JP5901955B2 - リレー装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、リレー要素を有する装置に関する。

一般に、系統を保護、監視、又は制御するシステムでは、装置間の同期が重要となる。例えば、保護リレー装置では、事故を検出するために、装置間で互いに送受信する伝送データの同期が必要になることがある。

特開２００９−６５７６６号公報

しかしながら、システムが広範囲に亘る場合、システム全域にあるイーサネット（登録商標）等のネットワークに接続する全ての装置の同期を一斉にとるには、様々な問題がある。例えば、同期をとる前に、全ての装置が同期できる状態にするまでに時間が掛かる。また、局所的に、ネットワーク障害又は装置故障がある場合、同期をとることができなくなる。さらに、これらの事情から同期をとる頻度が減ると、同期精度が低下するおそれがある。

そこで、本発明の実施形態の目的は、同期をとる範囲を軽減することのできるリレー装置を提供することにある。

本発明の実施形態に従ったリレー装置は、複数のリレー要素に対応するように設けられた複数の時計と、前記リレー要素によるリレー演算をするための電気量情報を受信する電気量情報受信手段と、前記電気量情報受信手段により受信された前記電気量情報に、前記リレー要素に対応する前記時計が示す時刻を時刻情報として付加する時刻情報付加手段と、前記時刻情報付加手段により付加された前記時刻情報に基づいて、前記リレー要素によるリレー演算に用いる前記電気量情報を選択する電気量情報選択手段と、前記電気量情報選択手段により選択された前記電気量情報に基づいて、前記リレー要素によるリレー演算をするリレー演算手段と、前記複数の時計の基準となる基準時計と、前記複数の時計と前記基準時計とのそれぞれの時間差を計測する時間差計測手段と、前記時間差計測手段により計測された前記時間差に基づいて、前記時刻情報付加手段により付加された前記時刻情報を補正する時刻情報補正手段とを備える。

本発明の第１の実施形態に係る保護リレー装置の構成を示す構成図。 本発明の第２の実施形態に係る保護リレー装置の構成を示す構成図。 本発明の第３の実施形態に係る電力システムの構成を示す構成図。

以下図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る保護リレー装置１の構成を示す構成図である。なお、図面における同一部分には同一符号を付してその詳しい説明を省略し、異なる部分について主に述べる。以降の実施形態も同様にして重複する説明を省略する。

保護リレー装置１は、主保護と後備保護の２段構えの保護動作により、電力系統を保護する。後備保護による保護動作は、主保護による保護動作が失敗した場合に実行される。保護動作が失敗した場合とは、例えば、遮断器が不動作の場合などである。主保護と後備保護は、それぞれリレー要素として２端子型の電流差動リレーを採用している。保護リレー装置１は、外部の２つの保護リレー装置Ｒａ，Ｒｂとそれぞれ同期をとって、情報の授受を行う。情報とは、例えば、電流又は電圧のサンプリングデータなどである。保護リレー装置１は、主保護を動作させるための情報を保護リレー装置Ｒａから受信する。保護リレー装置１は、後備保護を動作させるための情報を保護リレー装置Ｒｂから受信する。

保護リレー装置１は、装置クロック２、アナログ情報入力部３、時刻情報付加部４、リレー演算部５、制御出力部６、主保護用構成部Ｇａ、及び後備保護用構成部Ｇｂを備えている。

装置クロック２は、ソフトウェアで実現された時計である。装置クロック２は、保護リレー装置１内における全ての時計の基準となる。装置クロック２が示す時刻は、主保護用構成部Ｇａ、及び後備保護用構成部Ｇｂ、及び時刻情報付加部４で参照される。装置クロック２は、任意のタイミングで時刻を合わせる。ここで、装置クロック２は、外部の２つの保護リレー装置Ｒａ，Ｒｂにある時計及び保護リレー装置１内にある仮想クロック１６ａ，１６ｂとは関係なく時刻を合わせる。即ち、装置クロック２は、他の時計と同期をとる必要はない。

アナログ情報入力部３には、保護リレー装置１が計測する電力系統の電圧又は電流の瞬時値情報が入力される。例えば、瞬時値情報とは、電流差動リレーの演算で用いる自端の電流値などである。アナログ情報入力部３は、入力されたアナログの瞬時値情報をデジタル変換する。アナログ情報入力部３は、デジタルに変換した瞬時値情報のサンプリング等の演算処理をする。アナログ情報入力部３は、演算処理した電圧又は電流などの電気量情報を時刻情報付加部４に出力する。

時刻情報付加部４は、アナログ情報入力部３から入力された電気量情報に、装置クロック２の時刻を情報として付加する。時刻情報付加部４は、時刻情報を付加した電気量情報をリレー演算部５に出力する。

主保護用構成部Ｇａは、保護リレー装置Ｒａから受信した主保護に必要なサンプリングされた電気量情報をリレー演算部５で用いるための情報にするために必要な演算処理をする。例えば、主保護に必要な電気量情報とは、電流差動リレーの演算で用いる相手端の電流値などである。主保護用構成部Ｇａは、演算処理した電気量情報をリレー演算部５に出力する。

後備保護用構成部Ｇｂは、保護リレー装置Ｒｂから受信した後備保護に必要なサンプリングされた電気量情報をリレー演算部５で用いるための情報にするために必要な演算処理をする。例えば、後備保護に必要な電気量情報とは、電流差動リレーの演算で用いる相手端の電流値などである。後備保護用構成部Ｇｂは、演算処理した電気量情報をリレー演算部５に出力する。

リレー演算部５は、主保護用構成部Ｇａ、後備保護用構成部Ｇｂ、及び時刻情報付加部４からそれぞれ受信した電気量情報に基づいて、電流差動リレーのリレー特性に基づく演算処理を行う。リレー演算部５は、演算処理結果に基づいて、リレー動作となる否かを判断する。リレー演算部５は、リレー動作となる場合、リレー動作信号を制御出力部６に出力する。

リレー演算部５は、主保護のリレー動作を判断するための演算処理を行う場合、時刻情報付加部４から入力された電気量情報と主保護用構成部Ｇａから入力された電気量情報を用いる。リレー演算部５は、後備保護のリレー動作を判断するための演算処理を行う場合、時刻情報付加部４から入力された電気量情報と後備保護用構成部Ｇｂから入力された電気量情報を用いる。

制御出力部６は、リレー演算部５からリレー動作信号を受信すると、制御出力をする。制御出力は、遮断器を開放するためのトリップ指令又は各種警報などである。

主保護用構成部Ｇａは、伝送部１１ａ、デジタル情報受信部１２ａ、時刻情報付加部１３ａ、時刻情報補正部１４ａ、伝送遅延時間管理部１５ａ、仮想クロック１６ａ、及び時間差管理部１７ａを備えている。

後備保護用構成部Ｇｂは、伝送部１１ｂ、デジタル情報受信部１２ｂ、時刻情報付加部１３ｂ、時刻情報補正部１４ｂ、伝送遅延時間管理部１５ｂ、仮想クロック１６ｂ、及び時間差管理部１７ｂを備えている。

なお、ここでは、主に主保護用構成部Ｇａについて説明し、後備保護用構成部Ｇｂについては、主保護用構成部Ｇａと同様に構成されているものとして、適宜説明を省略する。

伝送部１１ａは、保護リレー装置Ｒａとの情報の送受信をする。伝送部１１ａは、受信した情報をデジタル情報受信部１２ａに出力する。

デジタル情報受信部１２ａは、受信した情報から主保護に必要な電流値を含む電気量情報を取り出す。後備保護用構成部Ｇｂのデジタル情報受信部１２ｂは、受信した情報から後備保護に必要な電流値を含む電気量情報を取り出す。デジタル情報受信部１２ａは、取り出した電気量情報を時刻情報付加部１３ａに送信する。

仮想クロック１６ａは、装置クロック２とは別に独立して時刻を刻むソフトウェアで実現された時計である。仮想クロック１６ａは、保護リレー装置Ｒａから受信する情報の時間管理をするための時刻を刻む。仮想クロック１６ａが示す時刻は、時刻情報付加部１３ａ及び時間差管理部１７ａで参照される。

仮想クロック１６ａは、保護リレー装置Ｒａと同期するように時刻を合わせる。ここで、仮想クロック１６ａは、装置クロック２、後備保護用構成部Ｇｂの仮想クロック１６ｂ、及び保護リレー装置Ｒｂとは関係なく同期をとる。同様に、仮想クロック１６ｂは、保護リレー装置Ｒｂと同期するように時刻を合わせる。ここで、仮想クロック１６ｂは、装置クロック２、主保護用構成部Ｇａの仮想クロック１６ａ、及び保護リレー装置Ｒａとは関係なく同期をとる。

時刻情報付加部１３ａは、デジタル情報受信部１２ａから入力された電気量情報に、仮想クロック１６ａの時刻を時刻情報として付加する。時刻情報付加部１３ａは、時刻情報を付加した電気量情報を時刻情報補正部１４ａに出力する。

伝送遅延時間管理部１５ａは、伝送部１１ａと保護リレー装置Ｒａとを接続する伝送路の伝送による遅延時間を予め決められた時間間隔で定期的に計測する。伝送遅延時間管理部１５ａは、計測した伝送遅延時間を管理する。

例えば、伝送遅延時間管理部１５ａは、伝送部１１ａから信号を返してくるよう信号を保護リレー装置Ｒａに送信する。伝送遅延時間管理部１５ａは、保護リレー装置Ｒａに信号を送信してから信号が返ってくるまでの往復時間を計測する。伝送遅延時間管理部１５ａは、この往復の時間を２で割った値を片道の伝送に掛かる伝送遅延時間として管理する。

時間差管理部１７ａは、仮想クロック１６ａの時刻と基準となる装置クロック２の時刻を比較した時間差を常時計測する。時間差管理部１７ａは、計測した時間差を管理する。

時刻情報補正部１４ａは、伝送遅延時間管理部１５ａで管理されている伝送遅延時間及び時間差管理部１７ａで管理されている時間差に基づいて、時刻情報付加部１３ａにより付加された時刻情報を補正する。時刻情報補正部１４ａは、時刻情報を補正した電気量情報をリレー演算部５に出力する。

例えば、時刻情報補正部１４ａは、伝送遅延時間に基づいて、保護リレー装置Ｒａから受信した電気量情報が計測された時刻になるように、時刻情報を補正する。また、時刻情報補正部１４ａは、時間差管理部１７ａで管理されている時間差に基づいて、装置クロック２の時刻に換算する補正をする。

次に、リレー演算部５による演算処理について説明する。

電流差動リレーは、任意の時刻の任意の点で、流入する電流の総和と流出する電流の総和が等しいという法則（キルヒホッフの第１法則）を利用する。従って、電流差動リレーの演算に用いる電流値は、計測された時刻が同時刻でなければならない。

アナログ情報入力部３から入力される自端の電流値は、装置クロック２の時刻により計測された時刻を特定するための情報が付加される。

一方、外部にある保護リレー装置Ｒａ，Ｒｂから入力される相手端の電流値は、最初に、仮想クロック１６ａ，１６ｂの時刻により計測された時刻を特定するための情報が付加される。次に、この電流値の情報に付加された時刻情報は、時刻情報補正部１４ａ，１４ｂにより装置クロック２の時刻に換算された時刻に補正される。

リレー演算部５は、電気量情報に付加されている時刻情報に基づいて、リレー演算に必要な電気量情報を選択する。リレー演算部５は、選択した電気量情報を用いてリレー演算をする。

具体的には、リレー演算部５は、付加されている時刻情報が一致する保護リレー装置Ｒａ，Ｒｂから入力された相手端の電流値と保護リレー装置１が計測した自端の電流値を選択する。リレー演算部５は、選択した相手端の電流値と自端の電流値を用いて、電流差動リレーの演算をする。このようにして、リレー演算部５は、同時刻に計測された自端の電流値と相手端の電流値で、電流差動リレーの動作判定をする。

本実施形態によれば、主保護リレーと後備保護リレーとで、異なる仮想クロック１６ａ，１６ｂを用いているため、主保護リレーのための同期と後備保護リレーのための同期を別々に行うことができる。これにより、例えば後備保護リレーの系統の伝送路に通信障害がある場合でも、主保護リレーの系統のみで同期させる制御をすることができる。同様に、主保護リレーの系統が同期できない場合でも、後備保護リレーの系統のみで同期させる制御をすることもできる。

よって、保護リレー装置１を適用したシステムでは、システム全域にある装置を一括して同期させる必要は無く、リレー要素の系統毎に同期をとることができる。

ここで、電流差動リレーは、事故区間の検出精度が高いが、その事故の検出方法から他の装置との同期が必要である。従って、主保護リレーと後備保護リレーの同期を別々にとることができない保護リレー装置では、主保護リレーと後備保護リレーの両方に、電流差動リレーを適用した場合、同期がとれない時点で、主保護リレーと後備保護リレーの両方が動作できないことになる。従って、主保護リレーと後備保護リレーの同期を別々にとることができない保護リレー装置では、主保護リレーと後備保護リレーの両方に、電流差動リレーを採用することはできない。

一方、距離リレーは、他の装置と同期をとる必要はないが、事故区間の検出精度が低い。また、後備保護に距離リレーを適用した場合、主保護と後備保護のそれぞれの保護動作の時間協調が必要となる。即ち、主保護が動作した後に、後備保護が動作するように時間協調する必要がある。

これに対して、保護リレー装置１では、主保護リレーと後備保護リレーの同期を別々にとることができるため、主保護リレーと後備保護リレーの両方に、事故区間の検出精度が高い電流差動リレーを採用することができる。

（第２の実施形態）
図２は、本発明の第２の実施形態に係る保護リレー装置１Ａの構成を示す構成図である。

保護リレー装置１Ａは、図１に示す第１の実施形態に係る保護リレー装置１において、後備保護用構成部Ｇｂを後備保護用構成部ＧｂＡに代えた構成である。

後備保護用構成部ＧｂＡは、３端子型の電流差動リレーを機能させるための構成である。３端子型の電流差動リレーは、２箇所の電流値に基づいて、事故を検出する。後備保護用構成部ＧｂＡは、２つの保護リレー装置Ｒｂ，Ｒｃからそれぞれ電気量情報を受信する。後備保護用構成部ＧｂＡは、２つの保護リレー装置Ｒｂ，Ｒｃからそれぞれ受信した電気量情報に時刻情報を付加する。その他の点は、第１の実施形態に係る後備保護用構成部Ｇｂと同様の構成である。

後備保護用構成部ＧｂＡは、第１の実施形態に係る後備保護用構成部Ｇｂにおいて、伝送部１１ｃ、デジタル情報受信部１２ｃ、時刻情報付加部１３ｃ、時刻情報補正部１４ｃ、及び伝送遅延時間管理部１５ｃを加えた構成である。

伝送部１１ｃは、保護リレー装置Ｒｃとの情報の送受信をする。伝送部１１ｃは、受信した情報をデジタル情報受信部１２ｃに出力する。

デジタル情報受信部１２ｃは、受信した情報から後備保護に必要な電流値を含む電気量情報を取り出す。デジタル情報受信部１２ｃは、取り出した電気量情報を時刻情報付加部１３ｃに送信する。

時刻情報付加部１３ｃは、デジタル情報受信部１２ｃから入力された電気量情報に、保護リレー装置Ｒｂから受信した電気量情報と同じ仮想クロック１６ｂの時刻を時刻情報として付加する。時刻情報付加部１３ｃは、時刻情報を付加した電気量情報を時刻情報補正部１４ｃに出力する。

伝送遅延時間管理部１５ｃは、第１の実施形態の伝送遅延時間管理部１５ａと同様に、伝送部１１ｃと保護リレー装置Ｒｃとを接続する伝送路の伝送遅延時間の計測及び管理する。

時刻情報補正部１４ｃは、伝送遅延時間管理部１５ｃで管理されている伝送遅延時間及び時間差管理部１７ｂで管理されている時間差に基づいて、時刻情報付加部１３ｃにより付加された時刻情報を補正する。時刻情報補正部１４ｃは、時刻情報を補正した電気量情報をリレー演算部５に出力する。

リレー演算部５は、時刻情報補正部１４ｂ，１４ｃから受信する電気量情報と時刻情報付加部４から受信する電気量情報を、それぞれに付加されている時刻情報に基づいて選択する。例えば、リレー演算部５は、電流差動リレーの演算に用いる同時刻に計測された２箇所の相手端の電流値と自端の電流値を選択する。リレー演算部５は、選択した電気量情報を用いてリレー演算をする。

本実施形態によれば、２箇所以上の電気量情報を受信する必要があるリレー要素であっても、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

（第３の実施形態）
図３は、本発明の第３の実施形態に係る電力システムの構成を示す構成図である。

電力システムは、Ａ電気所及びＢ電気所にそれぞれ設置された複数の第１の実施形態に係る保護リレー装置１をＶＬＡＮ(virtual local area network)でネットワーク接続した構成である。Ａ電気所とＢ電気所は、同じ電力系統の送電線２１に設けられている。

電力システムは、ＶＬＡＮ１、ＶＬＡＮ２、及びＶＬＡＮ３の３つのＶＬＡＮで構成されている。Ａ電気所内の伝送路は、ＶＬＡＮ１で構成されている。Ｂ電気所内の伝送路は、ＶＬＡＮ２で構成されている。Ａ電気所とＢ電気所を接続する伝送路は、ＶＬＡＮ３で構成されている。

本実施形態によれば、第１の実施形態に係る保護リレー装置１をネットワーク構成することができる。また、Ａ電気所内の伝送路、Ｂ電気所内の伝送路、及びＡ電気所とＢ電気所を接続する伝送路を別々のＶＬＡＮで構成することにより、機能の独立性を保つことができる。

さらに、本実施形態ではＶＬＡＮ１およびＶＬＡＮ２は保護リレー装置１間を接続し、ＶＡＬＮ３はネットワーク間を接続しているが、電力システムとして同一のＶＡＬＮに接続してもよい。

また、第１の実施形態に示すように、主保護用構成部Ｇａおよび後備保護用構成部Ｇｂの複数の構成部を備える場合には、構成部毎に異なるＶＬＡＮを構成してもよい。つまり、主保護用構成部Ｇａ用のＶＬＡＮと、後備保護用構成部Ｇｂ用のＶＬＡＮを設けてもよい。

各実施形態では、リレー要素として、電流差動リレーを用いて説明したが、他のリレー要素であってもよい。どのようなリレー要素でも、電流差動リレーの実施形態と同様に構成することができる。

また、各実施形態では、リレー要素が２つの場合の保護リレー装置１，１Ａについて説明したが、リレー要素はいくつでもよい。リレー要素毎に対応するクロック１６ａ，１６ｂを設けることにより、同様に構成することができる。また、リレー要素が必要とする情報を送信する装置の数は３箇所以上でもよい。また、情報を送信する装置は、保護リレー装置に限らず、どのような装置でもよい。

さらに、各実施形態において、装置クロック２と仮想クロック１６ａ，１６ｂは、どのように構成してもよい。例えば、他の保護リレー装置Ｒａ，Ｒｂから受信する情報に装置クロック２による時刻情報を付加し、保護リレー装置１自身が計測する情報に仮想クロック１６ａ，１６ｂにとる時刻情報を付加してもよい。また、どのクロック２，１６ａ，１６ｂの時刻を基準としてもよい。また、リレー要素毎に設けられた仮想クロック１６ａ，１６ｂは、保護リレー装置１自身が計測する情報に時刻情報を付加するためのクロックを兼用してもよい。即ち、リレー要素毎に、異なるクロックが割り当てられていれば、リレー要素毎の系統で同期をとることができるため、各実施形態と同様に構成することができる。

また、各実施形態において、情報を送信する外部の装置を複数として説明したが、外部の装置が各実施形態に係る保護リレー装置１，１Ａであれば１つでもよい。即ち、外部の装置にも、リレー要素毎にクロックが設けられていれば、要素毎に同期をとることができる。

さらに、各実施形態では、リレー演算のための情報を同期させる場合の構成について説明したが、どのような情報を同期させてもよい。例えば、計測情報、監視情報、または制御出力を同期させてもよい。

また、第３の実施形態では、第１の実施形態に係る保護リレー装置１を用いた構成としたが、第２の実施形態に係る保護リレー装置１Ａを用いてもよいし、これらの保護リレー装置１，１Ａを混在させてもよい。

なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…保護リレー装置、２…装置クロック、３…アナログ情報入力部、４…時刻情報付加部、５…リレー演算部、６…制御出力部、１１ａ，１１ｂ…伝送部、１２ａ，１２ｂ…デジタル情報受信部、１３ａ，１３ｂ…時刻情報付加部、１４ａ，１４ｂ…時刻情報補正部、１５ａ，１５ｂ…伝送遅延時間管理部、１６ａ，１６ｂ…仮想クロック、１７ａ，１７ｂ…時間差管理部、Ｇａ…主保護用構成部、Ｇｂ…後備保護用構成部。

Claims (6)

1. 複数のリレー要素に対応するように設けられた複数の時計と、
   前記リレー要素によるリレー演算をするための電気量情報を受信する電気量情報受信手段と、
   前記電気量情報受信手段により受信された前記電気量情報に、前記リレー要素に対応する前記時計が示す時刻を時刻情報として付加する時刻情報付加手段と、
   前記時刻情報付加手段により付加された前記時刻情報に基づいて、前記リレー要素によるリレー演算に用いる前記電気量情報を選択する電気量情報選択手段と、
   前記電気量情報選択手段により選択された前記電気量情報に基づいて、前記リレー要素によるリレー演算をするリレー演算手段と、
   前記複数の時計の基準となる基準時計と、
   前記複数の時計と前記基準時計とのそれぞれの時間差を計測する時間差計測手段と、
   前記時間差計測手段により計測された前記時間差に基づいて、前記時刻情報付加手段により付加された前記時刻情報を補正する時刻情報補正手段と
   を備えたことを特徴とするリレー装置。
2. 前記リレー要素によるリレー演算をするための電気量情報を計測する電気量情報計測手段と、
   前記電気量情報計測手段により計測された前記電気量情報に、前記基準時計が示す時刻を時刻情報として付加する計測情報用時刻情報付加手段とを備え、
   前記電気量情報選択手段は、前記計測情報用時刻情報付加手段により付加された前記時刻情報に基づいて、前記電気量情報を選択すること
   を特徴とする請求項１に記載のリレー装置。
3. 前記複数の時計毎に、外部の装置と同期をとる同期手段
   を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のリレー装置。
4. 前記複数のリレー要素は、主保護の電流差動リレーと後備保護の電流差動リレーであること
   を特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のリレー装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のリレー装置を複数備え、
   複数の前記リレー装置は、複数のバーチャルローカルエリアネットワークで接続されたこと
   を特徴とする電力システム。
6. リレー装置を制御する制御方法であって、
   前記リレー装置は、複数のリレー要素に対応するように複数の時計が設けられ、
   前記リレー要素によるリレー演算をするための電気量情報を受信し、
   受信した前記電気量情報に、前記リレー要素に対応する前記時計が示す時刻を時刻情報として付加し、
   付加した前記時刻情報に基づいて、前記リレー要素によるリレー演算に用いる前記電気量情報を選択し、
   選択した前記電気量情報に基づいて、前記リレー要素によるリレー演算をすることを含み、
   前記リレー装置は、前記複数の時計の基準となる基準時計が設けられ、
   前記複数の時計と前記基準時計とのそれぞれの時間差を計測し、
   前記時間差に基づいて、付加した前記時刻情報を補正すること
   を含むことを特徴とするリレー装置の制御方法。

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