JP5464964B2 - Ｐｃｍ電流差動リレー - Google Patents

Description

本発明は、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）の時刻信号を利用してサンプリング同期処理を行うＰＣＭ電流差動リレーに関する。

ＧＰＳ時刻信号を利用するＰＣＭ電流差動リレーでは、ＧＰＳ受信機からの時刻同期パルスとサンプリングパルス発生手段が出力するサンプリングパルスとの時間差（タイミング差）を測定し、その時間差に基づいてサンプリングパルスを補正することでサンプリング同期をとることが行われる。

例えば、下記特許文献１に示されるＰＣＭ電流差動リレー（同文献では「ディジタル保護継電装置」として開示）では、ＧＰＳ受信信号が途絶えた場合には、差電流を零にするか、ＧＰＳ信号が途絶える前の差電流に近づけるか、あるいは、ＧＰＳ信号が正常である期間に測定した伝送遅延時間を元にサンプリングパルスを補正するなどして、サンプリング同期を確保するようにしている。

特開２００２−１８６１６６号公報

上記特許文献１では、ＧＰＳ受信信号が正常な場合、マスタ側とスレーブ側のそれぞれが、ＧＰＳ受信機からのパルス信号にサンプリング周波数を同期するように、サンプリングパルスを補正し、両端のＧＰＳ時刻同期信号が異常になる（例えば受信不良などの影響で正しく受信できなくなる）と、ＧＰＳ受信信号が正常であった期間に測定した伝送遅延時間を元に、スレーブ側のサンプリングパルスをマスタ側のサンプリングパルスに追従するように補正して、サンプリング同期を確保している。

しかしながら、ＧＰＳ受信信号が異常の場合、サンプリングパルスは、内蔵しているＣＰＵのクロック（以下「内蔵クロック」と称する）を元に生成されるため、本来受信すべきＧＰＳ同期信号とサンプリングパルスとの同期は、内蔵クロックの精度に応じてずれていく。一方、ＰＣＭ電流差動リレーにおけるＰＣＭ通信では、国際規格（ＩＴＵ−Ｔ Ｇ．７０３）で定められている信号形式に従う必要がある。例えば６４ｋｂｐｓのＰＣＭ通信ではマンチェスター形式のＣＭＩ符号が義務づけられており、このＣＭＩ符号では、１のパルス幅が約３．９μｓである。したがって、６４ｋｂｐｓのＰＣＭ通信を行うＰＣＭ電流差動リレーでは、このＣＭＩ符号のパルスに影響を与えない範囲でしかサンプリングパルスを制御することができず、制御量としては高々数百ｎｓのオーダーである。このため、従来のＰＣＭ電流差動リレーでは、ＧＰＳ時刻同期信号が異常状態から正常に戻った場合、再び同期するまでに時間がかかるという課題があった。

また、ＰＣＭ電流差動リレーは、送電線の保護区間の両端である物理的に離れた（例えば、５０ｋｍ〜３００ｋｍ）地点に設置されるため、片端のＧＰＳが受信不良になる場合がある。さらに、近隣に設置され場合であって、同時に両端のＧＰＳに受信不良が発生するような場合でも、ＧＰＳ受信機における自走機能の設定により、ＧＰＳ時刻同期信号が停止するまでの間に時間差が生ずる場合がある。さらには、ＧＰＳ受信機の故障により、片端のみＧＰＳ時刻同期信号が異常になる場合がある。

これらの異常状態の場合、ＰＣＭ電流差動リレーにおけるマスタおよびスレーブの設定は、所定の整定に従うため、スレーブ側のＧＰＳが不良になった場合は、マスタ側はＧＰＳ受信機からのパルス信号にサンプリング周波数を同期し、ＧＰＳ信号が正常であった期間に測定した伝送遅延時間を元に、スレーブ側のサンプリングパルスをマスタ側のサンプリングパルスに追従するよう補正することにより同期を確保する。

しかしながら、マスタ側のＧＰＳが不良になった場合は、マスタ側は内蔵クロックでサンプリングパルスを生成し、スレーブ側はＧＰＳ信号が正常であった期間に測定した伝送遅延時間を元に、スレーブ側のサンプリングパルスをマスタ側のサンプリングパルスに追従するよう補正することにより同期を確保するので、受信すべき本来のＧＰＳ同期信号とマスタ側のサンプリングパルスの同期は、マスタ側の内蔵クロックの精度に応じてずれて行くのと共に、受信すべきＧＰＳ同期信号とスレーブ側のサンプリングパルスの同期は、マスタ側の内蔵クロックおよびスレーブ側の内蔵クロックの精度に応じてずれて行くことになる。このため、ＧＰＳ時刻同期信号が異常状態から正常に戻った場合、受信すべきＧＰＳ同期信号とサンプリングパルスのずれが大きくなり（特に、スレーブ側のずれが大きくなる）、再び同期するまでの時間がかかるのと共に、同期するまでの間、リレーをロックする必要があるため、無保護時間が長く生じるというという課題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、何れか一方のＧＰＳ受信信号が異常から正常に戻った場合でも、ＧＰＳ同期信号とサンプリングパルスとの間の同期を迅速に確保し、無保護時間を短くすることができるＰＣＭ電流差動リレーを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかるＰＣＭ電流差動リレーは、送電線の保護区間の両端に設置され、各端の電流をＧＰＳ信号に同期するタイミングでサンプリングすることによって得られる電流データをＰＣＭ信号に載せて相互に伝送しあうＰＣＭ電流差動リレーにおいて、前記ＧＰＳ信号の何れか一方の受信状態が異常になった場合、正常側のＰＣＭ電流差動リレーは、自端のＧＰＳ信号に自端のサンプリングタイムを同期させ、異常側のＰＣＭ電流差動リレーは、前記正常側のＰＣＭ電流差動リレーから通知された各リレー間の伝送遅延時間に基づいて、自端のサンプリングタイムを前記正常側のＰＣＭ電流差動リレーのサンプリングタイミングに同期させることを特徴とする。

本発明にかかるＰＣＭ電流差動リレーによれば、何れか一方のＧＰＳ信号が異常から正常に戻った場合でも、ＧＰＳ同期信号とサンプリングパルスとの間の同期を迅速に確保し、無保護時間を短くすることができるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態にかかるＰＣＭ電流差動リレーの構成を示す図である。 図２は、ＧＰＳ信号の受信状態に応ずるサンプリング同期制御の推移を示すタイミングチャートである。 図３は、ＧＰＳ信号の受信状態に応ずる動作モードの遷移を示すフローチャートである。

以下に添付図面を参照し、本発明の実施の形態にかかるＰＣＭ電流差動リレーについて説明する。なお、以下に示す実施の形態により本発明が限定されるものではない。

＜実施の形態＞
図１は、本発明の実施の形態にかかるＰＣＭ電流差動リレーの構成を示す図である。図１において、送電線１の保護区間の両端には、２基のＰＣＭ電流差動リレー３ａ，３ｂがそれぞれ設置され、送電線１に接続されている。ＰＣＭ電流差動リレー３ａ，３ｂには、それぞれＰＣＭ伝送装置４ａ，４ｂが接続され、これらＰＣＭ伝送装置４ａ，４ｂの間には、通信回線７が敷設されている。また、ＰＣＭ電流差動リレー３ａは、送電線１の一端側に設置された変流器（以下「ＣＴ」と略記）２ａおよび遮断器６ａに接続され、ＰＣＭ電流差動リレー３ｂは、送電線１の他端側に設置されたＣＴ２ｂおよび遮断器６ｂに接続されている。さらに、ＰＣＭ電流差動リレー３ａにはＧＰＳ装置５ａが接続され、ＰＣＭ電流差動リレー３ｂにはＧＰＳ装置５ｂが接続されている。

各ＰＣＭ電流差動リレーの機能構成については、ＰＣＭ電流差動リレー３ａ，３ｂ共に同一である。ここでは、ＰＣＭ電流差動リレー３ａを例にとり説明すると、ＰＣＭ電流差動リレー３ａは、ＡＤ変換部１１ａ、演算部１２ａ、出力部１３ａ、伝送部１４ａ、伝送遅延時間検出部１５ａ、クロック発生器１６ａ、サンプリングパルス発生部１７ａ、同期部１８ａおよび、ＧＰＳ信号受信部１９ａを備えて構成されている。

つぎに、本実施の形態にかかるＰＣＭ電流差動リレーの動作について、図１を参照して説明する。なお、説明の便宜上、ＰＣＭ電流差動リレー３ａを「リレーＡ」とし、ＰＣＭ電流差動リレー３ｂを「リレーＢ」とする。また、本実施の形態では、初期状態の動作モードとして、「リレーＡ」がマスタとして整定され、「リレーＢ」がスレーブとして整定されているものとする。

まず、リレーＡは、ＣＴ２ａから送電線１に流れる電流を取り込む。リレーＡに取り込まれたＣＴ２ａの出力電流は、ＡＤ変換部１１ａによりディジタルデータに変換され、伝送部１４によりＰＣＭ伝送装置４ａとインターフェースされ、他端（相手端）に設置されたリレーＢに送信される。

一方、リレーＢに取り込まれる電流は、ＰＣＭ伝送装置４ａを介し、リレーＡ内の伝送部１４ａにより演算部１２ａに取り込まれる。取り込まれた電流データは、演算部１２ａにて自端の電流データと比較演算され、閾値を超えると出力部１３ａより動作信号が出力され、遮断機６ａが動作する。

ここで、ＧＰＳ信号の受信状態が正常な場合、ＧＰＳ装置５ａからのＧＰＳ信号を受信したＧＰＳ受信部１９ａは、ＧＰＳ時刻同期パルスＳ１ａを生成して同期部１８ａに入力する。同期部１８ａは、クロック発生器１６ａの出力をＧＰＳ時刻同期パルスＳ１ａに同期させ、サンプリングパルス発生部１７ａを制御してサンプリングパルスＳ２ａを生成する。

このようにして、ＧＰＳ時刻同期パルスＳ１ａに同期したサンプリングパルスＳ２ａでＡＤ変換部１１ａのサンプリングタイミングの制御が行われ、ＧＰＳ時刻同期パルスＳ１ａを使用したサンプリング同期制御が実現される。なお、リレーＢも同様であり、ＧＰＳ時刻同期パルスＳ１ｂを使用したサンプリング同期制御が実現される。

ここで、上記の動作説明から明らかなように、ＧＰＳ信号の受信状態が正常な場合、リレーＡおよびリレーＢ共に、自己の動作モードに依らない動作となる。一方、何れか一方の端におけるＧＰＳ信号の受信状態が異常になった場合には、双方の動作は異なってくる。

詳細は後述するが、例えば、リレーＡのＧＰＳ信号の受信状態が異常になると、リレーＡの動作モードはスレーブに切り替わり、リレーＢの動作モードはマスタに切り替わる。このとき、マスタからスレーブに切り替わったリレーＡの同期部１８ａは、ＧＰＳ信号の受信状態が正常であった期間に伝送遅延時間検出部１５ａにて測定した伝送遅延時間Ｓ３ａを使用して、クロック発生器１６ａの出力を相手端のサンプリングパルスＳ２ｂに同期させる。この処理により、サンプリングパルス発生部１７ａの出力であるサンプリングパルスＳ２ａは、相手端のサンプリングパルスＳ２ｂ（ＧＰＳ時刻同期パルスＳ１ｂに同期している）に同期することになる。

つぎに、ＧＰＳ信号の受信状態に応ずるサンプリング同期制御の推移について説明する。図２は、ＧＰＳ信号の受信状態に応ずるサンプリング同期制御の推移を示すタイミングチャートであり、詳細には、マスタ側におけるＧＰＳ信号の受信状態が正常から異常になり、さらに正常に戻った場合を一例として示している。

図２において、リレーＡのＧＰＳ信号の受信状態が正常の場合、同期部１８ａは、クロック発生器１６ａの出力をＧＰＳ受信部１９ａから出力されるＧＰＳ時刻同期パルスＳ１ａに同期させる制御を行う。この処理により、サンプリングパルス発生部１７ａから出力されるサンプリングパルスＳ２ａは、ＧＰＳ時刻同期パルスＳ１ａに同期する。

つぎに、マスタ側におけるＧＰＳ信号の受信が異常になると、リレーＡは、ＧＰＳ信号の受信状態が正常であるリレーＢのサンプリングタイミングに同期するため、自身の動作モードをマスタからスレーブに切り替える。また、リレーＢは、リレーＡがスレーブに切り替わったため、自身の動作モードをスレーブからマスタに切り替える。

リレーＡの同期部１８ａは、ＧＰＳ信号が正常であった期間に伝送遅延時間検出部１５ａにて測定した伝送遅延時間を使用して、クロック発生器１６ａの出力を相手端のサンプリングパルスＳ２ｂに同期させる。この処理により、サンプリングパルス発生部１７ａの出力であるサンプリングパルスＳ２ａは、相手端のサンプリングパルスＳ２ｂに同期する。なお、相手端のサンプリングパルスＳ２ｂは、ＧＰＳ時刻同期パルスＳ１ｂに同期しているので、サンプリングパルスＳ２ａは、ＧＰＳ時刻同期パルスＳ１ｂに同期することになる。

その後、ＧＰＳ信号の受信状態が正常に戻ると、再び、リレーＡの動作モードはマスタに切り替わり、リレーＢの動作モードはスレーブに切り替わる。リレーＡの同期部１８ａは、再び、クロック発生器１６ａの出力をＧＰＳ時刻同期パルスＳ１ａに同期させる制御を行う。ここで、サンプリングパルスＳ２ａは、ＧＰＳ信号の受信状態が異常中の場合も、受信状態が正常な相手端のＧＰＳ信号との同期が保持されていたので、ＧＰＳ信号の受信状態が異常から正常に復帰した場合でも、サンプリングパルスＳ２ａが、ＧＰＳ時刻同期パルスＳ１ａに対して同期が外れることを防止することができる。

なお、図２の例では、マスタであったリレーＡにおいて、ＧＰＳ信号の受信状態が一旦異常になって動作モードがスレーブに切り替わった後、ＧＰＳ信号の受信状態が正常に復帰した場合に、リレーＡの動作モードをマスタに切り替えるようにしているが、リレーＢにおけるＧＰＳ信号の受信状態が正常であれば、リレーＡの動作モードをスレーブのままに維持しておくことも可能である。

図３は、ＧＰＳ信号の受信状態に応ずる動作モードの遷移を示すフローチャートである。なお、このフローチャートは、リレーＡおよびリレーＢの何れにも適用可能なものである。

図３において、まず、ステップＳ１０１では、自端のＧＰＳ受信状態が正常であるか否かを判定する。自端のＧＰＳ受信状態が正常である場合（ステップＳ１０１，Ｙｅｓ）、ステップＳ１０２に移行し、自端のＧＰＳ受信状態が異常である場合（ステップＳ１０１，Ｎｏ）、ステップＳ１０３に移行する。ステップＳ１０２では、相手端のＧＰＳ受信状態が正常であるか否かを判定する。なお、相手端の情報は、ＰＣＭ伝送装置４ａ，４ｂを介して受領することができる。

ステップＳ１０２において、相手端のＧＰＳ受信状態が異常である場合（ステップＳ１０２，Ｎｏ）、自端の動作モードをマスタに設定する（ステップＳ１０５）。なお、自端の動作モードがマスタであれば、当該動作モード（マスタ）を維持する。一方、相手端のＧＰＳ受信状態が正常である場合（ステップＳ１０２，Ｙｅｓ）、ステップＳ１０４に移行する。

また、ステップＳ１０３では、ステップＳ１０２と同様に、相手端のＧＰＳ受信状態が正常であるか否かを判定する。ここで、相手端のＧＰＳ受信状態が正常である場合（ステップＳ１０３，Ｙｅｓ）、自端の動作モードをスレーブに設定する（ステップＳ１０６）。なお、自端の現在の動作モードがスレーブであれば、当該動作モード（スレーブ）を維持する。一方、相手端のＧＰＳ受信状態が異常である場合（ステップＳ１０３，Ｎｏ）、ステップＳ１０４に移行する。

ステップＳ１０４では、整定値の内容を確認し、整定値がマスタへの移行を指示していれば（ステップＳ１０４，Ｙｅｓ）、動作モードをマスタに設定し（ステップＳ１０５）、整定値がスレーブへの移行を指示していれば（ステップＳ１０４，Ｎｏ）、動作モードをスレーブに設定する（ステップＳ１０６）。

以上説明したように、本実施の形態のＰＣＭ電流差動リレーによれば、ＧＰＳ受信状態が正常であるか否かによって、動作モードのマスタ、スレーブを切り替える制御を行うので、マスタ側またはスレーブ側の何れかのＧＰＳ受信状態が異常になった場合でも、マスタ側のＧＰＳ時刻同期パルスとサンプリングパルスとの同期を確保することが可能となる。

また、本実施の形態のＰＣＭ電流差動リレーによれば、マスタ側のＧＰＳ受信状態が異常のときに、ＧＰＳ時刻同期パルスとサンプリングパルスとの同期が維持されるので、マスタ側のＧＰＳ受信状態が異常から正常に復帰した場合であっても、マスタ側のＧＰＳ時刻同期パルスとサンプリングパルスとの同期処理を迅速に行うことが可能となる。

また、本実施の形態のＰＣＭ電流差動リレーによれば、ＧＰＳ信号の何れか一方の受信状態が異常になった場合、正常側のＰＣＭ電流差動リレーは、自端のＧＰＳ信号にサンプリングタイムを同期させ、異常側のＰＣＭ電流差動リレーは、正常側のＰＣＭ電流差動リレーから通知されたＰＣＭ電流差動リレー間の伝送遅延時間に基づいて、自端のサンプリングタイムを正常側のＰＣＭ電流差動リレーのサンプリングタイミングに同期させる処理を行うので、何れか一方のＧＰＳ受信信号が異常から正常に戻った場合でも、ＧＰＳ同期信号とサンプリングパルスとの間の同期が迅速に確保され、無保護時間の短縮化が可能となる。

以上のように、本発明にかかるＰＣＭ電流差動リレーは、ＧＰＳ同期信号とサンプリングパルスとの間の同期を迅速に確保し、無保護時間を短くすることができる発明として有用である。

１ 送電線
３ａ，３ｂ 電流差動リレー
４ａ，４ｂ ＰＣＭ伝送装置
５ａ，５ｂ ＧＰＳ装置
６ａ，６ｂ 遮断器
７ 通信回線
１１ａ，１１ｂ ＡＤ変換部
１２ａ，１２ｂ 演算部
１３ａ，１３ｂ 出力部
１４ａ，１４ｂ 伝送部
１５ａ，１５ｂ 伝送遅延時間検出部
１６ａ，１６ｂ クロック発生器
１７ａ，１７ｂ サンプリングパルス発生部
１８ａ，１８ｂ 同期部
１９ａ，１９ｂ ＧＰＳ信号受信部

Claims (2)

1. 送電線の保護区間の両端に設置され、クロック発生器の出力をＧＰＳ信号に同期させ、当該ＧＰＳ信号に同期するクロックのタイミングで各端の電流をサンプリングすることによって得られる電流データをＰＣＭ信号に載せて相互に伝送しあうＰＣＭ電流差動リレーにおいて、
   前記ＰＣＭ電流差動リレーは、サンプリング同期の基準を何れの端のＰＣＭ電流差動リレーとするかによって、マスタおよびスレーブからなる各端のＰＣＭ電流差動リレーの動作モードが設定可能に構成され、
   前記ＧＰＳ信号の受信状態に応じて、前記動作モードのマスタおよびスレーブを切り替え、何れかの端における前記ＧＰＳ信号の受信状態が異常になった場合、
   正常側のＰＣＭ電流差動リレーの動作モードはマスタに設定されると共に、異常側のＰＣＭ電流差動リレーの動作モードはスレーブに設定され、
   マスタ側のＰＣＭ電流差動リレーは、自端のＧＰＳ信号に自端のサンプリングタイムを同期させ、
   スレーブ側のＰＣＭ電流差動リレーは、前記マスタ側から通知された各リレー間の伝送遅延時間に基づいて、自端のサンプリングタイムをマスタ側のサンプリングタイミングに同期させる
   ことを特徴とするＰＣＭ電流差動リレー。
2. 一方の端における前記ＧＰＳ信号の受信状態が異常になり、その後正常状態に復帰した場合、前記ＧＰＳ信号の受信状態が異常である間、他方の端における前記ＧＰＳ信号の受信状態が正常であるときには、マスタに設定されている前記他方の端のＰＣＭ電流差動リレーの動作モードを維持することを特徴とする請求項１に記載のＰＣＭ電流差動リレー。

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