JP5457230B2 - 保護継電装置、並びに電流差動保護継電装置 - Google Patents

Description

本発明は、保護継電装置に係り、特に、伝送路を介して電流データを送受し、保護区間内の系統故障を検出して事故除去を行う電流差動保護継電装置に適用するに好適な保護継電装置に関する。

各端子で端子電流を計測し、伝送路を介して相互にディジタル的にデータを送受し、その差電流から保護区間内の系統故障を検出して事故除去を行う電流差動保護継電装置として、PCM (Pulse Code Modulation）方式を採用したPCM電流差動保護継電装置がある。

この場合の、伝送路あるいは通信方式は、例えば、特許文献１、または、非特許文献１に記載されているように、54kbpsまたは1.5Mbpsの伝送速度で、データを所定の周期でサイクリックに伝送する方式が、全国規模で統一的に採用されている。

この伝送方式は、電力用通信として専用のネットワーク上で構成することが前提であり、専用の信号多重化装置（MUX）などの通信機器を用いてシステム構成されている。

従って、当然のことながら、電力用の通信インフラであるネットワークや通信機器は電力事業者専用であり、特殊仕様として導入され、高信頼度に、かつ、可用性を高めることにより電力の安定供給に寄与している。

特願2005-251100「電流差動リレー装置」 電気協同研究 第50巻第1号 第二世代ディジタルリレー

電力専用通信ネットワークを用いた電流差動保護継電装置の将来を展望した場合、本保護継電装置は今後とも広く採用されていくが、特殊仕様の既存の専用通信インフラと専用通信機器が、将来的にも安定して供給できるのであれば、運用上の問題は小さいといえる。

然しながら、社会通信インフラを構成する一般のネットワークが、より高速化、大容量化し、かつドラスティックなコストダウンの要求に対応している等、大きく進展して行く中で、近い将来、電力専用通信ネットワーク通信インフラと社会通信インフラとの技術的なギャップが益々広がっていくことが予想される。

これに合せて、通信インフラ機器も電力専用通信ネットワークに整合できるものが限られてくることが容易に予想される。

特に、通信インフラとしては、現在、PDH（Plesiochronous Digital Hierarchy：従来の同期デジタルハイアラーキー）、SDH(Synchronous Digital Hierarchy：同期デジタルハイアラーキー)網等が適用されているが、今後は、IP(Internet Protocol：インターネットやLANなど)網を通信媒体として適用して行くことが主流となり、この技術を電力用通信に採用されることは確実視されるところである。

このネットワーク技術の進展に合せ、通信機器側は、今後の主流技術への進展にむけた製品展開が主となり、この方向性は今後、大きく加速することが十分予想される。

しかも、将来的に通信機器メーカが既存の電力用通信ネットワークに対応する専用機器を作りつづける可能性（保証）はあるとも限らず、また、仮に継続的に供給されていくとしても、生産量が主流品に比べ極めて少ないため、製品コストも汎用品と比べ格段の相違が出てくるものと考えられる。

また、運用面においても、メンテナンスを含め、システム運用のコストアップが懸念される。

このことから、信頼性を現状と同等に維持しつつ、将来的な通信インフラの進展（マイグレーション）に対応する方法・方式が要求されることが予想され、これらを有機的に解決することが課題となる。

また、システム運用を切れ目なくシームレスに切替えることもニーズとしては高くなることが予想され、これも、信頼度を現状維持しながら対応しなければならないことは、言うまでもないことである。

以上述べたように、伝送路を利用した保護継電装置を取り巻く通信環境は大きく変化することが予想されるが、その場合に保護継電装置をどのように構成すべきかに関しては、殆ど検討されていない。

以上のことから本発明においては、通信インフラの進展に応じた伝送路の構成変更に対しても、保護機能を継続的に維持するに好適な保護継電装置、並びに電流差動保護継電装置を提供することを目的とする。

本発明の保護継電装置は、送電線の電流を入力してディジタル量に変換する入力部と、入力部におけるサンプリングタイミングを決定するタイミング制御部と、入力部からのディジタル量を用いて保護演算を行う演算部と、演算部の演算結果に応じて送電線に設けられた遮断器の制御信号を与える出力部と、入力部のディジタル量を、サイクリックにパケット転送することでデータ送信し、サイクリックにパケット転送されてきたデータを受信して演算部に与える内部の通信部と、内部の通信部におけるサンプリング同期制御のための第1のサンプリングパルスと、外部の通信部からのサンプリング同期制御のための第2のサンプリングパルスを入力し、いずれかのサンプリングパルスを選択してタイミング制御部に与える選択部を備える。

また、外部の通信部は、既存の通信網でサイクリックにデータ送受信し、相手端とのサンプリング同期タイミング合せを行う通信部であり、内部の通信部はインターネットプロトコル通信網でサイクリックにパケット転送することでデータ送受信し、相手端とのサンプリング同期タイミング合せを行うLAN通信部とされるのがよい。

本発明の電流差動保護継電装置は、送電線の電流を入力してディジタル量に変換する入力部と、入力部におけるサンプリングタイミングを決定するタイミング制御部と、入力部からのディジタル量を用いて保護演算を行う演算部と、演算部の演算結果に応じて送電線に設けられた遮断器の制御信号を与える出力部と、入力部のディジタル量を、サイクリックにパケット転送することでデータ送信し、サイクリックにパケット転送されてきたデータを受信して演算部に与える内部の通信部と、内部の通信部におけるサンプリング同期制御のための第1のサンプリングパルスと、外部の通信部からのサンプリング同期制御のための第2のサンプリングパルスを入力し、いずれかのサンプリングパルスを選択してタイミング制御部に与える選択部から構成される保護継電装置を送電線の各端子に備え、演算部では、各端子で検出した電流の差を求める。

また、保護継電装置の内部の通信部と、外部の通信部のいずれか一方、または双方を用いて信号伝送を行なうのがよい。

また、外部の通信部は、既存の通信網でサイクリックにデータ送受信し、相手端とのサンプリング同期タイミング合せを行う通信部であり、内部の通信部はインターネットプロトコル通信網でサイクリックにパケット転送することでデータ送受信し、相手端とのサンプリング同期タイミング合せを行うLAN通信部とされるのがよい。

また、保護継電装置の内部の通信部と、外部の通信部の双方を用いて信号伝送を行なうとともに、内部の通信部と、外部の通信部の切替のときに、出力部が送電線に設けられた遮断器の制御信号を与えることを阻止するのがよい。

また、内部の通信部は、サンプリング同期制御用の遅延時間、オフセット時間を求めるための遅延時間計測パケットを送受信することで、サンプリングタイミングの同期誤差を計測し、サンプリング同期制御する機能を有するのがよい。

本発明の保護制御装置及び電流作動保護継電装置によれば、将来的にネットワークをIP網へ統一されたときにおいても、特殊仕様の保護継電装置から汎用的な保護継電装置装置に統一することができるため、設備導入コスト並び運用コストを抑えることができる。

本発明の保護継電装置を採用した電流差動保護継電装置システム構成例 本発明のデータ転送部分の構成例 伝送制御部101のサイクリック伝送のフレーム構成例 LAN通信手段1k のパケット通信にて送受信するフォーマット例 伝送制御部101のサイクリック伝送のサンプリング同期手順 LAN通信手段1k のパケット通信のサンプリング同期手順 同期タイミングにより、同時刻にサンプリングするための回路例 アナログ信号からディジタル信号への変換動作のタイミング例 A/D変換器に対する外部からの同期信号100dを生成するための回路例 A/D変換指令同期信号100d（CONVERT）のタイミングにより、A/D変換時点が制御される様子を示した例 電流差動保護継電装置の動作特性例 本発明の保護継電装置の適用構成例 本発明の保護継電装置適用構成例 本発明の保護継電装置適用構成例

以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。

図1は、本発明の保護継電装置を採用する電流差動保護継電装置の実施例を示す一構成例図である。以下本発明について説明するが、その前に、本発明において保護継電装置と、これを利用する電流差動保護継電装置とが、装置構成上どの様に区別されているのかを説明しておく。まず、図1において、100が本発明の保護継電装置である。更に送電線両端の電気所にそれぞれ保護継電装置を配置し、通信装置を用いて電流を送受し合い、電流作動原理による保護を実現したものが電流差動保護継電装置である。

そして、本発明の保護継電装置100が、従来の保護継電装置と相違する点は、LAN通信手段1kを追加し、LAN通信手段1kに送信手段1lと受信手段1mを接続し、パケット通信の伝送形態で自端の送信データ100gの伝送と、相手端の送信データ100hの伝送を行うように構成した点である。ここで、LAN通信手段を用いてパケット通信の伝送形態で通信することからも明らかなように、ここに備えた通信は電力専用通信ネットワークではなく、IP網対応のネットワークで使用することを意図している。本発明の保護継電装置100では、最初から係る通信手段を内蔵している。

また、従来の伝送制御手段101にも接続可能であり、信号100aを取り込んで信号100ｈと切替使用する選択手段1ｊを備えた点でも相違する。つまり、本発明の保護継電装置100は、通信側が従来の電力専用通信ネットワークであっても、あるいは最新のIP網対応のネットワークであっても使用できるように構成されている。

さらに、本発明の保護継電装置100は、距離継電方式などのように通信を伴わない保護継電装置に適用する時には、上記の通信関係機能を使用しないことで距離継電方式の保護継電装置とすることができる。

上記した本発明の保護継電装置100を使用して電流差動保護継電装置を構成する場合に、幾つかのシステム構成を採用し得る。このうち、図1は、従来の専用回線を利用する伝送と、最新のIP網対応のネットワークを利用する伝送を併用し、切替えて使用するシステム構成を示しており、図11は、従来の専用回線のみを利用する伝送とするシステム構成を示しており、図12と図13は、最新のIP網対応のネットワークのみを利用して伝送を行なうときのシステム構成を示している。なお、これらのシステム構成の詳細説明については後で順次行なう。

まず、本発明の保護継電装置100を使用して、従来の電力専用通信ネットワークに接続し、従来タイプの電流差動保護継電装置として使用することについて説明する。この場合のシステム構成は、図10に示されている。

保護継電装置の責務は、図10に示すA端子とB端子間の送電線1aの保護区間内に発生した内部事故を高速に検出して、しゃ断器1b に対して引外し指令100kを発し、送電線1aを保護するものである。

図10において、電流差動保護継電装置は、送電線1aから変流器1c、変成器1d により電力系統の電流信号100i、電圧信号100jを取り込む。取り込んだ信号を、保護継電装置(保護継電装置は、実際にはプロセッシングボード上に構成されることが多いので、以下、保護継電装置をディジタルプロセッシングボードと呼称する）100内のアナログ信号入力手段1eに入力し、アナログ信号処理を施してA/D変換手段1fにてアナログ信号をディジタル信号に変換する。

演算手段1gは、A/D変換手段1fによりディジタル変換された入力信号を取込み、各種の保護演算、特に、電流信号の差分を求める差動演算を施して、内部事故判定を行い、内部事故判定した場合には、出力手段1hに対し、しゃ断器引き外し指令信号を出力し、出力手段1hからは、しゃ断器1bに対して引き外し指令信号100kが出力される。電流差動保護継電装置におけるこれらの一連の動作は、一般的に電気角30°ごとに繰り返して行なわれる。

なお、A/D変換手段1fにおけるA/D変換動作に関し、A/D変換の開始タイミング(サンプリングタイミング)については、タイミング制御手段（TIM制御）1iからの変換指令信号100dにより開始される。

図10において、101は電圧、電流といった系統情報を相手端と通信する伝送制御部を示す。先にも述べたように、ディジタルプロセッシングボードと伝送制御部101が組み合わされて、初めて電流差動保護継電装置を構成する。なお、ここで使用している伝送制御部101は、従来の専用回線を使用した伝送制御を行なうものであることは、いうまでもない。

伝送制御部101において、1qは相手端からの信号を受信する受信手段、1pは相手端に対し信号を送信する送信手段、1rはサンプリング同期信号を制御するサンプリング制御手段（SPL手段）、1oはこれらの送信、受信、サンプリング同期制御手段を統括的に制御する伝送制御手段、1nはプロセッシングボード100とのデータ送受のための双方向からのアクセスが可能なメモリ手段であり、ディジタルプロセッシングボード100とパラレルバスにて密結合した構成としたものをそれぞれ示す。

送受信データ及び伝送制御に必要な情報は、メモリ手段1nを介して伝達するように構成し、サンプリング同期制御のためのサンプリングパルス100aを、ディジタルプロセッシングボード100内のサンプリングパルス選択手段1jに印加するように構成する。

このように、上記した伝送制御部101は、ディジタルプロセッシングボード100と並列に処理するように構成し、例えば、1.5Mbpsのサイクリック伝送手法を適用して、信号伝送を行なうべく構成するものである。

伝送制御部101からの送信・受信の信号は、一般的に、電力事業者の専用回線に接続され、例えば、キャリア型保護継電装置用1.5M多重化局1s（MUX）を介して信号多重化された信号（100eまたは100f）として伝送される。なお、100eはA端子から見て下り送信信号、B端子から見て下り受信信号であり、100fはB端子から見て上り送信信号、A端子から見て上り受信信号である。

本発明のディジタルプロセッシングボード100を用いて、従来からの伝送制御部101に接続して、電流差動保護継電装置を構成する場合には、概略以上のような構成を備え、サイクリック伝送することでA端子とB端子間でデータ送受信を行なう。なお、図10のディジタルプロセッシングボード100は、LAN通信手段、送信手段1lと受信手段1mを備えているが、ここでのシステム構成を採用するときには使用しないことは言うまでもない。また、B端子装置については、A端子装置と同じものを備えればよいので、ここでの図示と説明を省略する。

また、サンプリング同期制御については纏めて後述するが、リアルタイム性能は確保しなければならないため、例えば、伝送形態としては、周期的（例えば、電気角度15°または30°毎）に一斉同報的な通信形態で行うようにされる。

これに対し、新旧の通信方式を併用し、切替えて使用するシステム構成を採用した図１の本発明の電流差動保護継電装置においては、ディジタルプロセッシングボード100内の、LAN通信手段1kに送信手段1lと受信手段1mを接続し、パケット通信の伝送形態で自端の送信データ100gの伝送と、相手端の送信データ100hの伝送を行う公正をも使用する。

また、LAN通信手段1kを介して得られたデータは、バス100dを経由して演算手段1gに接続して並列伝送するように構成し、サンプリング同期信号100bについては、選択手段1jにサンプリングパルスを印加するように構成する。

つまり、図1に示した本発明の実施例では、伝送制御のルートとして、従来からの伝送制御部101を介したルートと、本発明により追加されたLAN通信手段1kを介したルートを合わせ持つ構成としている。

上記した双方の伝送ルートの切替は、ディジタルプロセッシングボード100内の選択手段1jにて行い、それぞれの伝送ルートでの信号は、同時並行、あるいは、選択実行など状況に合わせた形で選択するように構成する。

2組の伝送ルートの大きな相異点は、伝送制御部101はサイクリック制御であるのに対し、LAN通信手段1kではサイクリックに送信起動したパケット伝送という違いである。

図2は、上記した伝送制御部101を介したルートと、LAN通信手段1kを介したルートからのデータを選択する部分を、機能的に表現し説明するための図面である。

この図2において、演算手段1g内の保護アプリケーション手段2aにて、各種の保護演算を実施するが、そのためにはまず、自端にて取り込んだアナログ入力情報(図1の電力系統の電流100i）をバッファ手段2bに書き込む。書き込まれるデータの内容は、例えば、電流入力情報ia、ib、ic、制御情報（ON/OFF）のビット情報などである。その後、書き込まれたデータは、データコピー手段2cにて、送信データとして、データコピーされる。

データコピー手段2cは、書き込まれた情報を伝送制御部101のデータセット部のバッファ手段2eにデータをコピーすると共に、併せて、LAN通信手段1kのデータセット部のバッファ手段2hに同様に同じデータをコピーする。

その後、伝送制御部101のデータセット部のバッファ手段2eに書き込まれた情報を、サイクリックデータ転送手段2fがデータをサイクリックに読出し、例えば、詳細の説明は省略しているが、一般的な1.5Mbps伝送手順に従って、データを送出するように動作する。

一方、LAN通信手段1k では、データセット部のバッファ手段2hに書き込まれた情報を、LAN送信手段1lにてパケット通信の形態でデータ送信する。

次に、この図2における受信動作について説明する。まず、伝送制御部101のサイクリックデータ転送手段2fにて、相手端から電流情報その他の情報を受信する。同期化処理実施後、該受信データをバッファ手段2eに格納する。その後、バッファ手段2eは、データ選択手段1jに受信データを格納するように動作する。

同様に、LAN通信手段1k側においても、LAN受信手段1mにて受信した相手端からの電流情報その他の情報を受信し、バッファ手段2hを経由して、データ選択手段1jに受信データを格納するように動作する。

データ選択手段1jは、伝送制御部101とLAN通信手段1kのそれぞれが受信したデータに対し、装置の設定情報2mや伝送異常等の情報2nを参考として、上記した受信信号を選択し、受信バッファ2bにデータを格納するように動作する。

演算手段1g内の保護アプリケーション2aでは、自端のデータと、受信したデータに基き、所定の差動保護演算を行う。

図3は、上記した伝送制御部101とLAN通信手段1k を経由するデータのフォーマット例をそれぞれ示す。

図3aは、伝送制御部101のサイクリック伝送のフレーム例を示すもので、周期T（一般には電気角30°）ごとに情報伝送を行なう。図の例では周期T の期間を12のフレームF（F#0から、F#11の12フレーム）に分割し、このうちの一つのフレーム（例えばF#1）に、フレームヘッダFHを先頭にして、当該回線の3相分の電流データ（Ia、Ib、Ic）とON/OFF情報、サブコミデータ及びCRC情報を順次挿入し、これを単位として送受信するものである。本フレームは、一般的な構成を記載したものであり、例えば、直接接地系では54kbpsの伝送速度で構成し、50Hz系では1フレームあたり75ビット、60Hz系では1フレームあたり、90ビットで構成する。

図3bは、LAN通信手段1k のパケット通信にて送受信するフォーマット例を示すものであり、パケットの先頭はプリアンブルでスタートして、送り先アドレス（DA）、送信元アドレス（SA）、タグ情報（Tag）、PDU、データ（電流データ、ON/OFF情報、ステータス）、フレームチェックシーケンス（FCS）で構成される。このパケットについても、プリアンブルから次のプリアンブルまでは周期T毎に繰り返し、リアルタイム性を確保できるように構成する。

上記の伝送フォーマットを双方共に、例えば電気角30°毎に送受信することで、保護アプリケーション手段2aでの保護継電演算に必要な、電流情報（Ia、Ib、Ic）とON/OFF情報を別々のルートで送受信でき、伝送異常時の切替運用などに適用できる。

本発明の要点は、通信インフラが進展し、将来的にパケット通信網しか存続しなくなった場合でも、容易に設定切替えることで保護アプリケーション手段2aでの保護継電演算を停止することなく、マイグレーション対応することに意味がある。

図4は、上記した電流差動保護継電装置の各端子間のサンプリング同期をとるための二つの方式の動作概要を示すものである。以下、ポイントのみ要約する。図4aは現行のサイクリック伝送のときのサンプリング同期制御の概要を示している。

この方式では、A端子装置とB端子装置のいずれかを主局、他を従局としておき、まず、従局が主局に対し、同期信号4aを送信する。主局では、自局のサンプリングタイミングから、従局から送信された同期信号4aを受信したタイミングとの時間差TMを求める。主局は、上記にて求めた時間差TMを従局に送信4bする。

従局は、自局のサンプリングタイミングから、主局から送信された同期信号4bを受信したタイミングとの時間差TSを求めると同時に、主局から受信したサンプリング時間差データTMを読み出す。従局から主局に送信するデータの遅延時間Tduと主局から従局へ送信するデータの遅延時間Tddは等しいとすると、両者のタイミング差ΔTは下記(1)式で表すことができる。

従局では、上記式のΔTが0になるように、サンプリングタイミングを制御し、主局は制御しない。上記のサンプリング同期制御を繰り返すことにより、主局と従局のサンプリングタイミングをほぼ同一にすることができる。

次に、図4bを用いて、パケット通信にて送受信する場合のサンプリング同期方式について説明する。図4bは、主局と従局の2端子の構成のサンプリング同期について記載しているものである。

この同期方式は、IEEE1588にて規定されている手法であり、手法そのものが本発明の発明対象ではなく、あくまでもこの手法を電流差動保護継電装置に適用するところに意味があるものなので、動作の説明については概要を述べるに留める。

まず、主局は従局に対して同期制御するための送信パケット4c(通常、SYNCと称する)を送信する。引き続き、主局は従局に対して上記信号4c(SYNC)を送出した時刻データt1を、次の送信パケット4d(通常、Follow Upと称する)に含めて送信する。一方、従局は、最初の送信パケット4c(SYNC)を受信した時刻t0を確認し、次の送信パケット4d(Follow Up)内の送信時刻データt1を取り出す。

次に、従局は主局に対して同期制御するために、送信パケット4e（通常DELAY REQUESTと称する）を送信する。この際に、従局は送信した時刻t2を取得する。次に、主局は、送信パケット4e（DELAY REQUEST）を受信した時刻t3を、次の送信パケット4f（通常DELAY RESPONSEと称する）に乗せて従局へ送信する。

これらの一連の動に作より、従局は、t0〜t3の時刻データを取得することができ、この時刻データから、下記(2) (3)式に示す演算により、主局と従局間のサンプリングタイミングのずれを補正するためのデータである、遅延時間tdxとオフセット時間とｔoffを得ることができる。

上記(2)(3)式より、toffを0に近づけるように制御することで、従局は主局に対してサンプリング時刻が同一となるように制御できる。このように、定期的に通信の遅延時間を計測するパケットを送受することで可能であるが、不定期に実施してもサンプリング同期制御は可能である。

なお、当然ながら、サンプリング同期制御の状態については、上記toffを常時監視する必要があり、例えば、このオフセットが1μs以下であることを監視することで電流差動演算に及ぼす影響を把握し、必要であれば装置ロックさせる。

また、電流データの送信については、上記したサンプリング同期制御とは別のパケット転送にて行うこととする。

図5は、図4にて抽出した同期タイミングにより、アナログ信号を同時刻にサンプリングするための回路例を示すものであり、アナログ信号入力回路1eと、A/D変換回路部1fで構成される。このうち、前段のアナログ信号入力回路例1eは、入力信号100iを電圧変換する入力変換器5aと、演算増幅器5d、抵抗5b、コンデンサ5cからなるアナログフィルタで構成される。

アナログ信号入力回路1eの出力は、後段のA/D変換回路部1fに印加される。具体的には、アナログ信号入力回路1e内のアナログフィルタ出力は、サンプルホールドアンプ回路5e（S/H）に入力され、サンプルホールドアンプ回路5e で、アナログ信号を、A/D制御回路5iからのサンプリング指令信号によりサンプリングする。このサンプリング指令信号は、外部からの同期信号100dに基き、サンプリング時点を同時刻とするためのものである。

サンプルホールドアンプ回路5eでサンプル/ホールドされた信号は、逐次比較回路5g（SAR）に印加される。逐次比較回路5gでは、A/D制御部5iからの制御信号にあわせ、入力信号を基準電圧源5f（REF）と逐次に比較する。その結果が、A/D変換コードになり、出力ドライバ5j (OUTPUT DRV)に出力され、外部に対して変換コードが出力されるように動作する。なお、当然ながら、本回路にはクロック発信手段がないとシーケンシャルに動作できないため、クロック発信手段5h（CLK）を備えてなるものである。

本発明の電流差動保護継電装置では、同期サンプリングのために上記した動作を所定の周期で繰り返し実行するものである。

図6は、図5に示したアナログ信号のディジタル信号への変換動作例のタイミング例を示すものである。図6を用いて以下動作を説明する。アナログ信号6aはサンプルホールドアンプ回路5eにて6bに示すS/H波形に変換され、この波形をホールドしている期間にA/D変換するように動作する。

100dはA/D変換指令同期信号(CONVERT)であり、この信号が“L”になるタイミングでA/D変換動作を開始する。A/D変換中は、6cに示すステータスで状態表示し、“L”になることで変換中を意味する“Busy状態”であることを外部（例えばマイクロコントローラなど）に知らせる機能を有する。

6dは内部の動作状態を示すものであり、A/D変換指令同期信号100dにより、変換タイミング同期合せられて、A/D変換される様子を示している。

6eはA/D変換器の出力レジスタへのタイミング例を示すものであり、上記6cのタイミングで変換中を示す“Busy状態”がLからHに戻るタイミングで変換データを確定させるように動作する。

ここで重要なことは、外部からの同期信号により、A/D変換指令同期100dの開始時点を合せることで、この同期信号が印加されているA/D変換手段全てが同時刻にA/D変換できるということである。

次に、図2のデータ選択手段1jの上記した選択信号について説明する。この信号により、伝送制御部101の信号を有効とするか、LAN通信手段1kの信号を有効とするか決定されるが、この切替を下記の状況にて実施するものとする。

第1のケースは、静的な切替を行なうものであり、現状は伝送制御部101を選択し、将来、通信インフラがIPネットワークに統一されることによりデータ入出力のルートを変更せざるを得ないときに、LAN通信手段1kをその変更時に選択するケース（通信インフラのマイグレーション時の対応）である。

第2のケースは、動的な切替を行なうものであり、伝送制御部101とLAN通信手段1k双方を常に動作させておき、それぞれのネットワークに障害が生じた場合、健全側にネットワークを切替えるように運用するケースである。このケースは、従来の伝送制御を適用する通信ルートが通信切替のための、調査や工事の際に、伝送路が不安定になることで保護機能を損なわないために実施するものであり、LAN通信手段1kが接続されるネットワークが構築されていることが前提である。

なお、通信インフラ切替過渡期の対応についても考慮しておく必要がある。切替が発生した際には、切替時の過渡的な応答が悪影響しないように、所定の時間は保護継電装置ロックとする仕組みを入れておくことで、アプリケーションからはどちらのネットワークを選定しているかは意識しなくとも運用を可能とさせるなどの仕組みを有する。このことで、通信インフラのマイグレーション（システム又はデータの移行）対応が可能となり、装置停止期間を極小化することができ、電力の安定供給に寄与することが可能である。

図7は、上記したA/D変換器に対する外部からの同期信号100dを生成するための回路例を示す。図7では、図1に示した伝送制御部101からの同期信号100aとLAN通信手段1kからの同期信号100bを切替える回路例を示す。

まず、同期信号100a、100bの立上りエッジをそれぞれ個別の検出回路7aで検出し、タイミングパルス生成回路7bにて、パルス信号を生成し、多重化回路7c（MUX）に該パルス信号を印加する。多重化回路7cは、同期信号100aまたは100bに同期したパルス信号を、選択信号70a（SELECT）にてどちらかを選択して出力信号70bを生成し、カウンタ7d、7eのクリア端子に印加する。

カウンタ7d、7eは発信器7f（CLK）のクロック信号に基きカウントアップ動作するが、上記したカウンタクリア信号70bでカウント値を０にクリアして、再度カウント動作を始めるように動作する。このカウンタ7d、7eの出力信号を組合せ回路7g（COMB）に印加して、A/D変換指令信号（CONVERT）100dを生成する。

ここで重要なことは、A/D変換指令同期信号（CONVERT）100dは、外部同期信号100aまたは100bの立上りエッジにて同期合せするように動作するということである。即ち、外部同期信号に従属してA/D変換開始のタイミングを合せるように動作するということである。

図8はA/D変換指令同期信号100d（CONVERT）のタイミングにより、A/D変換時点が制御される様子を示した例である。図8において、例えば、補正なしのケースに対し、ΔT1だけ進み補正すると、A/D変換”0”のタイミングはΔT1だけ進むことになり、以降、ΔT1だけ進んだタイミングでA/D変換されることになる。

一方、ΔT2だけ遅れ補正すると、A/D変換”0”のタイミングはΔT2だけ遅れて変換されるため、たとえば、図示したように、“0”のタイミングが2回発生するケースも出てくる。この時は、直前の“0”のタイミングで変換されたデータは、後から変換されるタイミングで上書きされる。以降、ΔT2だけ遅れたタイミングでA/D変換されることになる。

このようにすることで、外部の同期合せ信号に従属してA/D変換タイミングを制御することができ、このことが各端での同期合せをする上で重要となる制御である。具体的には、各端の発信器7fの周波数はばらついているため、上記の制御がされないと、時間が経過するごとにA/D変換時刻に相異が生ずるが、この制御を有効にすることで、各端のアナログ信号のA/D変換タイミングの同期を合せることが可能となる。

図9は、上記したようなサンプリング同期することを前提に構築する電流差動保護継電装置の動作特性例を示す。縦軸のIdは動作量、横軸のΣIは抑制量をそれぞれ示すものであり、特性自体は、これまでのPCM電流差動保護継電装置の保護方式と変るものはないので、ここでは詳細な説明は省略することとする。

以下、本発明の標準化構成とされた保護継電装置を適用する各種のシステム構成について詳細に説明する。まず、図10は、本発明の保護継電装置を、電流差動保護継電装置の一例であるPCM電流差動保護継電装置に適用した場合を図示している。但し、従来の専用回線は存在するが、最新のLAN通信手段のネットワークが存在しないケースでのシステム構成例を示す。電流差動演算は既存の伝送制御部の通信ルート（例えば、1.5Mbps伝送、54kbps伝送などのサイクリックデータ伝送する通信ルート）を適用する。この例は既存の通信インフラのみを使用する構成例である。図10内の各部の動作説明については、先に述べた内容と同一であるため、ここでは省略する。

図11は、図10は相反の関係の構成例を示すものであり、この図では、LAN通信手段のネットワークのみが存在し、既存のネットワークが存在しないケースの構成例を示す。このLANネットワークは、光直結状態をしめすものであり、例えば、未使用の光ファイバを適用することでもシステム構築が可能である。

既存の伝送制御部はこの構成では不要であるため、ハードウエアとしても存在しなくとも構成が可能であり、安価にネットワーク構成が可能であることはいうまでもないことであり、また、大幅に経済性を高めることも可能である。なお、各部の説明については、先に述べた内容と同一であるため、詳細な説明は省略する。

図12は、図11よりさらに進んで、光直結のルートがなくとも、IP網のリアルタイム性能（時間遅れが保証される状態）を有することで、11aのIP通信手段と11bのIP網を適用した構成例を示すものである。

以上説明したように、本発明の保護継電装置は、既存の通信ネットワーク対応手段に接続可能とされており、かつ今後、将来展開が予想されるサンプリング同期機能を有したIP網対応のネットワーク対応手段を最初から内蔵する。また、双方のどちらを使うかの設定手段、または、自動的に通信手段を切替える選択手段を備える。

このため、ネットワークインフラが将来にわたり進展、すなわち、マイグレーションしても、保護継電装置を停止することなく、運用を続けることができる。また、各種原理の保護継電システムへの展開が容易である。伝送路の切替えに伴う保護継電装置の停止期間を極小化することができ、電力の安定供給に貢献できる。通信装置側で主導的に実施される設備更新においても、従来の制約を受けることなく、通信インフラの進展（マイグレーション）に対応することができる。

なお、本発明装置においては、さらに以下のようにするのがよい。予め既存ネットワークとIP網対応のネットワーク対応手段を備えておき、常時、双方の通信手段を動作させておき、設定、または、自動的に通信手段のデータ選択を切替える。すなわち、双方の送受信データバッファを備え、該バッファの信号を切替えるように動作させる。また、切替えた際の信号の不要な過渡応答を吸収し、不要な動作がないようにするため、切替後、保護継電装置ロックする保護機能を内蔵させる。さらに、保護アプリケーションは、伝送路選択、及び切替設定の動作を意識することなく選択された送受信バッファからデータ選択するように動作させる。

このような構成のメリットとしては、現状の電力用のネットワークインフラの、維持・メンテナンスが困難な状況になった場合でも、通信インフラのネットワークマイグレーションに対応することで、保護機能・サービスを停止させることなく、電力の安定供給を維持できるところにメリットがある。さらに、将来の主流技術に統一化することで、設備導入コストや運用コストを削減できる可能性がある。

1a…保護対象の送電線
1b…しゃ断器
1c…変流器
1d…変成器
1e…アナログ入力手段
1f…アナログ/ディジタル変換手段
1g…演算手段
1h…出力手段（DO手段）
1i…タイミング制御手段
1j…同期信号選択手段
1k…LAN通信手段
1l…送信手段
1m…受信手段
1n…双方向アクセス可能なメモリ手段
1o…伝送制御手段
1p…伝送制御ボードの送信手段
1q…伝送制御ボードの受信手段
1r…サンプリング同期制御手段
1s…多重化装置
100…ディジタルプロセッシングボード
101…伝送制御ボード
100a…サンプリング同期信号（伝送制御ボード）
100b…サンプリング同期信号（ディジタルシグナルプロセッシングボード）
100c…サンプリング同期信号
100d…A/D変換指令信号
100e…A端子よりB端子へ送信する送信信号(B端子の受信信号)
100f…A端子よりB端子へ送信する送信信号(A端子の受信信号)
100g…LAN経由したA端子よりB端子への送信信号(B端子の受信信号)
100h…LAN経由したB端子よりA端子への送信信号(A端子の受信信号)
100i…電流信号
100j…電圧信号
100k…遮断器に対する遮断信号
2a…保護アプリケーション手段
2b…送受信データバッファ手段
2c…データコピー手段
2e…伝送制御内の送受信データバッファ手段
2f…サイクリックデータ転送手段
2h…LAN通信手段内送受信データバッファ手段
4a…伝送制御における従局から主局に対する送信信号
4b…伝送制御における主局から従局に対する送信信号
4c…LAN通信手段における主局から従局への同期開始信号
4d…LAN通信手段における主局から従局へのフォローアップ信号
4e…LAN通信手段における従局から主局への遅延情報送信依頼信号
4f…LAN通信手段における従局から主局への遅延情報応答信号
5a…入力変換器
5b…抵抗
5c…コンデンサ
5d…演算増幅器（OPアンプ）
5e…サンプルホールドアンプ
5f…A/D変換用基準信号源
5g…逐次比較回路
5h…A/D変換器用CLK発生器
5i…A/D制御回路
5j…出力ドライバ回路
6a…アナログ入力信号波形例
6b…サンプルホールド波形例
6c…A/D変換動作ステータス信号例
6d…A/D変換動作例
6e…A/D変換器出力データ例
7a…エッジ検出回路
7b…パルス生成回路
7c…選択回路、
7d、7e…同期カウンタ
7g…組合せ回路
7f…CLK発生回路、
70a…選択信号
70b…カウンタクリア信号、
7h、7j、7l…カウンタクリア信号例
7i、7k、7m…A/D変換データ出力例
11a…IP網対応通信手段
11b…IP通信網

Claims (5)

1. 送電線の電流を入力してディジタル量に変換する入力部と、該入力部におけるサンプリングタイミングを決定するタイミング制御部と、前記入力部からのディジタル量を用いて保護演算を行う演算部と、該演算部の演算結果に応じて前記送電線に設けられた遮断器の制御信号を与える出力部と、前記入力部のディジタル量を、サイクリックにパケット転送することでデータ送信し、サイクリックにパケット転送されてきたデータを受信して前記演算部に与える内部の通信部と、内部の通信部におけるサンプリング同期制御のための第1のサンプリングパルスと、外部の通信部からのサンプリング同期制御のための第2のサンプリングパルスを入力し、いずれかのサンプリングパルスを選択して前記タイミング制御部に与える選択部を備え、
   前記外部の通信部は、専用回線通信網で前記入力部のディジタル量をサイクリックにデータ送受信し、相手端とのサンプリング同期タイミング合せを行う通信部であり、前記内部の通信部はインターネットプロトコル通信網でサイクリックにパケット転送することでデータ送受信し、相手端とのサンプリング同期タイミング合せを行うLAN通信部とされることを特徴とする保護継電装置。
2. 送電線の電流を入力してディジタル量に変換する入力部と、該入力部におけるサンプリングタイミングを決定するタイミング制御部と、前記入力部からのディジタル量を用いて保護演算を行う演算部と、該演算部の演算結果に応じて前記送電線に設けられた遮断器の制御信号を与える出力部と、前記入力部のディジタル量を、サイクリックにパケット転送することでデータ送信し、サイクリックにパケット転送されてきたデータを受信して前記演算部に与える内部の通信部と、該内部の通信部におけるサンプリング同期制御のための第1のサンプリングパルスと、前記外部の通信部からのサンプリング同期制御のための第2のサンプリングパルスを入力し、いずれかのサンプリングパルスを選択して前記タイミング制御部に与える選択部から構成される保護継電装置を前記送電線の各端子に備え、前記演算部では、各端子で検出した電流の差を求めるとともに、
   前記外部の通信部は、専用回線通信網で前記入力部のディジタル量をサイクリックにデータ送受信し、相手端とのサンプリング同期タイミング合せを行う通信部であり、内部の通信部はインターネットプロトコル通信網でサイクリックにパケット転送することでデータ送受信し、相手端とのサンプリング同期タイミング合せを行うLAN通信部とされることを特徴とする電流差動保護継電装置。
3. 請求項２記載の電流差動保護継電装置において、
   前記保護継電装置の内部の通信部と、外部の通信部のいずれか一方、または双方を用いて信号伝送を行なうことを特徴とする電流差動保護継電装置。
4. 請求項３記載の電流差動保護継電装置において、
   保護継電装置の内部の通信部と、外部の通信部の双方を用いて信号伝送を行なうとともに、内部の通信部と、外部の通信部の切替のときに、前記出力部が前記送電線に設けられた遮断器の制御信号を与えることを阻止することを特徴とする電流差動保護継電装置。
5. 請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の電流差動保護継電装置において、
   前記内部の通信部は、サンプリング同期制御用の遅延時間、オフセット時間を求めるための遅延時間計測パケットを送受信することで、サンプリングタイミングの同期誤差を計測し、サンプリング同期制御する機能を有することを特徴とする電流差動保護継電装置。

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