JP5519424B2 - 変電所監視制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、変電所監視制御装置に係り、特にこれを汎用計算機で構成する場合に計算機が故障したことを想定した変電所監視制御装置に関する。

発電所から各需要家に至る電力系統の各所に変電所が設置されている。これらの変電所の多くは、電圧階級にもよるが多くの場合に無人の設備であり、この運用は遠方の有人の制御所等から行っている。

具体的には、各変電所と制御所の間に通信手段を備えており、各変電所から制御所に対して変電所内各種設備の状況（例えば、変電所内の各種遮断器、開閉器の開閉状態、あるいは回線ごとの電力量等）を送る。有人の制御所側ではこれらの情報から現在の電力系統全体の状況を把握し、電力融通や機器管理といった必要性に応じて変電所内各種設備の操作（例えば変電所内の各種遮断器、開閉器の開閉操作）を遠方制御により実施する。

このように電力系統の中に位置づけられる変電所の操作は、電力系統全体を見渡すことができる制御所から行うのが理にかなっている。これに対し、変電所内機器の定期点検、通信手段の故障あるいは設備増設時の試験などの場面では、作業員が変電所構内に立入るので、変電所内で各種機器を直接操作できる手段を備えることが望ましい。

このための設備が変電所集中監視制御卓であり、画面上に当該変電所の電力系統構成を表示し、機器操作手段により適宜電力機器を選択しかつその開閉操作指示を出すことができるように構成されている。

上記のように構成される変電所あるいは制御所との関係を示すものとして、特許文献１が知られている。

特開2002-291076号公報

変電所構内に設備される上記の変電所集中監視制御卓は２つの画面を有しており、第一の画面には当該変電所内の電力系統構成を全体画面表示している。第二の画面には、当該変電所内の電力系統構成を部分表示（全体の一部を切取り拡大表示）しており、作業員は部分画面と全体画面を見比べながら、第二の画面に向かって機器の選択、操作作業を行う。

この変電所集中監視制御卓は多くの場合に作業員立入りの場面でのみ使用され、多くの変電所は無人のために通常は停止していて使用されない。この装置は、変電所構内装置全体から見ると監視制御用のユーザインタフエイスに掛かる部分である。

これらのことから、最近では安価でありながら、ユーザインタフエイス性及びコストパフオーマンスの優れている汎用計算機のハードウエア及び汎用OSを用いて、変電所集中監視制御卓を構成することが多い。

しかしながら、汎用計算機を使用することによる問題点もある。例えば汎用計算機は技術進歩が早く、市場流通期間が短いことから数年後の発生が予想される汎用計算機の故障時に同一品を調達できない。また、故障品が修理できない、もしくは修理可能の場合でも長期間を要することも多い。この対策として予備品を持てばよいが、元来が通常使用するものではないこともあり、設備投資を割愛したいとの要望がある。

以上のことから、本発明においては汎用計算機で構成される変電所集中監視制御卓を備えた変電所監視制御装置において、汎用計算機が故障したときにも対応できる変電所監視制御装置を提供することを目的とする。

本発明の変電所監視制御装置は、
遠方の中央装置と信号の授受を行う通信装置と、第一の回線を経由して通信装置と接続された中継装置と、変電所の電力機器ごとに設けられ中継装置に接続された複数の制御端末と、第二の回線を経由して中継装置と接続された変電所集中監視制御卓とから構成され複数の制御端末は遠方の中央装置と変電所集中監視制御卓からの信号により操作され、電力系統の情報を遠方の中央装置と変電所集中監視制御卓に送出するものであり、
変電所集中監視制御卓は、それぞれがモニタを有する２つの汎用計算機と周辺機器とを備えており、
２つの汎用計算機は、第1、第2、第3の入出力端子を備えており、
第1の汎用計算機は、第1の入出力端子を第二の回線を経由して中継装置と接続し、第2の入出力端子を第2の汎用計算機の第2の入出力端子に接続し、第3の入出力端子を周辺機器と接続し、
第2の汎用計算機は、第1と第3の入出力端子を無接続状態とし、
第2の汎用計算機に接続された第2のモニタに当該変電所の電力系統全体を電力機器とともに表示し、
第1の汎用計算機に接続された第1のモニタに当該変電所の電力系統の一部を電力機器とともに拡大表示した。

また本発明の変電所監視制御装置は、
第1の汎用計算機の故障時に、第1の汎用計算機の第1、第2、第3の入出力端子を無接続状態とし、
第2の汎用計算機は、第1の入出力端子を第二の回線を経由して中継装置と接続し、第3の入出力端子を周辺機器と接続し、
第2の汎用計算機に接続された第2のモニタに当該変電所の電力系統の一部を電力機器とともに拡大表示した。

また本発明の変電所監視制御装置は、
第1の汎用計算機の故障時に、
第2の汎用計算機の第1の入出力端子のＩＰアドレスを、第1の汎用計算機の第1の入出力端子のＩＰアドレスに変更し、
その後に第2の汎用計算機を再起動する。

また本発明の変電所監視制御装置は、
２つの汎用計算機は、同じOSと、同じドライバと、同じデータベースを包含するアプリケーションプログラムを有する。

また本発明の変電所監視制御装置は、
通信装置と、第一の回線と、中継装置とを多重系で構成した。

本発明によれば、安価な汎用計算機で変電所集中監視制御卓を構成しているが、その故障時にも現地での迅速な修理を容易にし、かつ円滑に継続して運転を続行することができる。

汎用計算機CPU1故障時の縮退を説明する図 変電所監視制御装置の全体構成を示す図 変電所集中監視制御卓のハード構成を示した図 変電所集中監視制御卓のソフト構成を示した図 モニタDSP2の表示画面例を示した図 モニタDSP1の表示画面例を示した図

以下、本発明の実施例について詳細に説明する。

図2は本発明の適用される変電所監視制御装置の全体構成を示している。図2の変電所監視制御装置は、通信装置1を介して給電制御所あるいは給電制御所バックアップ装置といった中央装置とつながっている。通信装置1はA系通信装置1AとB系通信装置1Bの二系統が準備されており、通信装置切替架1Cにより通常はA系統装置１Aを使用し、B系統装置1Bを予備としている。

2は高速大容量通信が可能な光回線で構成された第1の通信回線であり、A系通信装置1AとB系通信装置1Bにそれぞれ2Aと2Bが準備される。従って通常は2Aを使用し、2Bを予備としている。

31と32は、第1の通信回線2を介して通信装置1と接続される中継装置であり、例えば31はこの変電所の275ｋV系統に接続された電力機器の操作あるいは監視用に設けられた中継装置であり、32は154ｋV系統に接続された電力機器の操作あるいは監視用に設けられた中継装置である。従って、この変電所にさらに他の電圧階級の設備が存在する場合には電圧階級数分の中継装置が設けられることになる。この中継装置31と32もまた二重系構成され、通常はA系中継装置31A、32Aを使用し、B系中継装置31B、32Bを予備としている。

A系中継装置31Aは、ハブ41A、通信回線51Aを介して制御端末61に接続される。またB系中継装置31Bは、ハブ41B、通信回線51Bを介して制御端末61に接続される。

中継装置31に接続された制御端末61は、当該変電所の275ｋV系統を構成する遮断器、あるいは開閉器ごとに設けられており、中央装置からの指示によりその開閉操作を行い、あるいは開閉状態を中央装置に報告する。さらには、電流・電圧変成器に設けられてその検出値を中央装置に報告する。なお、154ｋV系統の中継装置32では図示を省略しているがこちらの装置も275ｋV系統と同様に構成されている。

なお、図6は後で説明するモニタDSP2の画面であるが、当該変電所の電力系統全体を表示している。この例で言えば、中継装置31に接続された制御端末61は、当該変電所の275ｋV系統母線（BUS1とBUS2）に接続される菱形の遮断器、あるいは四角の開閉器を操作し、ここの情報を送信する。同様に中継装置32に接続された制御端末61は、当該変電所の154ｋV系統母線（BUS3とBUS4）に接続される菱形の遮断器、あるいは四角の開閉器を操作し、ここの情報を送信する。

中継装置31，32は、変電所構内に設けられた変電所集中監視制御卓10にも接続されており、変電所集中監視制御卓10からの指示により制御端末61を用いて遮断器等の開閉操作を行い、あるいは遮断器の開閉状態や設置点の電流電圧を変電所集中監視制御卓10に報告する。

このように構成された変電所監視制御装置では、通常は中央装置との間で信号の授受を行っているが、変電所内に作業員がいる場合に備えて変電所集中監視制御卓10が設けられ、制御卓10からの操作あるいは、制御卓10への各種検出量、検出状態の表示が行えるように構成されている。

変電所集中監視制御卓10は、2台の汎用計算機CPU1と汎用計算機CPU2で構成され、通常は汎用計算機CPU1がハブ101、第二の通信回線6を経由して中継装置31，32と接続されていて、制御端末61に対して各種操作を指示している。汎用計算機CPU2は汎用計算機CPU1からハブ102を経由して情報を受け取るのみで、汎用計算機CPU2から制御端末61に対する各種操作は行えない。

以上、変電所監視制御装置の概略構成を説明したが、中央装置から制御端末61を監視制御する回路系統は、常時使用することからすべて二重系統で構成されているのに対して、使用する機会が相対的に少ない変電所集中監視制御卓10側は汎用計算機を使用するなど、きわめて簡便に安価に構成されていることがわかる。

しかるに、簡便に構成されながらも信頼性は確保されねばならず、本発明においては装置故障とその後の復旧のために以下のように対策している。

図3は、変電所集中監視制御卓10のハード構成を示した図である。この装置は、監視制御用の計算機CPU1と監視用の計算機CPU2とから構成される。２つの計算機CPUには、汎用計算機が使用されて、同じハード構成を備える。同じハード構成とは、同じ型式、種類の汎用計算機を使用するということ以外に、同じ入出力端子を備えることを意味する。

例えば、監視制御用の汎用計算機CPU1は、前述の中継装置31，32にハブ101を介して接続するための入出力端子P1と、監視用の汎用計算機CPU2と接続するための入出力端子P2と、外部の周辺機器103と接続するための入出力端子P3とを備えている。

これに対し、監視用の汎用計算機CPU2もまた、入出力端子P1、P2、P3を備えているが、通常入出力端子P1とP3は使用しない。このように本発明の監視用の汎用計算機CPU2は、通常は使用しないにも関わらず、同じ入出力端子を当初から備えている。なお、２つの汎用計算機CPU１と汎用計算機CPU2はそれぞれ表示モニタDSP1、DSP2を有している。

図4は、変電所集中監視制御卓のソフト構成を示した図である。この図で、汎用計算機CPU1と汎用計算機CPU2の枠の下の欄に記載したように、ソフト面でもこれらは同一のものとされる。つまり、同じ基本ソフトウエアOS(operating system)200、同じドライバ（周辺機器を動かすためのソフトウエア）201、同じアプリケーションプログラム202で構成される。

汎用計算機CPU1は、外部的には以下のように接続される。まず入出力端子P1で、外部の中継装置31，32と接続されて通信を行う。また、入出力端子P2で、汎用計算機CPU2と接続されて入手した情報の一部を転送する。さらに入出力端子P3で、周辺機器103として例えばスイッチボックス1031などからの信号を入手し、同じく周辺機器である警報機1032に対して警報信号を与える。また、入出力端子を記述していないが、表示モニタDSP、マウス等104など汎用計算機として当然に備える周辺設備機器を備えている。

そしてこれら入出力端子からの信号を用いて、内部ソフト的には以下の各機能を備えるように構成される。これらソフトは、データアクセス管理処理機能210、ユーザインタフエイス処理機能220、アプリケーションプログラム処理機能230に大別される。

このうち、データアクセス管理処理機能210では、中継装置31，32から各種の計測情報211、監視情報212等を入手し、制御情報213を出力する。データアクセス管理部分214では、これら信号を適宜選択入力し、変電所データベース215を参照し、出力を管理する。

ユーザインタフエイス処理機能220では、計測表示221、選択制御222、系統表示223、故障表示224などの処理を行う。この結果は、アプリケーションプログラム処理機能230部分を介して表示モニタDSP1に適宜の表示形式で表示される。また、ユーザインタフエイス処理機能220には、汎用計算機が標準に備えるRAS機能225(信頼性、可用性、保守性)を備えており、汎用計算機に故障が発生した場合には故障検知がされ、報告がされる。

モニタDSP1には、単線結線画面301、状態変化記録画面302、中継装置状態監視画面等が準備されており、マウス104からの操作員指示によりあるいはタッチパネルによりいずれかの画面が選択されて表示される。なお、通常は単線結線画面が表示される機会が多く、この画面により変電所電力系統の一部を拡大表示している。

汎用計算機CPU2は、外部的には入出力端子P2を介して汎用計算機CPU1に接続され、汎用計算機CPU1からの信号を受信して、外部の表示モニタDSP2に全体系統画面表示を行い、あるいは故障表示を行う。なお、汎用計算機CPU2のソフト部分のアプリケーションは全て汎用計算機CPU1と同じものを備えているが、通常は外部の表示モニタDSP2に全体系統画面表示を行うに必要なソフト部分のみが起動して働いている。

以上述べたように、変電所集中監視制御卓はハード的には図3のように、ソフト的には図4のように構成される。その上で、ハード的には入出力端子が同一構成とされ、またソフト的にもOS200、ドライバ201、アプリケーションプログラム202などの基本部分は同一とされる。そして、それぞれの主たる役割は、汎用計算機CPU1が監視・制御用に用いられ、汎用計算機CPU2は監視用とされる。そして汎用計算機CPU1のモニタDSP１に変電所系統の一部が拡大表示され、汎用計算機CPU1のモニタDSP２に変電所系統の全体表示がされる。

図5は汎用計算機CPU2のモニタDSP2に表示される画面の一例を示したものであり、当該変電所の全ての遮断器、開閉器の開閉状態がこの一つの画面上に表示されている。例えば、BUSは母線、Trは変圧器であり、図5の画面上で上の母線から順に275kV、154kV、77kVの電圧階級の母線を表す。

また四角は開閉器、菱形は遮断器を示しており、これらの電力機器のうち黒く塗られた機器が閉成状態を、白抜きの機器が開放状態を表している。さらに、各回線名とともに適宜その場所での電圧、（有効、無効）電力量、電流値などが表示されている。またメッセージエリア1001には適宜必要な情報が表示される。

これに対し、汎用計算機CPU1のモニタDSP1には、モニタDSP2に表示された全体系統画面のうち、約四分の一程度の部分を切り取って拡大表示している。この切取表示範囲は、マウス104などを用いて自由に設定可能であり、図6の例では図5の系統の一点鎖線で示した視野1000の回路部分を拡大表示している。また、図5の画面には監視以外に制御も行うために変電所名表示エリア1002、時刻表示エリア1003、状態表示エリア1004、操作ボタンエリア1005、表示範囲指定エリア1006が準備されている。

変電所集中監視制御卓10は以上のように構成されて、変電所構内にいる操作員により汎用計算機CPU1から制御端末61を選択し、かつ開閉操作を行う。操作の時には、表示モニタDSP2に変電所構内電力系統全体が表示され、表示モニタDSP2に直接操作を行う開閉機器周辺の電力系統のみが選択されて部分拡大表示される。

変電所集中監視制御卓10は以上のように使用されるが、通常(操作員不在時)は使用されることがなく、バックアップ装置の位置づけであることから、故障発生時の処置として本発明においては図１のように対処する。

まず、汎用計算機CPU1の故障発生を、汎用計算機CPU1のRAS機能225などにより検知した場合、まず通信回線の配線変更を実施する。

このため、まず汎用計算機CPU1の入出力端子P1とハブ101の間の結線を取り外し、汎用計算機CPU2の入出力端子P1とハブ101の間を点線で示すように接続する。これにより汎用計算機CPU2がハブ101経由で中継装置31、32に接続されたことになる。

次に、汎用計算機CPU1の入出力端子P3が周辺機器に接続されていたものを、汎用計算機CPU2の入出力端子P3から周辺機器に接続しなおす。このため、まず汎用計算機CPU1の入出力端子P3と周辺機器103の間の結線を取り外し、汎用計算機CPU2の入出力端子P3と周辺機器103の間を点線で示すように接続する。これにより汎用計算機CPU2が周辺装置103に接続されたことになる。

なお、汎用計算機CPU1とCPU2の入出力端子P2については以後使用することがないので、汎用計算機CPU1の入出力端子P2とハブ102の間の結線を取り外したのみでよい。

これらの接続変更によりハード面での入出力関係の処理が完了するので、次の段階としてソフト面の対応に入る。ソフト面の対応として、まず汎用計算機CPU2を以後汎用計算機CPU1が処理していた機能を代行するように各種の設定を変更する。

具体的には、図4の汎用計算機CPU1に示したソフト関係（データアクセス管理処理機能210、ユーザインタフエイス処理機能220、アプリケーションプログラム230及び、変電所データベース215）を、汎用計算機CPU2に予め備えておく。但し、データアクセス管理処理機能210とユーザインタフエイス処理機能220は、この段階では「不使用」に設定しておく。従って、汎用計算機CPU1として作動すべく、データアクセス管理処理機能210とユーザインタフエイス処理機能220の機能を「使用」に設定変更する。

また、入出力端子P1、P2には固有のIPアドレスが設定されているが、これを汎用計算機CPU1のものに変更する。例えば図3に示すように汎用計算機CPU1の入出力端子P1、P2にはそれぞれ、（10.0.193)、(2.0.0.193)というIPアドレスが、また汎用計算機CPU2の入出力端子P1、P2にはそれぞれ、（3.0.0.193)、(2.0.0.209)というIPアドレスが設定されていたが、汎用計算機CPU2の入出力端子P1、P2のIPアドレスを（10.0.193)、(2.0.0.193)に変更しなおす作業を行う。

以上のハード、ソフト面での移行処理が完了したら、汎用計算機CPU2の再起動を実施する。これにより、以後汎用計算機CPU2は、汎用計算機CPU1の機能を引き継いで稼動可能となる。つまり、図4に示したところのソフト処理を以降実行する。

なお、今まで汎用計算機CPU2が実施していた変電所全体構成の表示は行われず、部分拡大画面でのみの作業を継続することになる。つまり、故障以前は図1のモニタDSP2に図5の全体系統が表示され、モニタDSP1に図6の部分系統が表示されており、操作員は全体を見ながらかつ操作対象となる部分の詳細を確認しながら操作を行っていた。故障以後は、モニタDSP2に図6の部分系統が表示されるのみであり、全体を見ることができないが制御監視機能を継続して実施することができる。

本発明によれば、変電所集中監視制御卓として安価な汎用計算機を使用しながら故障時以降も同一ハードウエアと同一ソフトウエアを実装した汎用計算機を適用していることから、新しい汎用計算機を導入するときに発生する確認試験を省略できるため、現地での迅速な復旧を容易にし、かつ円滑に継続して運転することができる変電所監視制御装置を提供することができる。

1：通信装置
2：第一の通信回線
31、32：中継装置
41、101、102：ハブ
51：通信回線
6：第二の通信回線
61：制御端末
10：変電所集中監視制御卓
汎用計算機CPU：汎用計算機
P1、P2、P3：入出力端子
DSP1、DSP2：モニタ
103：周辺機器

Claims (5)

1. 遠方の中央装置と信号の授受を行う通信装置と、第一の回線を経由して前記通信装置と接続された中継装置と、変電所の電力機器ごとに設けられ前記中継装置に接続された複数の制御端末と、第二の回線を経由して前記中継装置と接続された変電所集中監視制御卓とから構成され前記複数の制御端末は前記遠方の中央装置と前記変電所集中監視制御卓からの信号により操作され、電力系統の情報を前記遠方の中央装置と前記変電所集中監視制御卓に送出する変電所監視制御装置であって、
   前記の変電所集中監視制御卓は、それぞれがモニタを有する２つの汎用計算機と周辺機器とを備えており、
   ２つの汎用計算機は、第1、第2、第3の入出力端子を備えており、
   第1の汎用計算機は、第1の入出力端子を前記第二の回線を経由して前記中継装置と接続し、第2の入出力端子を第2の汎用計算機の第2の入出力端子に接続し、第3の入出力端子を前記周辺機器と接続し、
   第2の汎用計算機は、第1と第3の入出力端子を無接続状態とし、
   前記第2の汎用計算機に接続された前記第2のモニタに当該変電所の電力系統全体を電力機器とともに表示し、
   前記第1の汎用計算機に接続された前記第1のモニタに当該変電所の電力系統の一部を電力機器とともに拡大表示したことを特徴とする変電所監視制御装置。
2. 第1項記載の変電所監視制御装置において、
   第1の汎用計算機の故障時に、第1の汎用計算機の第1、第2、第3の入出力端子を無接続状態とし、
   第2の汎用計算機は、第1の入出力端子を前記第二の回線を経由して前記中継装置と接続し、第3の入出力端子を前記前記周辺機器と接続し、
   前記第2の汎用計算機に接続された前記第2のモニタに当該変電所の電力系統の一部を電力機器とともに拡大表示したことを特徴とする変電所監視制御装置。
3. 第2項記載の変電所監視制御装置において、
   第1の汎用計算機の故障時に、
   第2の汎用計算機の第1の入出力端子のＩＰアドレスを、第1の汎用計算機の第1の入出力端子のＩＰアドレスに変更し、
   その後に第2の汎用計算機を再起動することを特徴とする変電所監視制御装置。
4. 第1項記載の変電所監視制御装置において、
   ２つの汎用計算機は、同じOSと、同じドライバと、同じデータベースを包含するアプリケーションプログラムを有することを特徴とする変電所監視制御装置。
5. 第1項記載の変電所監視制御装置において、
   前記通信装置と、前記第一の回線と、前記中継装置とを多重系で構成したことを特徴とする変電所監視制御装置。

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