡをｔＳ１Ａ’に、ｔＲ１ＢをｔＳ１Ｂ’に、ｔＳ２ＢをｔＳ１Ａに、ｔＳ２ＡをｔＳ１Ｂに置き換えればよい。このように、時刻応答フレーム２を時刻問合せフレームとして扱えるので、自装置と他装置との関係が対称になり、自装置と他装置が双方でΔｔを効率的に求められる。

［第６の実施形態］
本実施形態は、基本的には上記の第２の実施形態と同様である。但し、本実施形態においては、第２の実施形態における時刻応答フレームを、時刻応答フレーム１と時刻応答フレーム２に分けて送受信する。時刻応答フレーム１には、ｔ２Ｂ（＝ｔＲ１Ｂ−ｔＳ１Ａ）を付加する。時刻応答フレーム２には、ｔ１Ｂ（＝ｔＳ２Ｂ）を付加する。そして、時刻応答フレーム２を受信した際の到着時刻をｔＲ２Ａとする。それ以降は、第２の実施形態と同様である。

なお、時刻応答フレーム２を時刻問合せフレームとしてもよい。この場合は、次のようにする。まず、時刻問合せフレームにｔＳ１Ａを付加する。時刻問合せフレームの到着時刻をｔＲ１Ｂとする。時刻応答フレームには、ｔＲ１Ｂ’−ｔＳ１Ａ’を付加する。ｔＳ１Ａ’は前記のｔＳ１Ａ、ｔＲ１Ｂ’はｔＲ１Ｂである。

そして、他装置が送信した時刻応答フレームから抽出したｔＲ１Ｂ’−ｔＳ１Ａ’、他装置が送信した時刻問合せフレームから抽出したｔＳ１Ａと、それに対するｔＲ１Ｂから、次式でΔｔを求める。
Δｔ＝｛（ｔＲ１Ｂ’−ｔＳ１Ａ’）−（ｔＲ１Ｂ−ｔＳ１Ａ）｝／２ …式（２０ａ）

以上のような本実施形態によれば、上記の第５の実施形態と同様の効果が得られる。さらに、第５の実施形態に比べて、フレーム中のデータ長を削減できるという効果もある。

［他の実施形態］
本発明は、上記のような各実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で、他にも多種多様な変形例が実現可能である。例えば、時刻の管理の手法としては、上記の手法には限定されず、現在または将来において適用可能なあらゆる手法が適用可能である。データの表現形式、伝送フレームの形式についても、特定のものには限定されない。

通信のための伝送路も、有線若しくは無線のあらゆる伝送媒体を適用可能であり、どのようなＬＡＮやＷＡＮを経由するか若しくは経由しないかは問わない。通信プロトコルについても、現在又は将来において利用可能なあらゆるものを適用可能である。

また、各部を実現するための回路は、例えば、各機能を実現するＡＳＩＣやＣＰＵ等のＩＣチップその他の周辺回路によって構成したり、複数の機能を集約したシステムＬＳＩによって構成する等、種々考えられるものであり、特定のものには限定されない。データ、プログラム、設定等を記憶する手段として、どのような種類、容量のメモリを確保するかについても自由である。ハードウェア処理によって実現する範囲とソフトウェア処理によって実現する範囲も自由である。

また、本発明を、パーソナルコンピュータやサーバ装置のような汎用のコンピュータをプログラムで制御することによって、実現することもできる。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、各部の機能を実現するものであり、かかるプログラムおよびプログラムを記録したハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭその他の種々の記録媒体は単独でも本発明の一態様である。したがって、例えば、コンピュータにアプリケーションプログラムをインストールすることにより、本発明を構成することもできる。

本発明の第１の実施形態における保護リレー装置と周辺装置との関わりを示す説明図本発明の第１の実施形態における保護リレー装置のブロック構成図本発明の第１の実施形態における伝送制御部のブロック構成図本発明の第１の実施形態における装置動作開始後の処理を示すフローチャート本発明の第１の実施形態におけるサンプリング基準信号による割り込みに同期した処理を示すフローチャート本発明の第１の実施形態における時刻取得処理を示すフローチャート本発明の第１の実施形態における時刻の作用を説明する説明図本発明の第１の実施形態におけるデータ送信処理を示すフローチャート本発明の第１の実施形態におけるデータ受信処理を示すフローチャート本発明の第１の実施形態における時刻問合せフレーム受信処理を示すフローチャート本発明の第１の実施形態におけるΔｔ演算式の作用を説明する説明図本発明の第１の実施形態における電気量の時刻の作用を説明する説明図本発明の第５の実施形態における作用を説明する説明図本発明の第１の実施形態における伝送フレームを示す説明図本発明の第１の実施形態における時刻問合せフレームのデータ部を示す説明図本発明の第１の実施形態における時刻応答フレームのデータ部を示す説明図本発明の第１の実施形態における電気量フレームのデータ部を示す説明図

符号の説明

１…保護リレー装置
２…入力変換部
３…アナログフィルタ
４…Ａ／Ｄ変換部
５…演算処理部
６…信号発生部
７…伝送制御部
８…バス
９…電力系統
１０…電圧変成器
１１…電流変成器
１２…スイッチングハブ
１３…伝送網
１４…サンプリング基準信号
１５…マイクロプロセッサ
１５ａ…時刻付加部
１５ｂ…時刻抽出部
１５ｃ…時刻ずれ演算部
１５ｄ…時刻修正部
１６…タイマーカウンタ
１７…通信制御部

Claims

サンプリング基準信号に基づいて、電力系統の電気量をサンプリングしてアナログ／ディジタル変換し、アナログ／ディジタル変換後のデータを、伝送路を介して他装置へ送信する保護リレー装置において、
前記電気量などの各種情報を含むフレームを前記装置間で送受信する通信制御手段と、
時刻を計時する時刻計時手段と、
前記通信制御手段から送信される送信フレームの送出時刻を取得する送信時刻取得手段と、
前記通信制御手段にて受信される受信フレームの到着時刻を取得する受信時刻取得手段と、
他装置に時刻を問い合わせる時刻問合せフレームに、当該時刻問合せフレームの送出時刻を付加する第１の時刻付加手段と、
他装置から受信した時刻問合せフレームから、当該時刻問合せフレームの送出時刻を抽出する第１の時刻抽出手段と、
他装置から受信した時刻問合せフレームに応答する時刻応答フレームに、他装置との時刻のずれを計算するための値を付加する第２の時刻付加手段と、
前記通信制御手段が送信した時刻問合せフレームに応答して、他装置が送信した時刻応答フレームから、他装置における第２の時刻付加手段により付加された値を抽出する第２の時刻抽出手段と、
前記第１および第２の時刻抽出手段により抽出された値、他装置からの時刻応答フレームの到着時刻に基づいて、他装置との時刻のずれを計算する時刻ずれ演算手段と、
を有し、
前記第２の時刻付加手段により付加される値は、
送出される時刻応答フレームの送出時刻、
前記第１の時刻抽出手段により抽出された時刻問合せフレームの送出時刻、
当該時刻問合せフレームの到着時刻、
を含むことを特徴とする保護リレー装置。
サンプリング基準信号に基づいて、電力系統の電気量をサンプリングしてアナログ／ディジタル変換し、アナログ／ディジタル変換後のデータを、伝送路を介して他装置へ送信する保護リレー装置において、
前記電気量などの各種情報を含むフレームを前記装置間で送受信する通信制御手段と、
時刻を計時する時刻計時手段と、
前記通信制御手段から送信される送信フレームの送出時刻を取得する送信時刻取得手段と、
前記通信制御手段にて受信される受信フレームの到着時刻を取得する受信時刻取得手段と、
他装置に時刻を問い合わせる時刻問合せフレームに、当該時刻問合せフレームの送出時刻を付加する第１の時刻付加手段と、
他装置から受信した時刻問合せフレームから、当該時刻問合せフレームの送出時刻を抽出する第１の時刻抽出手段と、
他装置から受信した時刻問合せフレームに応答する時刻応答フレームに、他装置との時刻のずれを計算するための値を付加する第２の時刻付加手段と、
前記通信制御手段が送信した時刻問合せフレームに応答して、他装置が送信した時刻応答フレームから、他装置における第２の時刻付加手段により付加された値を抽出する第２の時刻抽出手段と、
前記第１および第２の時刻抽出手段により抽出された値、他装置からの時刻応答フレームの到着時刻に基づいて、他装置との時刻のずれを計算する時刻ずれ演算手段と、
を有し、
前記第２の時刻付加手段により付加される値は、
送出される時刻応答フレームの送出時刻、
前記第１の時刻抽出手段により抽出された時刻問合せフレームの送出時刻と到着時刻との差、
を含むことを特徴とする保護リレー装置。
サンプリング基準信号に基づいて、電力系統の電気量をサンプリングしてアナログ／ディジタル変換し、アナログ／ディジタル変換後のデータを、伝送路を介して他装置へ送信する保護リレー装置において、
前記電気量などの各種情報を含むフレームを前記装置間で送受信する通信制御手段と、
時刻を計時する時刻計時手段と、
前記通信制御手段から送信される送信フレームの送出時刻を取得する送信時刻取得手段と、
前記通信制御手段にて受信される受信フレームの到着時刻を取得する受信時刻取得手段と、
他装置に時刻を問い合わせる時刻問合せフレームに、当該時刻問合せフレームの送出時刻を付加する第１の時刻付加手段と、
他装置から受信した時刻問合せフレームから、当該時刻問合せフレームの送出時刻を抽出する第１の時刻抽出手段と、
他装置から受信した時刻問合せフレームに応答する時刻応答フレームに、他装置との時刻のずれを計算するための値を付加する第２の時刻付加手段と、
前記通信制御手段が送信した時刻問合せフレームに応答して、他装置が送信した時刻応答フレームから、他装置における第２の時刻付加手段により付加された値を抽出する第２の時刻抽出手段と、
前記第１および第２の時刻抽出手段により抽出された値、他装置からの時刻応答フレームの到着時刻に基づいて、他装置との時刻のずれを計算する時刻ずれ演算手段と、
を有し、
前記第２の時刻付加手段により付加される値は、
前記第１の時刻抽出手段により抽出された時刻問合せフレームの送出時刻と到着時刻との差に、送出される時刻応答フレームの送出時刻を加えた値であることを特徴とする保護リレー装置。
前記時刻ずれ演算手段は、
送信した時刻応答フレームの送出時刻をｔ１Ｂ、
送信した時刻問合せフレームの送出時刻をｔ２Ｂ、
受信した時刻問合せフレームの到着時刻をｔ３Ｂ、
受信した時刻応答フレームの到着時刻をｔＲ２Ａ、
時刻ずれをΔｔ、
とすると、
Δｔ＝｛（ｔ３Ｂ−ｔ２Ｂ）−（ｔＲ２Ａ−ｔ１Ｂ）｝／２
の計算式により、時刻ずれを求めることを特徴とする請求項１記載の保護リレー装置。
前記時刻ずれ演算手段は、
送信した時刻応答フレームの送出時刻をｔ１Ｂ、
受信した時刻問合せフレームの到着時刻と送出時刻との差をｔ２Ｂ、
受信した時刻応答フレームの到着時刻をｔＲ２Ａ、
時刻ずれをΔｔ
とすると、
Δｔ＝｛ｔ２Ｂ−（ｔＲ２Ａ−ｔ１Ｂ）｝／２
の計算式により、時刻ずれを求めることを特徴とする請求項２記載の保護リレー装置。
前記時刻ずれ演算手段は、
受信した時刻問合せフレームの到着時刻と送出時刻との差に、送信した時刻応答フレームの送出時刻を加えた値をｔ１Ｂ、
受信した時刻応答フレームの到着時刻をｔＲ２Ａ、
時刻ずれをΔｔ、
とすると、
Δｔ＝（ｔ１Ｂ−ｔＲ２Ａ）｝／２
の計算式により、時刻ずれを求めることを特徴とする請求項３記載の保護リレー装置。
前記時刻ずれ演算手段によって得られた時刻ずれに基づいて、時刻を修正する時刻修正手段を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の保護リレー装置。
電気量を含むフレームに対して、電気量をサンプリングした時点に相当する時刻を付加する電気量時刻付加手段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装置。