JP5834888B2 - 環線系統保護継電システムのクロック生成回路 - Google Patents

環線系統保護継電システムのクロック生成回路 Download PDF

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Description

本発明は、環線系統を保護する環線系統保護継電システムに係り、特に中央通信装置と複数の端末装置間で送受信する時分割多重化情報を多チャンネルHDLC回線で伝送するためのクロック生成回路に関する。
一般に、電力系統の保護継電システムは、コンピュータ資源を利用してシステムを構築し、保護対象となる電力系統から収集した系統電圧や系統電流などのディジタル情報を基にディジタル保護演算を行い、事故検出とその事故区間が特定されたときは事故区間に繋がる系統しゃ断器などを開放して事故区間を系統から切り離し、健全区間のみによる電力系統の円滑な運用を図る。
環線系統のディジタル保護継電システムの例を、図6に電力系統と保護継電システムの概略構成で示す。同図において、電力系統は変電所SSから各需要家D1〜D3までの線路接続を環線構成とし、線路に断線などの故障が発生した場合にその区間を切り離し、残りの健全区間には迂回路(変電所からみて時計方向と反時計方向の線路)を通して需要家への給電路を確保可能とする。
保護継電システムは、変電所側に設けた中央通信装置MSと、各需要家側に設けた複数の端末装置RS1、RS2、RS3との間を1系と2系の二重化ループ伝送路で結合し、需要家側の各端末装置RS1〜RS3が同時刻サンプリングで収集したデータを時分割で多重化して1系伝送路と2系伝送路を通して中央通信装置MSに伝送し、中央通信装置MSは受信した多重化データを需要家別に分離し、この情報と変電所SS側で同時刻サンプリングで収集したデータを利用して中央継電装置CPが保護演算を行い、この保護演算で事故発生を検出したときには事故発生した需要家を環線系統から切り離す制御情報を含めた多重情報を中央通信装置MSが伝送し、各需要家の各端末装置RS1〜RS3は中央通信装置MSから伝送されてくる多重情報から自局宛の機器制御情報を分離抽出し、当該端末装置では当該需要家をそのしゃだん器のトリップで環線系統から取り除き、電力系統の運用を継続可能にする。
この保護継電システムにおける中央通信装置MSと各端末装置RS1〜RS3間の情報伝送には、複数の情報を時分割で多重化して送受信する多重情報伝送が行われる。また、保護継電システムの性質から、多重情報伝送処理を実現するため、実時間処理、サイクリック伝送、同時サンプリングのための同期化等が施される。
上記の中央通信装置MSと各端末装置RS1〜RS3間の多重情報伝送処理は、図7にフレーム構成の例を示すように、所定のサイクル構成,フレーム構成及びワード構成の伝送フォーマット化処理と、伝送速度等に基づいた送受信処理と、各種インタフェースによる多重分離を行う。
このような時分割多重化情報を多チャンネルHDLC(ハイレベル・データ・リンク・コントロール)回線で伝送する場合、各チャンネルのHDLC伝送には、データとクロック伝送路が必要である。一般的には、それぞれが独立した回線であるので、それぞれにデータとクロックを独立に用意する。
具体的事例として、特許文献1に挙げられる192KbpsのHDLC回線について説明する。従来は、図8の(a)のように、各チャンネルの受信回路に受信用DPLL(ディジタルPLL)回路を設ける。また、同図の(b)のように、送信回路も同様のDPLL回路を設ける。これらは、多重分離のタイミングは、伝送フレームの多重タイミング、分離タイミングによりそのタイミングの基点が定まるからである。
このような設計においては、図8の(b)のように、送信回路において、送信情報の多重タイミングにより多重用HDLC送信クロック(TX_DCLK)が生成される。複数回線あれば、それぞれの多重タイミングがタイムスロット毎ずれているので、そのタイミングでDPLL回路により生成されたTX_DLCKは、回線毎に異なる。したがって、図9の(b)のように多重回路が1からN回路あれば、それぞれのTX_DCLKもTX_DCLK1からTX_DCLK_N必要になる。
同様に、受信回路においては、受信情報の分離タイミングにより分離用HDLC受信クロック(RX_DCLK)が生成される。複数回線あれば、それぞれの分離タイミングがタイムスロット毎ずれているので、そのタイミングでDPLL回路により生成されたRX_DLCKは、回線毎に異なることになる。したがって、図9の(a)のように分離回路が1からN回路あれば、それぞれのRX_DCLKもRX_DCLK_1からRX_DCLK_N必要になる。
例えば、多重分離装置の伝送速度が6.312MHzの場合、1クロックは、158.4nsであるので、図7のようなフレーム構成においては、9ビット毎に多重、または分離タイミング毎に動作するように設計するのが一般的である。この場合、各CH(チャンネル)間には9ビット分の時間差があるので、そのCH毎のタイミング生成では、158.4ns×9ビット=1.426μs毎ずれたクロック生成回路が必要となる。
特許2689508「ディジタル保護継電システムの多重情報伝送処理装置」
前記のように、多重化情報を多チャンネルHDLC伝送する多重化情報伝送処理において、情報の多重・分離にはHDLC受信クロック(RX_DCLK)及び送信クロック(TX_DCLK)の生成が必要となる。
図10を使用して受信(分離)時のクロック生成タイミングを詳細に説明する。一般的にデータ分離する各チャンネル毎に、S/P(シリアル/パラレル)変換後、直ちにその分離タイミングで下位の伝送192Kbpsで送信する場合、前記のように、CH毎に1.426μSecずつデータがずれるため、RX_DCLK(192KHz,周期5.2μSec)も同じ時間だけずれることになる。つまり、各CH間では、CHのタイミングによりクロック(RX_DCLK)を生成する場合、RX_DCLKの共通化はできない。即ち各チャンネル毎にRX_DCLKが必要となる。
したがって、従来の既設計回路は、多重・分離のチャンネル(CH)タイミングに併せてそれぞれのCH毎の回路で、低速側の通信速度を上位のクロック系と非同期で生成する場合、DPLL回路を構成して、クロックの抽出を行っていた。すなわち、多重・分離チャンネル毎に独立したDPLL回路を必要としていた。
本発明の目的は、多重分離するHDLC回線毎のクロックを生成するDPLL回路の受信クロック回路および送信クロック回路を削減およびクロック端子を削減できる環線系統保護継電システムのクロック生成回路を提供することにある。
本発明は、前記の課題を解決するため、同一タイミングでHDLC伝送できる複数チャンネルの送信クロックまたは受信クロックを共通化、もしくは複数チャンネルの送信クロックと受信クロックの両方を共通化するようにしたもので、以下の構成を特徴とする。
(1)電力系統は電源変電所から各需要家までを環線で接続し、電源変電所端に配置する中央通信装置と各需要家端に配置する端末装置間で送受信する時分割多重化情報を多チャンネルHDLC回線で伝送し、前記中央通信装置または各端末装置の受信回路は、時分割多重化受信データを一旦シリアル/パラレル(S/P)変換し、この変換タイミングで生成するDPLL受信クロックで受信データをパラレル/シリアル(P/S)変換して時分割多重化情報から分離する環線系統保護継電システムにおいて、
前記DPLL受信クロックを生成するクロック生成回路は、前記シリアル/パラレル(S/P)変換するときのS/P変換タイミングの制御により、複数チャンネル間で同一タイミングで前記パラレル/シリアル(P/S)変換できる共通のDPLL受信クロックを生成することを特徴とする。
(2)電力系統は電源変電所から各需要家までを環線で接続し、電源変電所端に配置する中央通信装置と各需要家端に配置する端末装置間で送受信する時分割多重化情報を多チャンネルHDLC回線で伝送し、前記中央通信装置または各端末装置の送信回路は、送信データを一旦パラレル/シリアル(P/S)変換し、この変換タイミングで生成するDPLL送信クロックで送信データをシリアル/パラレル(S/P)変換して多重化する環線系統保護継電システムにおいて、
前記DPLL送信クロックを生成するクロック生成回路は、前記パラレル/シリアル(P/S)変換するときのP/S変換タイミングの制御により、複数チャンネル間で同一タイミングで前記シリアル/パラレル(S/P)変換できる共通のDPLL送信クロックを生成することを特徴とする。
(3)電力系統は電源変電所から各需要家までを環線で接続し、電源変電所端に配置する中央通信装置と各需要家端に配置する端末装置間で送受信する時分割多重化情報を多チャンネルHDLC回線で伝送し、前記各端末装置の受信回路は、時分割多重化受信データを一旦シリアル/パラレル(S/P)変換し、この変換タイミングで生成するDPLL受信クロックで受信データをパラレル/シリアル(P/S)変換して時分割多重化情報から分離し、前記各端末装置の送信回路は、送信データを一旦パラレル/シリアル(P/S)変換し、この変換タイミングで生成するDPLL送信クロックで送信データをシリアル/パラレル(S/P)変換して多重化する環線系統保護継電システムにおいて、
前記DPLL受信クロックおよびDPLL送信クロックを生成するクロック生成回路は、前記シリアル/パラレル(S/P)およびパラレル/シリアル(P/S)変換するときのS/P変換タイミングおよびP/S変換タイミングの制御により、複数チャンネル間で同一タイミングで前記パラレル/シリアル(P/S)変換およびシリアル/パラレル(S/P)変換できる共通のDPLL受信クロックおよびDPLL送信クロックを生成することを特徴とする。
以上のとおり、本発明によれば、同一タイミングでHDLC伝送できる複数チャンネルの送信クロックまたは受信クロックを共通化、もしくは複数チャンネルの送信クロックと受信クロックの両方を共通化するため、多重分離するHDLC回線毎のクロックを生成するDPLL回路の受信クロック回路および送信クロック回路を削減およびクロック端子を削減できる。
実施形態1の受信(分離)の共通クロック生成回路と多重化情報の受信回路図。 実施形態1のクロック生成のタイムチャート。 実施形態2の送信(多重)の共通クロック生成回路と多重化情報の送信回路図。 実施形態2のクロック生成のタイムチャート。 実施形態3の共通クロック生成回路と多重化情報の送受信回路図。 電力系統と保護継電システムの概略構成図。 多重情報伝送のフレーム構成例。 従来のCH毎の受信回路と送信回路例。 従来の分離回路と多重回路の構成例。 従来の個別受信クロックのタイムチャート。
(実施形態1)
時分割多重分離装置から相手装置に1:1で接続する場合、相手装置間の送受信タイミングを共通にすることができる。また、時分割多重分離装置と相手装置間に距離がほとんどなく、伝送遅延による遅れが多重分離タイミングとHDLCの伝送速度に比較して無視できるような場合、例えば、6.312MHzの伝送で9ビットの時間内で低速の192Kbpsの信号を8ビット多重・分離する場合、多重・分離タイミングは、1.426μs(1/6.312MHz×9ビット)となる。192Kbpsの伝送路のクロック周期は、5.2μs(1/192kbs)である。
時分割多重分離装置における多重フレーム、例えば、6.312MHzのフレーム内の多重・分離タイミングは、9ビット毎であるから、1.426μs毎である。
それに対して、多重・分離するHDLCの伝送速度は、192Kbpsである場合、5.2μsビット幅に3ch分の多重分離タイミングが同じ位相で処理できることがわかる。このことを利用して、3ch分毎に同一タイミングで変換処理することとする。
例えば、図8の(a)および図10において、6.312MbpsのCH7データは、一旦S/P(シリアル/パラレル)変換され、そのCH7データの変換タイミングで同期したDPLLクロックCH7_RX_CDCLKが生成される。192Kbps回線では、このCH7_RX_CDCLKで、P/S変換され、分離情報が得られる。
多重化に関しても図10のような図を用意していないが、同様であり、図8の(b)の回路が、6.312MbpsのCH7の送信タイミングで同期したDPLLクロックCH7_TX_CDCLKが生成される。192Kbps回線では、このCH7_TX_CDCLKで、192Kbps回線を一旦S/P変換し、その後、先のCH7のタイミングで、そのS/P変換された情報をP/S変換して6.312Mbpsのフレームに多重していく。
図1は本実施形態1を示す受信(分離)の共通クロック生成回路と多重化情報の受信回路図であり、そのクロック生成のタイムチャートを図2に示す。
本実施形態では、分離回路のHDLCのクロック抽出回路であるDPLL回路を、CH毎の分離(受信)回路で独立して用意していたDPLLを共通化し、受信クロックを共通化し、回路の削減、クロック端子の削減を図る。
具体的には、受信回路のクロックRX_DCLKを共通化する為に、各チャンネルにS/P変換した分離データをRX_DCLKに同期させる為に必要な時間待たせた後(ディレー)に192KbpsでP/S変換する。このとき、最大ディレーは約4.7μSecになる。
例えば、特許文献1の多重分離装置に適用する場合、以下のチャンネル構成とクロック生成タイミングとする。
(a)CH7〜CH16の10チャンネルをCH7〜CH9、CH10〜CH12、CH13〜CH16の3組に分ける。
低速側の信号(192Kbps)のクロック(RX_DCLKまたは、TX_DCLK)の立ち上がりと立ち下がりで6.312Mbpsフレームとのインタフェースで、同期をとる。つまり、データのセットアップタイム、ホールドタイムを確保できるタイミングとする。
図2の例では、CH10のBIT4の位置で192Kbpsのクロックの変化点とする。これをDPLLの同期点とする。このような発想により、6.312Mbpsの各CHタイミングと192Kbpsのタイミングが重なることを避け、先の変化点(データのセットアップタイム、ホールドタイムを確保できるタイミング)でS/P変換することでデータのビット欠落は防止できる。
(b)CH7〜CH9をS/P変換後、192KbpsでP/S変換開始すると同時に、RX_DCLKが立ち下がる様にDPLLを制御する。
(c)次のRX_DCLKの立ち下がりでCH10〜CH12の192Kbpsでの6.312MbpsでS/P変換した8ビットデータのP/S変換を開始する。
(d)同様に、次のRX_DCLKの立ち下がりでCH13〜CH16の192KbpsでのP/S変換を開始する。
以上のことから、CH7〜CH9、CH10〜CH12、CH13〜CH16と、それぞれ、3chずつデータ位相は同じになる。そして、クロックはすべて、共通のRX_DCLK(または、TX_DCLK)となる。したがって、図1のように受信用クロック生成のDPLLも1回路で済む。
(実施形態2)
実施形態1は、受信回路(分離回路)の場合を示すが、送信回路(多重回路)でも同様な回路方式とすることができる。
図3は本実施形態2を示す送信(多重)の共通クロック生成回路と多重化情報の送信回路図であり、そのクロック生成のタイムチャートを図4に示す。
本実施形態では、多重回路のHDLCのクロック抽出回路であるDPLL回路を、CH毎の多重(送信)回路で独立して用意していたDPLLを共通化し、送信クロックを共通化し、回路の削減、クロック端子の削減を図る。
具体的には、時分割多重分離伝送装置の多重フレーム、例えば、6.312MHzのフレーム内の多重タイミングは、9ビット毎であるから、1.426μs毎である。それに対して、多重するHDLC伝送速度は、192Kbpsである場合、5.2μsビット幅に3ch分の多重タイミングが同じ位相で処理できることがわかる。このことを利用して、3ch分毎に同一タイミングで処理することとする。
実施形態1のようにある特定のCH(例えば、CH10)のCHタイミングで同期したDPLLクロックTX_CDCLKが生成される。192Kbps回線では、このTX_CDCLKで、S/P変換し、所定のCHの多重タイミングを待つ。その後、先のCH7のタイミングで、192KbpsでS/P変換された情報を6.312MHzでP/S変換して6.312Mbpsのフレームに多重していく。
これにより、CH7〜CH9、CH10〜CH12、CH13〜CH16と、それぞれ、3chずつデータ位相は同じになる。そして、クロックはすべて、共通のTX_DCLKとなる。したがって、図3のように送信用クロック生成回路もDPLLも1回路で済む。
図4に示すクロック生成のタイムチャートで説明する。
(a)CH7〜CH16の10チャンネルをCH7〜CH9、CH10〜CH12、CH13〜CH16の3組に分ける。
低速側の信号(192Kbps)のクロック(RX_DCLKまたは、TX_DCLK)の立ち上がりと立ち下がりで6.312Mbpsフレームとのインタフェースで、同期をとる。つまり、データのセットアップタイム、ホールドタイムを確保できるタイミングとする。図4の例では、CH10のBIT4の位置で192Kbpsのクロックの変化点とする。これをDPLLの同期点とする。このような発想により、6.312Mbpsの各CHタイミングと192Kbpsのタイミングが重なることを避け、先の変化点(データのセットアップタイム、ホールドタイムを確保できるタイミング)でS/P変換することでデータのビット欠落は防止できる。
(b)CH7〜CH9をS/P変換後、192KbpsでP/S変換開始すると同時に、RX_DCLKが立ち下がる様にDPLL制御する。
(c)次のRX_DCLKの立ち下がりでCH10〜CH12の192Kbpsでの6.312MbpsでS/P変換した8ビットデータのP/S変換を開始する。
(d)同様に、次のRX_DCLKの立ち下がりでCH13〜CH16の192KbpsでのP/S変換を開始する。
(実施形態3)
図6に示すシステムの中央通信装置MSの場合、送信信号はクロック発振回路により送信(多重)回路に入り、受信信号は伝送路を経て受信(分離)回路に入る。このとき、送信(多重)回路と受信(分離)回路は別々のクロックとなるため、実施形態1、実施形態2のように分離して構成される。
しかし、伝送路の中間にある端末装置RS1〜RS3は、受信クロックで受信(分離)回路を動作させ、その受信クロックで送信(多重)回路を動作させる。この場合、端末装置の送信(多重)回路と受信(分離)回路の構成によっては、受信回路の1つのDPLL回路は受信(分離)回路と送信(多重)回路ともに使用することができる。
図5は本実施形態3を示す受信(分離)と送信(多重)の共通クロック生成回路と多重化情報の送受信回路図である。DPLL受信クロックおよびDPLL送信クロックを生成するクロック生成回路(DPLL+制御)は、受信回路と送信回路においてシリアル/パラレル(S/P)およびパラレル/シリアル(P/S)変換するときのS/P変換タイミングおよびP/S変換タイミングの制御により、複数チャンネル間で同一タイミングで送信回路のパラレル/シリアル(P/S)変換および受信回路のシリアル/パラレル(S/P)変換に共通のクロックRTX_DCLKを生成する。
本実施形態3によれば、端末装置の送信(多重)回路と受信(分離)回路の構成においては、受信回路の1つのDPLL回路は受信(分離)回路と送信(多重)回路ともに使用することができる。これにより、多重クロックと分離クロックを共通化し、回路の削減、クロック端子の削減を図る。
SS 変電所
D1〜D3 需要家
MS 中央通信装置
RS1、RS2、RS3 端末装置
CP 中央継電装置

Claims (3)

  1. 電力系統は電源変電所から各需要家までを環線で接続し、電源変電所端に配置する中央通信装置と各需要家端に配置する端末装置間で送受信する時分割多重化情報を多チャンネルHDLC回線で伝送し、前記中央通信装置または各端末装置の受信回路は、時分割多重化受信データを一旦シリアル/パラレル(S/P)変換し、この変換タイミングで生成するDPLL受信クロックで受信データをパラレル/シリアル(P/S)変換して時分割多重化情報から分離する環線系統保護継電システムにおいて、
    前記DPLL受信クロックを生成するクロック生成回路は、前記シリアル/パラレル(S/P)変換するときのS/P変換タイミングの制御により、複数チャンネル間で同一タイミングで前記パラレル/シリアル(P/S)変換できる共通のDPLL受信クロックを生成することを特徴とする環線系統保護継電システムのクロック生成回路。
  2. 電力系統は電源変電所から各需要家までを環線で接続し、電源変電所端に配置する中央通信装置と各需要家端に配置する端末装置間で送受信する時分割多重化情報を多チャンネルHDLC回線で伝送し、前記中央通信装置または各端末装置の送信回路は、送信データを一旦パラレル/シリアル(P/S)変換し、この変換タイミングで生成するDPLL送信クロックで送信データをシリアル/パラレル(S/P)変換して多重化する環線系統保護継電システムにおいて、
    前記DPLL送信クロックを生成するクロック生成回路は、前記パラレル/シリアル(P/S)変換するときのP/S変換タイミングの制御により、複数チャンネル間で同一タイミングで前記シリアル/パラレル(S/P)変換できる共通のDPLL送信クロックを生成することを特徴とする環線系統保護継電システムのクロック生成回路。
  3. 電力系統は電源変電所から各需要家までを環線で接続し、電源変電所端に配置する中央通信装置と各需要家端に配置する端末装置間で送受信する時分割多重化情報を多チャンネルHDLC回線で伝送し、前記各端末装置の受信回路は、時分割多重化受信データを一旦シリアル/パラレル(S/P)変換し、この変換タイミングで生成するDPLL受信クロックで受信データをパラレル/シリアル(P/S)変換して時分割多重化情報から分離し、前記各端末装置の送信回路は、送信データを一旦パラレル/シリアル(P/S)変換し、この変換タイミングで生成するDPLL送信クロックで送信データをシリアル/パラレル(S/P)変換して多重化する環線系統保護継電システムにおいて、
    前記DPLL受信クロックおよびDPLL送信クロックを生成するクロック生成回路は、前記シリアル/パラレル(S/P)およびパラレル/シリアル(P/S)変換するときのS/P変換タイミングおよびP/S変換タイミングの制御により、複数チャンネル間で同一タイミングで前記パラレル/シリアル(P/S)変換およびシリアル/パラレル(S/P)変換できる共通のDPLL受信クロックおよびDPLL送信クロックを生成することを特徴とする環線系統保護継電システムのクロック生成回路。
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