JP6349461B2 - Digital protection control device and power system protection method - Google Patents
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Description
本発明は、例えば、冗長化された通信路に用いられ、電力系統を保護するために用いられるディジタル保護制御装置及び電力系統保護方法に関する。 The present invention relates to a digital protection control device and a power system protection method used for protecting a power system, for example, used for a redundant communication path.
従来、複数のディジタル保護制御装置(以下、「装置」とも略記する。)をネットワークで接続し、各装置が電力系統から計測した電流値をディジタル変換したデータを他の装置と通信路を介して送受信することが可能な通信システムがある。この通信システムでは、電力系統を保護するために、各装置が他の装置と送受信したデータから求めた差電流から電力系統に設けられる保護区間の系統事故を検出して事故除去を行う電流差動方式の保護手法が用いられていた。 Conventionally, a plurality of digital protection control devices (hereinafter also abbreviated as “devices”) are connected via a network, and data obtained by digitally converting the current values measured from the power system by each device is communicated with other devices via a communication path. There are communication systems capable of transmitting and receiving. In this communication system, in order to protect the power system, each device detects a system fault in a protection section provided in the power system from a difference current obtained from data transmitted / received to / from other devices, and performs current elimination A method of protection was used.
電流差動方式の保護手法では、例えば、PDH(Plesiochronous Digital Hierarchy)やSDH(Synchronous Digital Hierarchy)等の伝送方式が多く使用されている。PDHやSDHは、54kbps又は1.5Mbpsの通信速度の専用同期通信網であり、データを所定の周期でサイクリック通信するための方式である。 In the current differential protection method, for example, transmission methods such as PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy) and SDH (Synchronous Digital Hierarchy) are often used. PDH and SDH are dedicated synchronous communication networks with a communication speed of 54 kbps or 1.5 Mbps, and are systems for performing cyclic communication of data at a predetermined cycle.
サイクリック通信では、一定時間内に所定の順番通りにデータが送信されるため、データの連続性と同時性が保たれているという特徴がある。しかし、PDHやSDHで用いられる通信網は専用の特殊機器で構成されており、通信網の構築に必要な機器の生産量が、汎用品と比較し極めて少ないため、製品コストやメンテナンスに係る費用の増大が懸念されていた。 Cyclic communication is characterized in that data is transmitted in a predetermined order within a certain time, so that data continuity and simultaneity are maintained. However, the communication network used in PDH and SDH consists of dedicated special equipment, and the production amount of equipment necessary for the construction of the communication network is extremely small compared to general-purpose products. There was concern about the increase.
そこで、通信システムにイーサネット(登録商標)を媒体とする通信ネットワーク(以下、「汎用ネットワーク」、「通信路」とも呼ぶ。)を用いることが検討されてきた。汎用ネットワークでは高速大容量化とコストダウンが進展しており、専用通信網との技術的及びコスト的なギャップが広がっていくことが予想される。そのため、電力系統の安定運用に対してミッションクリティカルである装置においても、汎用ネットワークを用いて通信を行う技術が提案されていた。例えば、特許文献1には、冗長化されていない汎用ネットワークにおいて、他局から送付されたアナログデータと自局で取り込んだアナログデータとのリレー演算の同時性を確保するための技術について開示されている。
Therefore, it has been studied to use a communication network (hereinafter also referred to as “general-purpose network” or “communication path”) using Ethernet (registered trademark) as a medium for the communication system. In general-purpose networks, high-speed and large-capacity and cost reduction are progressing, and it is expected that a technical and cost gap with a dedicated communication network will widen. For this reason, a technique for performing communication using a general-purpose network has been proposed even in an apparatus that is mission-critical for stable operation of a power system. For example,
ただし、このような装置は、通信路に単一の異常が発生しても保護機能を継続することが必要であるため、汎用ネットワークを用いて行われる通信の信頼性を向上させる必要がある。汎用ネットワークを用いた通信の信頼性を向上させるための冗長化通信技術として、HSR(High-availability Seamless Redundancy)及びPRP(Parallel Redundancy Protocol)がある。 However, since such a device needs to continue the protection function even if a single abnormality occurs in the communication path, it is necessary to improve the reliability of communication performed using a general-purpose network. As a redundant communication technique for improving the reliability of communication using a general-purpose network, there are HSR (High-availability Seamless Redundancy) and PRP (Parallel Redundancy Protocol).
ここで、HSRとPRPについて、図1と図2を参照して説明する。
図1は、HSRのネットワークトポロジの一例を示す構成図である。
HSRは、リング状に全てのディジタル保護制御装置100(図中では、装置A〜装置Dと記載する。)が接続されるネットワークトポロジであり、通信路N10のように構成される。図1の説明では、通信路N10に接続されるディジタル保護制御装置100を、装置A〜装置Dと略記する。Here, HSR and PRP will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a configuration diagram illustrating an example of an HSR network topology.
The HSR is a network topology in which all the digital protection control devices 100 (in the drawing, described as devices A to D) are connected in a ring shape, and is configured as a communication path N10. In the description of FIG. 1, the digital
装置Bから装置Dへフレームを送信する場合、装置Bに実装された2つのポート101、102から、各ループに対して同一内容の右回りフレームF11と左回りフレームF12が送信される。装置Aは、受信した右回りフレームF11が自装置宛てでないため、隣の装置Dへ右回りフレームF11を転送する。また、装置Cは、受信した左回りフレームF12が自装置宛てでないため、隣の装置Dに左回りフレームF12を転送する。
When transmitting a frame from the device B to the device D, a clockwise frame F11 and a counterclockwise frame F12 having the same contents are transmitted from the two
フレームの宛先である装置Dは、ネットワークが健全である場合、同一内容である右回りフレームF11と左回りフレームF12を二重で受け取る。仮に、装置A−装置D間で通信異常が発生すると、装置Dは装置Aから右回りフレームF11を受信することはできないが、装置Cから左回りフレームF12を受信可能であるため、通信路の単一異常時に信頼性が向上する。 When the network is healthy, the device D that is the destination of the frame receives the clockwise frame F11 and the counterclockwise frame F12 having the same contents in duplicate. If a communication error occurs between the devices A and D, the device D cannot receive the clockwise frame F11 from the device A, but can receive the counterclockwise frame F12 from the device C. Reliability is improved at the time of a single abnormality.
また、HSRでは、受信装置(例えば、装置D)が右回りと左回りで受信するフレームの内、先着フレームを使用し、後着フレームを破棄する仕様となっている。この仕様により、受信装置は先着フレームのみを処理するため、完全二重化の通信システムと比較して、受信装置が行うフレームの処理が半分になるという特徴がある。また、HSRでは、右回りフレームと左回りフレームはリングを一周せず、半周で宛先となる受信装置に到達するため、ネットワークのトラフィックも半減するという特徴がある。 In addition, HSR has a specification in which a first-arrival frame is used and a later-arrival frame is discarded among frames received by a receiving apparatus (for example, apparatus D) clockwise and counterclockwise. According to this specification, since the receiving apparatus processes only the first-arrived frame, there is a feature that the frame processing performed by the receiving apparatus is halved as compared with the full duplex communication system. In addition, in the HSR, the clockwise frame and the counterclockwise frame do not go around the ring and reach the receiving device that is the destination in a half cycle, and thus the network traffic is also halved.
そして、受信装置がフレームの先着又は後着を判定するためには、右回りと左回りから受信したフレームのいずれが同一であるかを対応付けることが必要となる。このため、受信装置は、フレームの送信元MAC(Media Access Control)アドレスとフレーム内に含まれるシーケンス番号が一致するものを同一フレームとして扱い、先着又は後着の判定に用いている。 In order for the receiving apparatus to determine whether the frame arrives first or later, it is necessary to associate which of the frames received from the clockwise direction and the counterclockwise direction is the same. For this reason, the receiving apparatus treats a frame whose transmission source MAC (Media Access Control) address and the sequence number included in the frame match as the same frame, and uses it for the determination of the first arrival or the second arrival.
図2は、PRPのネットワークトポロジの一例を示す構成図である。
PRPは、物理的に分離したA系ネットワークとB系ネットワーク(以下、「A系」、「B系」とも略記する。)の2つの通信系統で各装置が接続されるネットワークトポロジであり、通信路N20のように構成される。図2の説明では、通信路N20に接続されるディジタル保護制御装置100を、装置A〜装置Dと略記する。装置A〜Cと装置Dとの間には、A系を構成するL2スイッチ110と、B系を構成するL2スイッチ111とが設けられ、L2スイッチ110がA系にフレームを転送し、L2スイッチ111がB系にフレームを転送する。例えば、装置Bから装置Dへフレームを送信する場合、装置Bは、ポート101からA系に向けてA系フレームF21を送信し、ポート102からB系に向けてB系フレームF22を送信する。A系フレームF21とB系フレームF22は同一内容である。ネットワークが健全である場合、A系フレームF21はL2スイッチ110で装置Dに転送され、B系フレームF22はL2スイッチ111で装置Dに転送される。そして、各フレームの宛先である装置Dは、A系フレームF21とB系フレームF22を二重で受信する。仮に、A系に通信異常が発生すると、装置DはA系フレームF21を受信できないが、B系フレームF22を受信可能であるため、通信路の単一異常時に信頼性が向上する。FIG. 2 is a configuration diagram illustrating an example of a PRP network topology.
PRP is a network topology in which each device is connected by two communication systems of physically separated A-system network and B-system network (hereinafter also abbreviated as “A-system” and “B-system”). It is configured as a path N20. In the description of FIG. 2, the digital
またPRPは、HSRと同様にA系とB系で先着フレームを使用し、後着フレームを破棄する仕様であり、受信装置が先着フレームだけを処理するため、完全二重化の通信システムと比較して、受信装置のフレーム処理が半分になるという特徴がある。先着又は後着の判定は、HSRと同様に、フレームの送信元MACアドレスとフレーム内に含まれるシーケンス番号が一致するものを同一フレームとして扱う。 In addition, PRP is a specification that uses first-arrival frames in A-system and B-system, and discards later-arrival frames in the same way as HSR. Since the receiving device processes only the first-arrival frame, compared with a full-duplex communication system. The frame processing of the receiving device is halved. For the first-arrival or late-arrival determination, similar to the HSR, frames whose transmission source MAC address matches the sequence number included in the frame are treated as the same frame.
先に述べたような冗長化された通信路上で電流差動方式による保護システムを構築することで、汎用ネットワークを用いた通信の信頼性を向上させることが可能である。しかし、電流差動方式による保護演算では、同時にサンプリングされた全装置の電流データが揃い、且つそれらのデータの連続性が保たれていることが必須である。しかし、従来のサイクリック通信と異なり、汎用ネットワークを用いた通信ではデータの同時性、連続性が保証されていなかった。このため、汎用ネットワークに大量のデータが送信されていると、L2スイッチ内部のフレーム滞留に起因する通信遅延等によって一定の時間内に受信装置が全てのデータを受信できないことがあり、系統事故を検出し、事故除去を行うまでに時間がかかることがあった。 It is possible to improve the reliability of communication using a general-purpose network by constructing a current differential system protection system on the redundant communication path as described above. However, in the protection operation by the current differential method, it is essential that the current data of all the devices sampled at the same time are prepared and the continuity of the data is maintained. However, unlike conventional cyclic communication, communication using a general-purpose network does not guarantee data simultaneity and continuity. For this reason, if a large amount of data is transmitted to the general-purpose network, the receiving device may not be able to receive all the data within a certain time due to a communication delay caused by frame retention in the L2 switch. It could take some time to detect and remove the accident.
特許文献1に開示された技術では、伝送遅延時間の変動は考慮されておらず、伝送遅延時間の変動が想定される汎用ネットワークへの適用は困難であった。
The technique disclosed in
本発明に係るディジタル保護制御装置は、メモリと、冗長化通信制御部と、通信遅延時間計算部と、保護処理部と、を備える。
メモリには、電力系統の保護に用いられるデータを含む通信フレームがバッファリングされる。
冗長化通信制御部は、冗長化された複数の通信路を介して接続された他のディジタル保護制御装置に対して通信フレームを送信すると共に、他のディジタル保護制御装置が通信路に送信した通信フレームのうち、先着した通信フレームをメモリにバッファリングし、後着した通信フレームを破棄する。
通信遅延時間計算部は、通信路の通信遅延時間を計算し、データの連続性及び同時性が保証される遅延サンプル数を保護処理部に伝える。
保護処理部は、冗長化通信制御部によって通信フレームが遅延サンプル数内に受信された場合に、通信フレームを用いて電力系統の保護のための演算を行い、電力系統に接続された遮断器を制御して、電力系統を保護する。The digital protection control device according to the present invention includes a memory, a redundant communication control unit, a communication delay time calculation unit, and a protection processing unit.
In the memory, communication frames including data used for power system protection are buffered.
The redundant communication control unit transmits a communication frame to another digital protection control device connected via a plurality of redundant communication channels, and communication transmitted from the other digital protection control device to the communication channel. Of the frames, the first communication frame is buffered in the memory, and the last communication frame is discarded.
The communication delay time calculation unit calculates the communication delay time of the communication path, and notifies the protection processing unit of the number of delay samples for which data continuity and simultaneity are guaranteed.
The protection processing unit performs an operation for protection of the power system using the communication frame when the communication frame is received within the number of delay samples by the redundant communication control unit, and sets the circuit breaker connected to the power system. Control and protect the power system.
本発明によれば、ネットワークの伝送遅延時間に関わらず、冗長化通信制御部によって受信される通信フレームをメモリにバッファリングすることにより、データの連続性及び同時性を保証することが可能となり、系統事故の発生時に保護処理部が電力系統に接続された遮断器を制御するため、電力系統を確実に保護することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施の形態例の説明により明らかにされる。According to the present invention, it is possible to guarantee continuity and simultaneity of data by buffering a communication frame received by a redundant communication control unit in a memory regardless of a transmission delay time of a network, Since the protection processing unit controls the circuit breaker connected to the power system when a system fault occurs, the power system can be reliably protected.
Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of embodiments.
[1.第1の実施の形態例]
以下、本発明の第1の実施の形態例に係るディジタル保護制御装置について説明する。本明細書及び図面において、実質的に同一の機能又は構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。[1. First Embodiment]
The digital protection control apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described below. In the present specification and drawings, components having substantially the same function or configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
<ディジタル保護制御装置の内部構成例>
図3は、ディジタル保護制御装置10の内部構成例を示すブロック図である。以下の説明では、図3に示すディジタル保護制御装置10を「自装置」とも呼び、自装置に図4に示すような通信路を介して接続される他のディジタル保護制御装置10を「他装置」とも呼ぶ。<Internal configuration example of digital protection control device>
FIG. 3 is a block diagram showing an example of the internal configuration of the digital
ディジタル保護制御装置10は、主制御部1、主記憶用メモリ2、I/O制御部3、入力変換器4、アナログ入力部5、冗長化通信制御部6、表示部7、操作部8、ROM9を備え、各部はシステムバスB1によって互いに接続されている。そして、ディジタル保護制御装置10は、冗長化された複数の通信路を介して接続された他装置に電流データフレーム(通信フレームの一例)を送信し、他装置によって通信路に送信された電流データフレームを受信する。
The digital
主制御部1は、例えば、CPU(Central Processing Unit)によって構成され、ディジタル保護制御装置10内の各部の動作を制御する。この主制御部1は、通信遅延時間計算部11、保護処理部12を備える。
The
通信遅延時間計算部11は、通信路の通信遅延時間を予め計算し、データの連続性及び同時性が保証される遅延サンプル数を算出して、この遅延サンプル数を保護処理部12に伝える。
保護処理部12は、冗長化通信制御部6によって電流データフレームが遅延サンプル数内に受信された場合に、電流データフレームを用いて電力系統の保護のための演算を行い、系統事故を検出すると電力系統に接続された遮断器20を制御して、電力系統を保護する。このとき、保護処理部12は、サンプルカウンタ21の値から、通信遅延時間計算部が通信系統毎に計算した通信遅延時間の最大値だけ遅れたタイミングで、電流データフレームバッファ22から電流データフレームを読み出す。The communication delay
When the redundant
そして、保護処理部12は、読み出した電流データフレームに含まれる、他装置が取り込んだ電流データを用いて、電力系統を保護するための電流差動リレー演算を行う。例えば、保護処理部12は、自装置の電流データと、他装置の電流データを比較する演算により、比較結果が所定の閾値以内であれば電力系統に異常が生じておらず、比較結果が閾値を超過していれば電力系統に異常が生じていると判断する。そして、保護処理部12は、演算結果に基づいて遮断器20に与える遮断指令又は開放指令をI/O制御部3に出力する。なお、以下の説明では、電流データフレームを、「フレーム」と略記し、電流差動リレー演算を「リレー演算」とも略記する。
And the
主記憶用メモリ2には、各種のデータの書き込み及び読み出しが行われるRAM(Random Access Memory)が用いられる。主記憶用メモリ2は、サンプルカウンタ21、電流データフレームバッファ22を備える。電流データフレームバッファ22には、保護処理部12のリレー演算に用いられるデータを含むフレームがバッファリングされる。また、主記憶用メモリ2には、主制御部1が用いるローカル時刻(時刻の一例)が管理されている。このローカル時刻は、例えば、ディジタル保護制御装置10の電源がオンされると、“0”からカウントが開始される値であるが、GMT(Greenwich Mean Time)であってもよい。
As the
サンプルカウンタ21は、主制御部1によって計数される“0”〜“11”までの値を格納する。また、サンプルカウンタ21の値は、主制御部1の制御により冗長化通信制御部6がフレームを他装置に送信する際に用いられ、他装置から受信したフレームを電流データフレームバッファ22に書き込む際にも用いられる。また、サンプルカウンタ21の値は、保護処理部12が電流データフレームバッファ22からフレームを読み出す際にも用いられる。
The sample counter 21 stores values from “0” to “11” counted by the
電流データフレームバッファ22(通信フレームバッファの一例)は、先着したフレームを、フレームに付されたサンプルカウンタの値毎、かつ、フレームを送信した他のディジタル保護制御装置毎にバッファリングして記憶する。電流データフレームバッファ22には、他装置がフレームの送信時に付与したサンプルカウンタ21の値と、フレームの送信元である他装置の装置IDとをインデックスとして記憶している。ネットワークの伝送遅延時間に関わらず、冗長化通信制御部6によって受信されるフレームを電流データフレームバッファ22がバッファリングすることで、フレームから読み出される電流データの連続性及び同時性を保証することができる。
The current data frame buffer 22 (an example of a communication frame buffer) buffers and stores the first-arrived frame for each value of the sample counter attached to the frame and for each other digital protection control device that has transmitted the frame. . The current
I/O制御部3は、保護処理部12から遮断器20への遮断指令を受け取ると、遮断器20を遮断する制御を行う。また、I/O制御部3は、保護処理部12から遮断器20への開放指令を受け取ると、遮断していた遮断器20を開放する制御を行う。
入力変換器4は、電力系統に接続されたCT(Current Transformer)又はVT(Voltage Transformer)から入力される電力系統の電流を、アナログ入力部5が扱うことのできるレベルのアナログ値(アナログデータ)に変換する。The I /
The
アナログ入力部5は、入力変換器4から入力されたアナログ値に対してA/D変換を実施し、ディジタル化したサンプリングデータ(ディジタルデータ)をシステムバスB1に出力する。このサンプリングデータは、制御部1にてサンプルカウンタ21が付与され、電流データとして用いられる。
The
冗長化通信制御部6は、例えば、FPGA(Field Programmable Gate Array)によって構成されており、通信路インタフェースとして用いられる。そして、冗長化通信制御部6は、自装置のアナログ入力部5によって変換された電流データを載せたフレームを冗長化された通信路に送信する。また、冗長化通信制御部6は、他装置によって通信路に送信されたフレームのうち、先着したフレームを電流データフレームバッファ22にバッファリングし、後着したフレームを破棄する制御を行っている。
The redundant
この冗長化通信制御部6は、送信系として、第1送信用バッファ61A、第1送信部62A、第2送信用バッファ61B、第2送信部62Bを備える。また、冗長化通信制御部6は、受信系として、第1受信部65A、第2受信部65B、先着後着判定回路66、第1受信用バッファ67A、第2受信用バッファ67Bを備える。また、冗長化通信制御部6は、送受信のためのインタフェースとして、第1通信部63、第2通信部64を備える。
The redundant
第1送信用バッファ61Aは、第1通信系に送信されるフレームをバッファリングする。第2送信用バッファ61Bは、第2通信系に送信されるフレームをバッファリングする。第1送信用バッファ61Aと第2送信用バッファ61Bは、フレームの送信タイミングを調整するために設けられる。
The first transmission buffer 61A buffers frames transmitted to the first communication system. The
第1送信部62Aは、第1送信用バッファ61Aにバッファリングされたフレームを第1通信部63に送信する。第2送信部62Bは、第2送信用バッファ61Bにバッファリングされたフレームを第2通信部64に送信する。
The
第1通信部63は、第1通信系にフレームを送信すると共に、他装置によって第1通信系から送信されたフレームを受信する。第2通信部64は、第2通信系にフレームを送信すると共に、他装置によって第2通信系から送信されたフレームを受信する。HSRで構成された通信路であれば第1通信部63は右回りでフレームを送信し、第2通信部64は右回りでフレームを受信するポートとして用いられる。また、第2通信部64は左回りでフレームを送信し、第1通信部63は左回りでフレームを受信するポートとしても用いられる。一方、PRPで構成された通信路であれば第1通信部63はA系でフレームを送受信し、第2通信部64はB系でフレームを送受信するポートとして用いられる。
The
第1受信部65Aは、第1通信部63が受信したフレームを先着後着判定回路66に受け渡す。第2受信部65Bは、第2通信部64が受信したフレームを先着後着判定回路66に受け渡す。
65 A of 1st receiving parts deliver the frame which the
先着後着判定回路66は、第1受信部65Aから受信したフレームと、第2受信部65Bから受信したフレームとの先着又は後着を判定する。
第1受信用バッファ67Aは、第1受信部65Aが受信したフレームをバッファリングする。第2受信用バッファ67Bは、第2受信部65Bが受信したフレームをバッファリングする。第1受信用バッファ67Aと第2受信用バッファ67Bは、フレームの受信速度を調整するために設けられる。The first arrival first
The
表示部7は、例えば、液晶表示機が用いられ、ディジタル保護制御装置10で行われる処理結果等をユーザに表示する。
操作部8は、例えば、スイッチが用いられ、ユーザが所定の操作入力、指示を行うことが可能である。
ROM(Read Only Memory)9には、本実施の形態例に係る各機能を実現するソフトウェアのプログラムコードが記憶される。主制御部1は、ROM9からプログラムコードを読み出して、所定の処理を実行することができる。The
For example, a switch is used for the
A ROM (Read Only Memory) 9 stores a program code of software for realizing each function according to the present embodiment. The
次に、ディジタル保護制御装置10の動作例について、自装置が他装置にフレームを送信する例、自装置が他装置からフレームを受信する例の順に説明する。
Next, an operation example of the digital
まず、自装置が他装置にフレームを送信する例を説明する。
主制御部1は、アナログ入力部5で変換された電流データを、システムバスB1を介して電気角30度ごとに受け取り、電流データと、自装置のローカル時刻より算出したサンプルカウンタ21の値とを載せたフレームを作成する。このフレームは、HSRだけでなく、PRPにも用いられる。主制御部1が行うサンプルカウンタ21の値の算出方法は任意である。例えば、交流波形の1周期を12分割するために“0”〜“11”のサンプルカウンタ21の値を作成するためには、ディジタル保護制御装置10が有するローカル時刻をサンプリング周期時間で除算し、さらにその値を“12”で除算した余りを用いればよい。First, an example in which the own device transmits a frame to another device will be described.
The
主制御部1は、作成したフレームを、冗長化通信制御部6内の第1送信用バッファ61A及び第2送信用バッファ61Bに書き込む。第1送信用バッファ61Aに書き込まれたフレームは、第1送信部62Aを経由して、第1通信部63から通信路を経て他装置に送信される。一方、第2送信用バッファ61Bに書き込まれたフレームは、第2送信部62Bを経由して、第2通信部64から通信路を経て他装置に送信される。このフレームはブロードキャスト又はマルチキャストで全装置に一斉送信されてもよいし、ユニキャストで個別の装置に向けて送信されてもよい。
The
次に、自装置が他装置からフレームを受信する例を説明する。
冗長化通信制御部6内の第1通信部63が通信路から他装置によって送信されたフレームを受信すると、第1受信部65Aを経由して、先着後着判定回路66へフレームが渡される。また、第2通信部64が通信路から他装置によって送信されたフレームを受信すると、第2受信部65Bを経由して、先着後着判定回路66へフレームが渡される。Next, an example in which the own device receives a frame from another device will be described.
When the
先着後着判定回路66は、第1受信部65Aと第2受信部65Bから受け取ったフレームの内、先着であると判定したフレーム(このフレームを「先着フレーム」と呼ぶ。)を、第1受信用バッファ67A又は第2受信用バッファ67Bに書き込む。一方、先着後着判定回路66は、後着であると判定したフレームを破棄する。
The first-arrival / first-
その後、主制御部1は、冗長化通信制御部6内の第1受信用バッファ67A又は第2受信用バッファ67Bから先着フレームを読み込む。そして、主制御部1は、サンプルカウンタ21の値と送信元装置IDをインデックスとして付与して、電流データフレームバッファ22にバッファリングする。送信元装置IDは、送信元装置のMACアドレスや、送信元装置に一意に付番された装置番号等の、装置を特定できる唯一のものであれば種類は問わない。
Thereafter, the
<HSRの問題点>
次に、右回りと左回りとでフレームの通信遅延時間が大きく異なるHSRの問題点について、図4〜図8を参照して説明する。
図4は、HSRのネットワークトポロジの一例を示す構成図である。図4Aは、通信路に異常が生じていない例を示し、図4Bは、装置A−B間に単一異常が生じた例を示す。<Problems of HSR>
Next, the problem of HSR in which the communication delay time of frames differs greatly between clockwise and counterclockwise will be described with reference to FIGS.
FIG. 4 is a configuration diagram illustrating an example of an HSR network topology. FIG. 4A shows an example in which no abnormality has occurred in the communication path, and FIG. 4B shows an example in which a single abnormality has occurred between the devices AB.
図4に示すHSRで構成される通信路N1は、上述した図1に示したように、全てのディジタル保護制御装置10(図中では、装置A〜装置Dと記載する。)がリング状に接続されたものである。以下の説明では、通信路N1に接続されたディジタル保護制御装置10を、装置A〜装置Dと略記する。
As shown in FIG. 1 described above, all the digital protection control devices 10 (referred to as devices A to D in the figure) are ring-shaped in the communication path N1 configured by the HSR shown in FIG. It is connected. In the following description, the digital
図4Aに示すように通信路N1では、装置A−B間、装置B−C間の通信遅延時間は共に0.5msであるものの、装置A−D間は2.0ms、装置C−D間は1.0msのように通信遅延時間が異なる。通信路が健全である場合、通信遅延時間が0.5msである左回りフレームF1が常に装置Bに先着し、バッファリングされる。その後、通信遅延時間が3.5msである右回りフレームF2が装置Bに後着すると、装置Bによって右回りフレームF2が破棄される。 As shown in FIG. 4A, in the communication path N1, the communication delay time between the devices A and B and between the devices BC is 0.5 ms, but between the devices A and D is 2.0 ms, and between the devices C and D. Is different in communication delay time such as 1.0 ms. When the communication path is healthy, the counterclockwise frame F1 with a communication delay time of 0.5 ms always arrives first at the apparatus B and is buffered. Thereafter, when the clockwise frame F2 having a communication delay time of 3.5 ms arrives at the apparatus B later, the clockwise frame F2 is discarded by the apparatus B.
図4Bに示すように装置A−B間の通信路に異常が生じると、装置Bが装置Aから受信するフレームは右回りフレームF2だけとなる。このとき、通信遅延時間は3.5msである。 As shown in FIG. 4B, when an abnormality occurs in the communication path between apparatuses A and B, the frame that apparatus B receives from apparatus A is only the clockwise frame F2. At this time, the communication delay time is 3.5 ms.
<通信路に異常が発生したときのフレーム>
次に、フレームのタイムチャートについて説明する。
図5は、通信路に異常が発生し、フレームの受信遅れが発生したときにおけるフレームのタイムチャートである。
図6は、装置Bの電流データフレームバッファ22にバッファリングされるフレームの例を示す。図6Aはサンプルカウンタ“0”、図6Bはサンプルカウンタ“1”、図6Cはサンプルカウンタ“2”、図6Dはサンプルカウンタ“3”、図6Eはサンプルカウンタ“4”におけるバッファリングされたフレームの例を示す。
図5と図6において、サンプルカウンタ21の値を「サンプルカウンタ」と記載する。<Frame when an error occurs in the communication path>
Next, a frame time chart will be described.
FIG. 5 is a time chart of a frame when an abnormality occurs in the communication path and a frame reception delay occurs.
FIG. 6 shows an example of a frame buffered in the current
5 and 6, the value of the
図5に示すタイムチャートは、アナログ入力部5が電流値を電気角30度毎にサンプリングする“0”〜“11”のサンプルカウンタ毎に、各装置がどのようにフレームを送信するかを表している。1つずつのサンプルカウンタの期間は、例えば、電力系統の電源周波数が50Hzのときに約1.67ms(=1/50/12)である。この例では、装置A,C,Dが、それぞれ装置Bに送信するフレームが示される。図中に実線で示す矢印31は、サンプルカウンタが“0”の時に装置A、C、Dから送信された装置B宛のフレームである。破線で示す矢印32は、サンプルカウンタが“1”の時に装置A、C、Dから送信された装置B宛のフレームである。一点鎖線で示す矢印33は、サンプルカウンタが“2”の時に装置A、C、Dから送信された装置B宛のフレームである。図中の網掛け部は、装置A−B間の伝送路で異常が発生し、フレームの送受信ができなくなっていることを表す。そして、両矢印34は、装置Bが装置Aのフレームを受信することができなくなる期間を表す。
The time chart shown in FIG. 5 represents how each device transmits a frame for each sample counter of “0” to “11” in which the
図6には、装置Bが装置A,C,Dから受信するフレームを電流データフレームバッファ22にバッファリングするためのバッファ領域がサンプルカウンタ“0”〜“11”に対応して設けられていることが示される。図中の塗りつぶしたバッファ領域には装置Bが受信したフレームがバッファリングされ、塗りつぶしていないバッファ領域にはフレームがバッファリングされていないことを表す。なお、電流データフレームバッファ22には、装置B自身が作成し、他装置A、C、Dに送信するフレームについてもバッファリングされている。
In FIG. 6, buffer areas for buffering frames received by the device B from the devices A, C and D in the current
例えば、図5に示すサンプルカウンタ“0”の時に装置A、C、Dが送信したフレームは、サンプルカウンタ“0”の間に装置Bで受信される。図6Aに示すように装置Bの電流データフレームバッファ22には、サンプルカウンタ“0”で装置A、B、Cから送信されたフレームがバッファリングされる。このため、サンプルカウンタ“1”の時に装置Bが行うリレー演算には、サンプルカウンタ“0”で各装置が装置Bに送信したフレームに載せられた電流データが使用される。すなわち、このときの遅延サンプル数は“1”である。
For example, the frames transmitted by the devices A, C, and D when the sample counter is “0” shown in FIG. 5 are received by the device B during the sample counter “0”. As shown in FIG. 6A, in the current
同様に、図5に示すサンプルカウンタ“1”の時に、装置A、C、Dが送信したフレームは、サンプルカウンタ“1”の間に装置Bで受信される。図6Bに示すように装置Bの電流データフレームバッファ22には、サンプルカウンタ“1”で装置A、B、Cから送信されたフレームがバッファリングされる。このため、サンプルカウンタ“2”のときに装置Bが行うリレー演算には、サンプルカウンタ“1”で各装置が装置Bに送信した電流データが使用される。このようにサンプルカウンタ“0”、“1”において、装置A〜Dの全てのバッファ領域にフレームがバッファリングされている状態では、フレームの連続性を保証できている。
Similarly, when the sample counter is “1” shown in FIG. 5, the frames transmitted by the devices A, C, and D are received by the device B during the sample counter “1”. As shown in FIG. 6B, in the current
ここで、サンプルカウンタ“1”の途中で、装置A−B間の通信路に異常が発生した場合を考える。
通信路に単一異常が発生すると、装置Bは、装置Aからの左回りフレームF1を受信できなくなる。サンプルカウンタ“2”のときには、装置Bは装置Aからフレームを受信できないため、装置Bのバッファ領域にフレームをバッファリングすることができない。なお、装置Aは、サンプルカウンタ“2”の時に、右回りフレームF2を送信する。
その後、図6C、図6Dに示すようにサンプルカウンタが“2”、“3”に増加した後も、装置Bのバッファ領域にフレームはバッファリングされていない。Here, consider a case where an abnormality occurs in the communication path between apparatuses A and B in the middle of the sample counter “1”.
When a single abnormality occurs in the communication path, apparatus B cannot receive the counterclockwise frame F1 from apparatus A. When the sample counter is “2”, the device B cannot receive the frame from the device A, and therefore cannot buffer the frame in the buffer area of the device B. Device A transmits a clockwise frame F2 when the sample counter is “2”.
After that, as shown in FIGS. 6C and 6D, the frame is not buffered in the buffer area of the device B even after the sample counter has increased to “2” and “3”.
装置Bは、サンプルカウンタ“4”にならなければ、サンプルカウンタ“2”で装置Aから送信されたフレームを受信することができない。装置Bは、サンプルカウンタ“4”になったタイミングで装置Aがサンプルカウンタ“2”で送信した通信遅延時間の大きい右回りフレームF2を受信すると、図6Eに示すように装置Bのバッファ領域にフレームをバッファリングすることができる。このように通信路に単一異常が発生すると、装置Bが、サンプルカウンタ“1”のフレームを受信した後、サンプルカウンタ“2”のフレームを受信するまでの受信間隔が長くなってしまう。すなわち、遅延サンプルを“1”としていると、サンプルカウンタ“3”のときには、装置Aのサンプルカウンタ“2”のフレームが受信されていないため、フレームの同時性を保つことができなくなる。 The device B cannot receive the frame transmitted from the device A with the sample counter “2” unless it reaches the sample counter “4”. When the device B receives the clockwise frame F2 having a large communication delay time transmitted from the device A at the sample counter “4” at the timing when the device reaches the sample counter “4”, the device B enters the buffer area of the device B as shown in FIG. 6E. Frames can be buffered. When a single abnormality occurs in the communication path in this way, the reception interval from when device B receives the frame of sample counter “1” to the reception of the frame of sample counter “2” becomes long. That is, if the delay sample is set to “1”, when the sample counter is “3”, the frame of the sample counter “2” of the device A has not been received, so that it is impossible to maintain the frame synchronism.
この受信間隔はフレームの右回りと左回りにおける通信遅延の時間差に依存している。この受信間隔が電流差動演算の周期より長くなった場合、装置Bには、全装置(装置A,C,D)から送信されるフレームを揃えられない期間が発生し、その間は電力系統の保護機能がロックされる。保護機能のロック中に系統事故が発生した場合、電力系統に被害が及ぶ可能性がある。 This reception interval depends on the time difference between the communication delays in the clockwise and counterclockwise directions of the frame. When this reception interval becomes longer than the period of current differential calculation, a period in which frames transmitted from all apparatuses (apparatuses A, C, and D) cannot be aligned occurs in apparatus B, and during that period, the power system The protection function is locked. If a grid fault occurs while the protective function is locked, the power grid may be damaged.
<通信路の異常が回復したときのフレーム>
次に、通信路の異常が回復した場合におけるフレームのタイムチャートについて説明する。
図7は、通信路の異常が回復したときにおけるフレームのタイムチャートである。
図8は、装置Bの電流データフレームバッファ22にバッファリングされるフレームの例を示す。図8Aはサンプルカウンタ“2”、図8Bはサンプルカウンタ“3”、図8Cはサンプルカウンタ“4”におけるバッファリングされたフレームの例を示す。
図7と図8においても、サンプルカウンタ21の値を「サンプルカウンタ」と記載する。<Frame when communication path error is recovered>
Next, a frame time chart when the communication path abnormality is recovered will be described.
FIG. 7 is a time chart of the frame when the communication path abnormality is recovered.
FIG. 8 shows an example of a frame buffered in the current
7 and 8, the value of the
図7に示すタイムチャートにおいて、図中に実線で示す矢印41は、サンプルカウンタが“2”の時に装置A、C、Dから送信された装置B宛のフレームである。破線で示す矢印42は、サンプルカウンタが“3”の時に装置A、C、Dから送信された装置B宛のフレームである。一点鎖線で示す矢印43は、サンプルカウンタが“4”の時に装置A、C、Dから送信された装置B宛のフレームである。そして、両矢印44は、装置Bが受信するフレームに不連続が発生する期間を表す。
In the time chart shown in FIG. 7, an
図7に示すようにサンプルカウンタ“0”、“1”の期間で装置Bと装置Aの間に発生した通信異常が継続している。ただし、図5に示したように装置Bと装置Aの間における受信間隔が一時的に長くなった後は、通信路の異常が継続していても装置Bが装置Aからの右回りフレームF2を受信するため、保護機能のロックは解除される。なお、サンプルカウンタ“0”、“1”の時にも装置A、C、Dが装置Bにフレームを送信しているが、図7と図8では共に記載を省略する。 As shown in FIG. 7, the communication abnormality occurring between the apparatuses B and A during the sample counters “0” and “1” continues. However, after the reception interval between apparatus B and apparatus A temporarily increases as shown in FIG. 5, apparatus B receives clockwise frame F2 from apparatus A even if the communication path continues to be abnormal. Is received, the protection function is unlocked. Note that the devices A, C, and D transmit frames to the device B even when the sample counters are “0” and “1”, but the description is omitted in both FIG. 7 and FIG.
図7に示すようにサンプルカウンタ“2”、“3”の間で装置A−B間の通信路の異常が回復した場合を想定する。このとき、装置Bでは、サンプルカウンタ“2”で装置Aから送信された通信遅延時間の大きい右回りフレームF2を受信する前に、サンプルカウンタ“3”で装置Aから送信された通信遅延時間の小さい左回りフレームF1を受信する。そして、図8Bに示すようにサンプルカウンタ“3”の時に装置C、Dが送信したフレームが装置Bで受信され、図8Cに示すようにサンプルカウンタ“4”の時に装置A、C、Dが送信したフレームが装置Bで受信される。なお、図8Cでは、各フレームが装置Bに受信された順番をバッファ領域内に(1)〜(3)と示している。ここで、装置A、装置Cから送信されたフレームは装置Bに同時に受信されるので、共に(1)としている。通信路の異常が回復した後、サンプルカウンタ“4”の時には、装置Bが“3”、“2”、“4”の順でフレームを受信するため、装置Bが受信したフレームに不連続が発生する。 As shown in FIG. 7, it is assumed that the communication path abnormality between the apparatuses A and B is recovered between the sample counters “2” and “3”. At this time, in the device B, before receiving the clockwise frame F2 having a large communication delay time transmitted from the device A by the sample counter “2”, the communication delay time transmitted from the device A by the sample counter “3” is determined. A small counterclockwise frame F1 is received. Then, as shown in FIG. 8B, the frame transmitted by the devices C and D when the sample counter is “3” is received by the device B, and when the sample counter is “4” as shown in FIG. 8C, the devices A, C, and D The transmitted frame is received by apparatus B. In FIG. 8C, the order in which the frames are received by the device B is indicated as (1) to (3) in the buffer area. Here, since the frames transmitted from the devices A and C are simultaneously received by the device B, both are set to (1). After the communication path abnormality is recovered, when the sample counter is “4”, since the device B receives frames in the order of “3”, “2”, “4”, there is a discontinuity in the frame received by the device B. Occur.
しかし、冗長化された通信路の異常時に発生するフレームの同時性及び連続性を保証し、シームレスな運用を行うことが可能とすることが必要である。そして、ディジタル保護制御装置10が電流差動方式のリレー演算を行うためには、自装置が他の全ての装置から同一のサンプルカウンタで送信されたフレームを受信して揃えなければならない。このため、主制御部1は、通信遅延時間を考慮して、サンプルカウンタ21の値より遅れたタイミングで電流データフレームバッファ22からフレームを読み出し、リレー演算を行う。
However, it is necessary to guarantee the simultaneity and continuity of frames that occur when a redundant communication path is abnormal and to enable seamless operation. In order for the digital
しかし、リレー演算で使用されるカウンタの遅れを、通信路が健全である時の最短値とすると、フレームの到着がわずかに遅れても、許容される通信遅延時間内に全ての装置から送信されたフレームを揃えられず、受信したフレームの連続性を保証できなくなる。このため、最大遅延時間に相当するサンプル数だけ、リレー演算で使用されるカウンタを遅らせておけば、通信路に異常が発生し、異常から回復した時であっても全ての装置から送信されたフレームを揃えることができる。 However, if the delay of the counter used in the relay calculation is the shortest value when the communication path is sound, even if the arrival of the frame is slightly delayed, it is transmitted from all devices within the allowable communication delay time. As a result, the continuity of received frames cannot be guaranteed. For this reason, if the counter used in the relay calculation is delayed by the number of samples corresponding to the maximum delay time, an error has occurred in the communication path, and even when the error has been recovered, all devices have transmitted the error. Frames can be aligned.
また、最大遅延時間の制約は余裕度が大きいため、実際の遅延時間とは乖離している。そして、受信装置がフレームを受信したタイミングが遅いと、このフレームから読み出した電流データを用いるリレー演算の開始も遅れてしまう。結果的に、系統事故が発生してから、保護処理部12が遮断器20の開放指令を出力するまでの時間が長くなるので、電力系統の保護の観点からは好ましくない。
Moreover, since the maximum delay time constraint has a large margin, it deviates from the actual delay time. If the timing at which the receiving apparatus receives the frame is late, the start of the relay calculation using the current data read from this frame is also delayed. As a result, it takes a long time from the occurrence of a system fault until the
このため、第1の実施の形態例に係るディジタル保護制御装置10においては、通信路に適用されるネットワークトポロジに応じて、通信路に単一異常が発生した際の通信遅延時間を事前に算出しておく。そして、ディジタル保護制御装置10は、算出した通信遅延時間に相当するサンプル数だけカウンタを遅らせる。これにより、主制御部1がリレー演算に使用するフレームの連続性を保証することが可能となり、かつリレー演算を無用に遅延させることが無くなる。
For this reason, in the digital
HSRにおいて通信遅延時間を算出する方法の一例を以下に説明する。
図4に示したように4台の装置A〜DによってネットワークN1が構成されているものとする。ここでは、装置Aに焦点を当てて説明する。An example of a method for calculating the communication delay time in the HSR will be described below.
As shown in FIG. 4, it is assumed that the network N1 is configured by four devices A to D. Here, a description will be given focusing on the apparatus A.
装置Aは、通信路の通信遅延時間を計測するために用いる、遅延時間計測用フレームを全装置に向けて一定周期で送信する。この遅延時間計測用フレームには、装置Aのローカル時刻が送信タイミングを示す情報として載せられているものとする。そして、装置A〜Dのローカル時刻は、同期が確立している状態であるとする。 The device A transmits a delay time measurement frame used for measuring the communication delay time of the communication path to all devices at a constant period. It is assumed that the local time of the device A is placed in the delay time measurement frame as information indicating transmission timing. The local times of the devices A to D are assumed to be in a state where synchronization is established.
通常のHSRでは、装置Aが右回り及び左回りの両経路に同一データのフレームを送信するので、装置Aは、通常時は遅延時間の早い経路を経由する先着フレームしか受信しない。しかし、本実施の形態例においては、装置Aの冗長化通信制御部6は、右回り及び左回りの片方向ずつ順にフレームを送信することで、遅延時間の早い経路を経由する先着フレームばかりか、遅延時間の遅い経路を経由する後着フレームも受信する。これにより、装置Aの通信遅延時間計算部11は、冗長化通信制御部6が送信したフレームを受信するまでの時間に基づいて通信系統毎に通信遅延時間を計算する。すなわち、装置Aは、右回りの遅延時間と、左回りの遅延時間とを個別に求めることが可能となる。
In normal HSR, device A transmits frames of the same data on both the clockwise and counterclockwise routes, so that device A normally receives only the first-arrived frame via the route with a fast delay time. However, in the present embodiment, the redundant
ここで、装置Aに対する装置B、C、Dの通信遅延時間について説明する。
図9は、装置Aが算出した装置B、C、Dとの通信遅延時間の例を示す説明図である。Here, communication delay times of apparatuses B, C, and D with respect to apparatus A will be described.
FIG. 9 is an explanatory diagram illustrating an example of the communication delay time with the devices B, C, and D calculated by the device A.
装置Aは、ネットワークに接続されている全ての装置B、C、Dから遅延時間計測用フレームを受信した時点で、右回りの経路と、左回りの経路の通信遅延時間を算出し、最大通信遅延時間を求める。右回りの経路と、左回りの経路の通信遅延時間の和が通信路全体の最大遅延時間である。 When the device A receives the delay time measurement frames from all the devices B, C, and D connected to the network, the device A calculates the communication delay times of the clockwise route and the counterclockwise route, and performs maximum communication. Find the delay time. The sum of the communication delay times of the clockwise route and the counterclockwise route is the maximum delay time of the entire communication channel.
例えば、装置Bが送信したフレームが装置Aに到達するまでの通信遅延時間は、装置Bを起点として右回りの経路であれば0.5msであり、左回りの経路であれば3.5msである。このため、最大通信遅延時間は、4.0ms(=0.5ms+3.5ms)となる。装置C、Dが送信したフレームが装置Aに到達するまでの通信遅延時間についても同様に求められる。 For example, the communication delay time until the frame transmitted by the device B reaches the device A is 0.5 ms for the clockwise route starting from the device B, and 3.5 ms for the counterclockwise route. is there. For this reason, the maximum communication delay time is 4.0 ms (= 0.5 ms + 3.5 ms). The communication delay time until the frames transmitted by the devices C and D reach the device A is also obtained in the same manner.
そして、通信遅延時間計算部11は、求めた最大遅延時間を1サンプルあたりの時間で割ることにより、通信路に単一異常が発生した場合でもフレームの連続性及び同時性が保証される遅延サンプル数を算出する。図4に示した例では、通信路全体の最大遅延時間は4.0msであり、この値を、例えば50Hz系統における1サンプルあたりの時間(1.67ms)で割ると約2.4サンプルとなる。このため、解(2.4サンプル)を切り上げた3サンプルだけ遅延させたサンプルカウンタ21の値をリレー演算に用いればよい。なお、60Hz系統では最大遅延時間(4.0ms)を1サンプルあたりの時間(1.388ms)で割ると約2.8サンプルとなる。この場合も、解(2.8サンプル)を切り上げた3サンプルだけ遅延させたサンプルカウンタ21の値をリレー演算に用いればよい。
Then, the communication delay
すなわち、サンプルカウンタ“3”であるリレー演算では、各装置がサンプルカウンタ“0”の時に送信したフレームから取り出した電流データを使用する。同様に、サンプルカウンタ“4”のリレー演算では、各装置がサンプルカウンタ“1”の時に送信したフレームから取り出した電流データを使用する。このように遅延させたサンプルカウンタ21の値をリレー演算に用いることで、通信路のいかなる箇所に単一異常が発生し、回復しても、フレームの連続性を保ち、さらにはリレー演算で使用する電流データの連続性をも保つことが可能となる。
That is, in the relay calculation with the sample counter “3”, the current data extracted from the frame transmitted when each device is the sample counter “0” is used. Similarly, in the relay calculation of the sample counter “4”, the current data extracted from the frame transmitted when each device is the sample counter “1” is used. By using the value of the
なお、全ての装置間でローカル時刻の同期が確立している状態であれば、装置Aから遅延時間計測用フレームを受信した装置B〜Dであっても、自装置のローカル時刻との差分を取ることで、装置Aとの通信遅延時間を求めることができる。ここでは装置Aの送信に焦点を当てたが、全ての装置は上記のように遅延時間計測用フレームを送信することができる。 If the synchronization of the local time is established among all the devices, even if the devices B to D that have received the delay time measurement frame from the device A, the difference from the local time of the own device is calculated. By taking this, the communication delay time with the device A can be obtained. Although the focus is on the transmission of the device A here, all the devices can transmit the delay time measurement frame as described above.
以上説明した第1の実施の形態例に係るディジタル保護制御装置10によればHSRで構成される冗長化された通信路に単一異常が発生した際に、電力系統の保護を継続するために必要なフレーム(データ)の連続性及び同時性を保証することができる。
According to the digital
また、ディジタル保護制御装置10は、通信路に発生した異常が回復した後にも、フレーム(データ)の連続性及び同時性を保証することができる。このため、通信路の異常発生から回復に至るまでの間でフレーム(データ)の欠損がなくなり、シームレスな運用を行うことが可能となる。
Further, the digital
なお、第1の実施の形態例では、HSRによる遅延時間計測を説明した。しかし、PRPはループのネットワークトポロジでない。このため、HSRでは通信路全体の最大遅延時間を右回りと左回りの通信遅延時間の和で求めたところを、PRPではA系とB系の通信遅延時間のうち、大きい通信遅延時間を最大通信遅延時間とすればよい。
また、第1の実施の形態例では、電流差動方式のリレー演算について説明したが、リレー演算の方式は問わない。In the first embodiment, delay time measurement by HSR has been described. However, PRP is not a loop network topology. For this reason, in HSR, the maximum delay time of the entire communication path is calculated as the sum of the clockwise and counterclockwise communication delay times. In PRP, the largest communication delay time among the A system and B system communication delay times is maximized. The communication delay time may be used.
In the first embodiment, the current differential relay calculation has been described. However, the relay calculation method is not limited.
また、通信路全体の通信遅延時間が動的に変動する可能性がある場合は、各装置が周期的にネットワークの通信遅延時間を計測し、リレー演算で使用するサンプルカウンタを再計算してもよい。通信路全体の遅延が動的に変動する可能性がある場合は、ここで計算したサンプルカウンタに対して、さらに裕度を持たせてもよい。 In addition, if there is a possibility that the communication delay time of the entire communication path will change dynamically, each device may periodically measure the communication delay time of the network and recalculate the sample counter used in the relay calculation. Good. If there is a possibility that the delay of the entire communication path may change dynamically, the sample counter calculated here may be given a margin.
また、第1の実施の形態例では、遅延時間計測のために専用のフレームを送受信する例を説明したが、他のフレームと兼用してもよいし、別の方法で遅延時間を求めることができればそれでもよい。 In the first embodiment, an example in which a dedicated frame is transmitted and received for delay time measurement has been described. However, the frame may be shared with other frames, or the delay time may be obtained by another method. If you can, that's fine.
[2−1.第2の実施の形態例(PRPでの時刻同期)]
次に、本発明の第2の実施の形態例に係るディジタル保護制御装置について説明する。第2の実施の形態例に係るディジタル保護制御装置のローカル時刻と、他装置のローカル時刻は必ずしも同期していないため、自装置と他装置のローカル時刻を同期させることが必要となる。[2-1. Second Embodiment (Time Synchronization with PRP)]
Next, a digital protection control apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described. Since the local time of the digital protection control apparatus according to the second embodiment is not necessarily synchronized with the local time of the other apparatus, it is necessary to synchronize the local time of the own apparatus and the other apparatus.
<ディジタル保護制御装置の内部構成例>
図10は、ディジタル保護制御装置10Aの内部構成例を示すブロック図である。ディジタル保護制御装置10Aが有する機能ブロックの内、第1の実施の形態例に係るディジタル保護制御装置10と同じ符号を付した機能ブロックは実質的に同一の機能を有している。<Internal configuration example of digital protection control device>
FIG. 10 is a block diagram showing an example of the internal configuration of the digital
主制御部1Aは、上述した通信遅延時間計算部11、保護処理部12に加えて、受信ポート判定部13、時刻同期演算部14を備える。
The
受信ポート判定部13は、冗長化通信制御部6が受信する先着したフレームが送信された通信系統がA系、B系のいずれであるかを判定する通信系統判定部の一例として用いられる。この受信ポート判定部13は、ポートとして用いられる第1通信部63と第2通信部64のいずれがフレームを受信したかを判定することで、先着受信したフレームがA系又はB系のいずれの通信路を経たのかを把握することができる。そして、受信ポート判定部13は、受信ポートの判定結果を時刻同期演算部14に出力する。
The reception
時刻同期演算部14は、受信ポート判定部13によって判定された通信系統に対して、冗長化通信制御部6が他装置との間で送受信したフレームにより、他装置との間で主記憶用メモリ2に管理されるローカル時刻を同期する。例えば、時刻同期演算部14は、フレームを受信したポート(第1通信部63又は第2通信部64)の情報に基づいて、A系又はB系の通信路の経路遅延値を算出し、自装置が管理するローカル時刻を、他装置が管理するローカル時刻と同期する演算を行う。時刻同期演算部14が行うローカル時刻の同期演算については詳細な処理を後述する。
The time
電流差動保護方式による保護演算においては、冗長化された通信路で接続された全ての装置で同時にサンプリングされた電流データを使用する。このため、ネットワークに接続された全ての装置が有するアナログ入力部5のサンプルタイミングを高精度に同期させる必要がある。ネットワークを用いた時刻同期方式として、NTP(Network Time Protocol)、SNTP(Simple Network Time Protocol)、PTP(Precision Time Protocol)等が挙げられる。ネットワーク上でサンプルタイミングを同期させるための手法は種々ある。ここでは、その手法の1つであるIEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers)1588−2008で規定されるPTPを用いた例を説明する。
In the protection calculation by the current differential protection method, current data sampled at the same time by all devices connected through redundant communication paths is used. For this reason, it is necessary to synchronize the sample timing of the
PTPは、ローカル時刻の基準となる主局と、主局にローカル時刻を合わせる従局とで構成される。PTPは、主局と従局間および従局と従局間で時刻情報を交換することで通信遅延とローカル時刻の差分を計算し、ローカル時刻の差分だけ従局のローカル時刻を補正することにより、主局と従局のローカル時刻を同期する手法である。PTPにはEnd To End-Delay Measurement方式と、Peer To Peer-Delay Measurement方式とがある。ここでは、PTPのEnd To End-Delay Measurement方式について説明する。 The PTP includes a master station that serves as a reference for local time and a slave station that adjusts the local time to the master station. The PTP calculates the difference between the communication delay and the local time by exchanging time information between the master station and the slave station and between the slave station and the slave station, and corrects the local time of the slave station by the difference of the local time. This is a method of synchronizing the local time of the slave station. PTP includes an end-to-end-delay measurement method and a peer-to-peer-delay measurement method. Here, the PTP End To End-Delay Measurement method will be described.
<PTPの実行手順>
図11は、冗長化されていない通信路におけるPTPの実行手順の例を示すフローチャートである。
図12は、図11の処理において、PTPのEnd To End-Delay Measurement方式により主局と従局の間で行われるメッセージ通知の一例を示すシーケンス図である。図12には、図11において、主局と従局が互いにメッセージを通知する処理に対応するステップ番号が付されている。主局はHSR(図1を参照。)又はPRP(図2を参照。)における装置B、従局は装置Dとして良いが、主局と従局の関係は一意に定まるものではない。以下の説明で用いる時刻とは、主局と従局がそれぞれ管理するローカル時刻から求められた値を表す。メッセージは、主局と従局が互いに送受信するフレームに含まれているものとする。<PTP execution procedure>
FIG. 11 is a flowchart illustrating an example of a PTP execution procedure in a communication path that is not redundant.
FIG. 12 is a sequence diagram showing an example of message notification performed between the master station and the slave station by the PTP End To End-Delay Measurement method in the process of FIG. In FIG. 12, step numbers corresponding to the processes in which the master station and the slave station notify each other of messages in FIG. 11 are given. The master station may be the device B and the slave station in the HSR (see FIG. 1) or PRP (see FIG. 2), and the slave station may be the device D, but the relationship between the master station and the slave station is not uniquely determined. The time used in the following description represents a value obtained from the local time managed by the master station and the slave station. It is assumed that the message is included in a frame transmitted and received between the master station and the slave station.
始めに、主局は、従局にSyncメッセージを送信する(S1)。このとき、主局はSyncメッセージの送信時刻t1を記憶する(S2)。従局は、Syncメッセージを受信すると、Syncメッセージの受信時刻t2を記憶する(S3)。 First, the master station transmits a Sync message to the slave station (S1). At this time, the main station stores the transmission time t1 of the Sync message (S2). When the slave station receives the Sync message, the slave station stores the reception time t2 of the Sync message (S3).
主局は、次のいずれかの方法で送信時刻t1を従局に通知する(S4)。第1の方法は、Syncメッセージに送信時刻t1の情報を載せる方法(1step方式)である。第2の方法は、Syncメッセージに続くFollow_upメッセージに送信時刻t1の情報を載せる方法(2step方式)である。 The master station notifies the slave station of the transmission time t1 by one of the following methods (S4). The first method is a method (1 step method) in which information of transmission time t1 is included in the Sync message. The second method is a method (2-step method) in which information of transmission time t1 is included in the Follow_up message following the Sync message.
続いて、従局は、主局にDelay_Reqメッセージを送信する(S5)。このとき、従局はDelay_Reqメッセージの送信時刻t3を記憶する(S6)。主局は、Delay_Reqメッセージを受信すると、Delay_Reqメッセージの受信時刻t4を記憶する(S7)。 Subsequently, the slave station transmits a Delay_Req message to the master station (S5). At this time, the slave station stores the transmission time t3 of the Delay_Req message (S6). When receiving the Delay_Req message, the master station stores the reception time t4 of the Delay_Req message (S7).
そして、主局はDelay_Respメッセージに受信時刻t4の情報を載せ、受信時刻t4を従局に通知する(S8)。Delay_Respメッセージを受信した従局は、t1,t2,t3,t4から、主局と従局間の通信遅延、時刻の差分を計算する(S9)。通信遅延の計算に際して、主局と従局間の通信遅延が往復路で等しいという前提がある。従って、片道の通信遅延tdの計算は次式(1)で表され、主局と従局の時刻の差分tdiffは次式(2)で表される。そして、tdiffをもって、主局と従局は時刻を同期することができる。 Then, the master station puts information on the reception time t4 in the Delay_Resp message and notifies the slave station of the reception time t4 (S8). The slave station that has received the Delay_Resp message calculates the communication delay and time difference between the master station and the slave station from t1, t2, t3, and t4 (S9). In calculating the communication delay, there is a premise that the communication delay between the master station and the slave station is equal in the round trip path. Accordingly, the calculation of the one-way communication delay td is expressed by the following equation (1), and the time difference tdiff between the master station and the slave station is expressed by the following equation (2). With tdiff, the master station and the slave station can synchronize the time.
td = { ( t4 − t3 ) + ( t2 − t1 ) } / 2 …式(1)
tdiff = {(t4 − t3 ) − ( t2 − t1 ) } / 2 …式(2)td = {(t4 − t3) + (t2 − t1)} / 2 Equation (1)
tdiff = {(t4−t3) − (t2−t1)} / 2 Equation (2)
通常のスター型のネットワークトポロジであれば、通信路が冗長化されておらず主局と従局間の経路は唯一である。このため、図11と図12に示した手法で通信遅延を一意に計算することで、主局と従局の時刻同期を問題なく確立できる。しかし、PRPのように冗長化された通信路で上記手法を適用する場合、主局と従局間の経路が複数存在し、ネットワークのA系とB系で通信遅延時間は異なると考えられる。例えばSyncメッセージを先着受信した通信路系と、Delay_Reqメッセージを先着受信した通信路系が異なる可能性があり、通信遅延も唯一とはならない。そして、一組のSync,Delay_Reqを送受信する通信系統は同一でなければ、主局と従局は時刻同期を正しく行うことができない。 In an ordinary star network topology, the communication path is not made redundant and the path between the master station and the slave station is unique. Therefore, the time synchronization between the master station and the slave station can be established without any problem by uniquely calculating the communication delay by the method shown in FIGS. However, when the above method is applied to a redundant communication path such as PRP, there are a plurality of paths between the master station and the slave station, and it is considered that the communication delay time is different between the A system and the B system of the network. For example, there is a possibility that the communication path system that received the Sync message first will be different from the communication path system that received the Delay_Req message first, and the communication delay is not unique. If the communication system for transmitting and receiving a pair of Sync and Delay_Req is not the same, the master station and the slave station cannot perform time synchronization correctly.
この解決策としてIEC(International Electrotechnical Commission)62439−3には、HSRとPRPにPTPを適用する際の取り扱いが記載されている。IEC62439−3には、PRPは先着フレームを使用して、後着フレームは破棄するが、PTPで送信されたフレームについては、後着フレームの破棄をしてはならず、A系及びB系の装置がそれぞれ同期手順を取ると規定されている。このため、従来、PTPで送信されたフレームには、HSRとPRPの特徴であった先着フレームを使用し、後着フレームを破棄する原則を適用せず、複数ある経路のそれぞれで通信遅延を計測していた。また、フレームの先着後着判定は処理速度の観点からハードウェアで実装することが一般的であった。しかし、受信したフレームがPTPで送信されたフレームか否かをハードウェアで判定することは、ハードウェアの複雑度が高くなるばかりか、製造コストが上昇する要因ともなっていた。また、従局が2系統の通信路からのPTPメッセージを扱う必要があり、ソフトウェアの複雑度も増大する。 As a solution to this problem, IEC (International Electrotechnical Commission) 62439-3 describes handling when applying PTP to HSR and PRP. In IEC62439-3, PRP uses the first arrival frame and discards the later arrival frame. However, for frames transmitted by PTP, the arrival arrival frame must not be discarded. It is specified that each device takes a synchronization procedure. For this reason, the first frame that has been a feature of HSR and PRP is used for frames transmitted by PTP in the past, and the principle of discarding the last frame is not applied, and communication delay is measured for each of multiple paths. Was. Also, the first-come-first-arrival determination of a frame is generally implemented by hardware from the viewpoint of processing speed. However, determining by hardware whether the received frame is a frame transmitted by PTP not only increases the complexity of the hardware but also increases the manufacturing cost. Further, the slave station needs to handle the PTP message from the two communication channels, and the software complexity increases.
そこで、ディジタル保護制御装置10Aは、HSR、PRPのように冗長化された通信路においてPTPを用いて時刻同期を行う場合に、特殊なハードウェアを実装せずとも、時刻同期に用いるフレームをいずれのポートで受信したかを判定できるようにする。以下に、ディジタル保護制御装置10Aが、先着フレームを使用し、後着フレームを破棄するという基本を崩さずに、他装置との間で正しくローカル時刻の同期を取る方法を提案する。本実施の形態例ではPRPで構成されたネットワークにおいてEnd To End-Delay Measurement方式を適用する。
Therefore, when the digital
<PRPにおける時刻同期の実行手順>
次に、PRPで冗長化された通信路に接続されたディジタル保護制御装置10Aが、PTPのEnd To End-Delay Measurement方式を使用して時刻同期を行う方法について説明する。<Execution procedure of time synchronization in PRP>
Next, a description will be given of a method in which the digital
PRPにおいて、ディジタル保護制御装置10Aの冗長化通信制御部6は、受信ポート判定部13によって判定された通信系統を通じて他装置とフレームを送受信する。時刻同期演算部14は、冗長化通信制御部6が他装置との間で送受信したフレームの送信時刻及び受信時刻に基づいて通信系統の通信遅延及び時刻の差分を算出し、時刻を同期する。以下に詳細な処理を説明する。
In PRP, the redundant
図13は、PRPのネットワークに接続されるディジタル保護制御装置10Aが行う時刻同期の実行手順の一例を示すフローチャートである。この実行手順では、図12に示したPTPのEnd To End-Delay Measurement方式により主局と従局の間で行われるメッセージ通知と同様の手順が用いられるため、図13に対応するシーケンス図の記載は省略する。
FIG. 13 is a flowchart illustrating an example of a time synchronization execution procedure performed by the digital
始めに、主局は、A系及びB系を通じて従局にSyncメッセージを送信し(S11)、Syncメッセージの送信時刻t1を記憶する(S12)。ここで、A系は第1通信系統の一例であり、B系は第2通信系統の一例である。 First, the master station transmits a Sync message to the slave station through the A system and the B system (S11), and stores the transmission time t1 of the Sync message (S12). Here, the A system is an example of a first communication system, and the B system is an example of a second communication system.
従局は、A系又はB系から先着したSyncメッセージを受信すると、Syncメッセージの受信時刻t2と、受信ポート判定部13より判定された受信ポートを時刻同期演算部14に入力する。時刻同期演算部14は、Syncメッセージを受信した通信系統を示す値FlgSyncRXを記憶する(S13)。従局は、Syncメッセージを受信した通信系統とは異なる通信系統から送信されたSyncメッセージは後着として破棄する。
When the slave station receives a Sync message that arrives first from the A system or the B system, the slave station inputs the reception time t2 of the Sync message and the reception port determined by the reception
主局は次のいずれかの方法で送信時刻t1を従局に通知する(S14)。第1の方法は、Syncメッセージに送信時刻t1の情報を載せる方法(1step方式)である。第2の方法は、Syncメッセージに続くFollow_upメッセージに送信時刻t1の情報を載せる方法(2step方式)である。 The master station notifies the slave station of the transmission time t1 by one of the following methods (S14). The first method is a method (1 step method) in which information of transmission time t1 is included in the Sync message. The second method is a method (2-step method) in which information of transmission time t1 is included in the Follow_up message following the Sync message.
2step方式の場合は、主局から従局へ向けてFollow_upメッセージが送信されるが、Follow_upメッセージはSyncメッセージの送信時刻t1を従局に通知することを目的としており、経路遅延時間を測定する目的のものではない。このため、従局は、A系又はB系のどちらでFollow_upメッセージを受信しても構わない。 In the case of the 2-step method, the Follow_up message is transmitted from the master station to the slave station. The Follow_up message is intended to notify the slave station of the Sync message transmission time t1, and is intended to measure the path delay time. is not. For this reason, the slave station may receive the Follow_up message in either the A system or the B system.
従局は、主局にDelay_Reqメッセージを送信する際、主局からSyncメッセージをA系で受信したかどうかを判断する(S15)。このとき従局は、FlgSyncRXを参照し、SyncメッセージをA系で受信していた場合はA系のみにDelay_Reqメッセージを送信する(S15A)。一方、従局は、SyncメッセージをB系で受信していた場合はB系のみにDelay_Reqメッセージを送信する(S15B)。そして、従局はDelay_Reqメッセージの送信時刻t3を記憶する(S16)。 When transmitting the Delay_Req message to the master station, the slave station determines whether or not the Sync message has been received from the master station in the A system (S15). At this time, the slave station refers to FlgSyncRX, and if a Sync message is received by the A system, transmits a Delay_Req message only to the A system (S15A). On the other hand, if the slave station has received the Sync message in the B system, the slave station transmits a Delay_Req message only to the B system (S15B). Then, the slave station stores the transmission time t3 of the Delay_Req message (S16).
主局は、従局からDelay_Reqメッセージを受信すると、Delay_Reqメッセージの受信時刻t4を記憶する(S17)。そして、主局はDelay_Respメッセージに受信時刻t4の情報を載せ、受信時刻t4を従局に通知する(S18)。Delay_Respメッセージは、Delay_Reqメッセージの受信時刻を従局へ通知することを目的として通知されるものであり、経路遅延時間を測定することを目的としたものではない。このため、主局は、A系及びB系にDelay_Respメッセージを送信してもよいし、従局からDelay_Reqメッセージを受信した系のみにDelay_Respメッセージを送信してもよい。 When receiving the Delay_Req message from the slave station, the master station stores the reception time t4 of the Delay_Req message (S17). Then, the master station puts information on the reception time t4 in the Delay_Resp message and notifies the slave station of the reception time t4 (S18). The Delay_Resp message is notified for the purpose of notifying the slave station of the reception time of the Delay_Req message, and is not intended for measuring the path delay time. For this reason, the master station may transmit the Delay_Resp message to the A system and the B system, or may transmit the Delay_Resp message only to the system that has received the Delay_Req message from the slave station.
Delay_Respメッセージを受信した従局は、t1,t2,t3,t4から、上式(1)を用いて主局と従局間の通信遅延を計算し、上式(2)を用いて時刻の差分tdiffを計算する(S19)。そして、従局は、算出した時刻の差分tdiffに基づいて、主局の時刻と従局の時刻とを同期する。 The slave station that has received the Delay_Resp message calculates the communication delay between the master station and the slave station from t1, t2, t3, and t4 using the above equation (1), and calculates the time difference tdiff using the above equation (2). Calculate (S19). Then, the slave station synchronizes the time of the master station and the time of the slave station based on the calculated time difference tdiff.
このようにPRPにおけるディジタル保護制御装置10Aでは、冗長化通信制御部6がフレームを受信した通信系統を通じて他装置にメッセージを送信する。このメッセージには、他装置から受信したメッセージの受信時刻と、他装置に送信したメッセージの送信時刻とが含まれる。このため、ディジタル保護制御装置10Aは、メッセージを送受信した通信系統における他装置との通信遅延tdと、時刻の差分tdiffを算出し、他装置とローカル時刻を同期することができる。このようにディジタル保護制御装置10Aは、先着フレームを使用し、後着フレームを破棄するという基本の処理を崩すことなく、正しくローカル時刻の同期を行うことが可能となる。
Thus, in the digital
[2−2.第2の実施の形態例(HSRでの時刻同期)]
次に、HSRで冗長化された通信路において、隣接するディジタル保護制御装置10Aが、PTPのPeer To Peer-Delay Measurement方式を使用して時刻同期を行う方法について説明する。[2-2. Second embodiment (time synchronization in HSR)]
Next, a description will be given of a method in which the adjacent digital
HSRにおいて、ディジタル保護制御装置10Aの冗長化通信制御部6は、隣接する他装置に対して、受信ポート判定部13によって判定された通信系統にフレームを送信し、この通信系統からフレームを受信する。時刻同期演算部14は、冗長化通信制御部6によって送信されたフレームの通信系統の経路遅延値を算出し、フレームの送信時刻及び受信時刻に基づいて算出した通信系統の通信遅延及び時刻の差分により時刻を同期する。ここで、時刻同期演算部14は、通信遅延時間を計算するためのフレームを冗長化通信制御部6が送受信した時間により通信系統毎に経路遅延値を予め算出し、冗長化通信制御部6が送受信するフレームの通信系統に対応する経路遅延値を選択する。
In the HSR, the redundant
HSRでの時刻同期は、以下の図14と図15を参照して説明する経路遅延の算出処理と、図16と図17を参照して説明する時刻差分の算出処理とを組み合わせて行われる。
例えば、図4Aに示した装置Aが主局、装置B、C、Dが従局であるとする。装置Bは、隣接する装置A、Cとフレーム(メッセージ)を送受信し、装置Bに隣接する装置A,C間との経路遅延を求める。同様に、装置Cは、隣接する装置B、Dとフレーム(メッセージ)を送受信し、装置Cに隣接する装置B、D間との経路遅延を求める。ここで、装置Cに注目すると、装置Cは、装置A−C間の通信遅延時間を求めるために、例えば、装置Aから左回りでSyncメッセージを受信する。このSyncメッセージは、Syncメッセージの宛先ではない装置Bを経由する際に、装置Bによって、装置A−B間の経路遅延が載せられる。このため、装置Cは、装置AからSyncメッセージを受信することで、このSyncメッセージが送信された通信系統における、装置A−C間の経路遅延を取得し、この経路遅延に基づいて装置Aとの時刻の差分を求め、装置A、Cの時刻同期を行うことができる。以下に詳細な処理を説明する。The time synchronization in the HSR is performed by combining a path delay calculation process described with reference to FIGS. 14 and 15 below and a time difference calculation process described with reference to FIGS. 16 and 17.
For example, assume that apparatus A shown in FIG. 4A is a master station, and apparatuses B, C, and D are slave stations. The device B transmits / receives a frame (message) to / from the adjacent devices A and C, and obtains a path delay between the devices A and C adjacent to the device B. Similarly, the device C transmits / receives a frame (message) to / from the adjacent devices B and D, and obtains a path delay between the devices B and D adjacent to the device C. Here, paying attention to the device C, the device C receives a Sync message counterclockwise from the device A, for example, in order to obtain the communication delay time between the devices AC. When this Sync message passes through the device B that is not the destination of the Sync message, the device B is loaded with a path delay between the devices AB. Therefore, the device C receives the Sync message from the device A, thereby acquiring a path delay between the devices A and C in the communication system to which the Sync message is transmitted. The time difference between the devices A and C can be obtained. Detailed processing will be described below.
<HSRにおける経路遅延の算出例>
始めに、HSRにおける経路遅延の算出手順を説明する。
図14は、経路遅延の算出例を示すフローチャートである。
図15は、図14の処理において、PTPのPeer To Peer-Delay Measurement方式により従局とその隣接する装置の間で行われるメッセージ通知の一例を示すシーケンス図である。図15には、図14において、従局とその隣接する装置が互いにメッセージを通知する処理に対応するステップ番号が付されている。ここで、図14と図15に示す隣接する装置(図中では「隣端」と記す。)は主局、従局いずれでも構わない。<Example of calculating path delay in HSR>
First, a procedure for calculating a path delay in the HSR will be described.
FIG. 14 is a flowchart illustrating an example of calculating the path delay.
FIG. 15 is a sequence diagram showing an example of message notification performed between the slave station and its adjacent devices by the PTP Peer To Peer-Delay Measurement method in the process of FIG. In FIG. 15, step numbers corresponding to the processes in which the slave station and its neighboring devices notify each other of messages in FIG. 14 are given. Here, the adjacent devices (denoted as “neighboring ends” in the drawings) shown in FIGS. 14 and 15 may be either the master station or the slave station.
まず、HSRで冗長化された通信路に接続される全てのディジタル保護制御装置10A(従局)は、隣接する他装置との経路遅延を測定するために、右回りの経路にPDelay_Reqメッセージを送信する(S21)。このとき、従局は、PDelay_Reqメッセージの送信時刻t1を記憶する(S22)。
First, all digital
PDelay_Reqメッセージを送信した従局に隣接し、PDelay_Reqメッセージを受信した隣接する装置は、PDelay_Reqメッセージの受信時刻t2を記憶する(S23)。続いて、隣接する装置は、PDelay_Respメッセージに受信時刻t2の情報を載せたPDelay_Respメッセージを従局へ通知し(S24)、PDelay_Respメッセージの送信時刻t3を記憶する(S25)。 An adjacent device that is adjacent to the slave station that has transmitted the PDelay_Req message and that has received the PDelay_Req message stores the reception time t2 of the PDelay_Req message (S23). Subsequently, the adjacent device notifies the slave station of the PDelay_Resp message in which the information of the reception time t2 is added to the PDelay_Resp message (S24), and stores the transmission time t3 of the PDelay_Resp message (S25).
また、隣接する装置は、PDelay_Respメッセージを送信した直後に、送信時刻t3の情報を載せたPDelay_Resp_FollowUpメッセージを従局に通知する(S26)。PDelay_Respメッセージを受信した従局は、受信時刻t4を記憶する(S27)。 Further, immediately after transmitting the PDelay_Resp message, the adjacent device notifies the slave station of a PDelay_Resp_FollowUp message carrying information on the transmission time t3 (S26). The slave station that has received the PDelay_Resp message stores the reception time t4 (S27).
ここで、経路遅延の計算に際して、通信遅延が往復路で等しいという前提がある。従って、隣接する装置からPDelay_Resp_FollowUpを受信した従局は、t1,t2,t3,t4から、隣接する装置との右回りの経路遅延λAを次式(3)により求める(S28)。 Here, there is a premise that the communication delay is equal in the round trip when calculating the path delay. Therefore, the slave station that has received PDelay_Resp_FollowUp from the adjacent device calculates a clockwise path delay λA with the adjacent device from t1, t2, t3, and t4 by the following equation (3) (S28).
λA = {(t4 − t3) + (t2 − t1)}/2 …式(3) λA = {(t4 − t3) + (t2 − t1)} / 2 Equation (3)
さらに、従局は、左回りの経路に対しても上記と同様の処理(S21〜S28)を行って、左回りの経路遅延λBを求める。このようにして従局は、従局に隣接する2つの装置からの経路遅延λA、λBを求めることができる。 Further, the slave station performs the same processing (S21 to S28) as described above for the counterclockwise route, and obtains the counterclockwise route delay λB. In this way, the slave station can determine the path delays λA and λB from the two devices adjacent to the slave station.
<HSRにおける時刻差分の算出例>
次に、HSRにおける時刻差分の算出例を説明する。
図16は、時刻差分の算出処理の一例を示すフローチャートである。
図17は、図16の処理において、PTPのPeer To Peer-Delay Measurement方式により主局と従局の間で行われるメッセージ通知の一例を示すシーケンス図である。図17には、図16において、主局と従局が互いにメッセージを通知する処理に対応するステップ番号が付されている。<Example of calculating time difference in HSR>
Next, an example of calculating the time difference in the HSR will be described.
FIG. 16 is a flowchart illustrating an example of a time difference calculation process.
FIG. 17 is a sequence diagram illustrating an example of message notification performed between the master station and the slave station by the PTP Peer To Peer-Delay Measurement method in the process of FIG. In FIG. 17, step numbers corresponding to the processes in which the master station and the slave station notify each other of messages in FIG. 16 are given.
主局は、従局にSyncメッセージを送信する(S31)。このとき、主局はSyncメッセージの送信時刻t5を記憶する(S32)。例えば、図4Aに示す主局(装置A)が従局(装置C)に左回りで送信したSyncメッセージには、Syncメッセージの宛先ではない装置BがSyncメッセージを装置Cに転送する際に、装備Bによって装置A−B間の経路遅延が載せられる。このため、従局(装置C)は、左回りの経路における装置A−C間の通信遅延を経路遅延λBとして求める。一方、従局(装置C)が右回りで受信するSyncメッセージには、右回りの経路にある装置DがSyncメッセージを装置Cに転送する際に、装置Dによって装置A−D間の経路遅延が載せられる。このため、従局(装置C)は、右回りの経路における装置A−C間の通信遅延を経路遅延λAとして求める。 The master station transmits a Sync message to the slave station (S31). At this time, the main station stores the transmission time t5 of the Sync message (S32). For example, the Sync message transmitted counterclockwise by the master station (apparatus A) shown in FIG. 4A to the slave station (apparatus C) is provided when apparatus B that is not the destination of the Sync message transfers the Sync message to apparatus C. B puts the path delay between devices AB. For this reason, the slave station (device C) obtains the communication delay between the devices A and C in the counterclockwise route as the route delay λB. On the other hand, in the Sync message received by the slave station (device C) in the clockwise direction, when the device D on the clockwise route transfers the Sync message to the device C, the device D causes a path delay between the devices AD. Can be placed. For this reason, the slave station (device C) obtains the communication delay between the devices AC in the clockwise route as the route delay λA.
従局がSyncメッセージを受信すると、Syncメッセージの受信時刻t6と、受信ポート判定部13より判定された受信ポートの情報が時刻同期演算部14に入力される。そして、従局の時刻同期演算部14は、受信ポートの判定結果を示すFlgSyncRXを記憶する(S33)。
When the slave station receives the Sync message, the reception time t6 of the Sync message and the information of the reception port determined by the reception
主局は、次のいずれかの方法で送信時刻t5を従局に通知する(S34)。第1の方法は、Syncメッセージに送信時刻t5の情報を載せる方法(1step方式)である。第2の方法は、Syncメッセージに続くFollow_upメッセージに送信時刻t5の情報を載せる方法(2step方式)である。 The master station notifies the slave station of the transmission time t5 by one of the following methods (S34). The first method is a method (1 step method) in which information of transmission time t5 is included in the Sync message. The second method is a method (2-step method) in which the information of transmission time t5 is placed in the Follow_up message following the Sync message.
従局は、主局から右回りでSyncメッセージを受信したかどうかを判断する(S35)。このとき従局は、FlgSyncRXを参照してSyncメッセージを受信した主局を判断する。そして、従局は、時刻t5,t6と経路遅延λA,λBから、主局と従局間の時刻の差分を計算する。従局と主局との時刻の差分tdiffは次式(4)で表される。 The slave station determines whether or not the Sync message has been received clockwise from the master station (S35). At this time, the slave station refers to FlgSyncRX to determine the master station that has received the Sync message. Then, the slave station calculates the time difference between the master station and the slave station from the times t5 and t6 and the path delays λA and λB. The time difference tdiff between the slave station and the master station is expressed by the following equation (4).
tdiff = t6 - ( t5 + λX ) …式(4) tdiff = t6-(t5 + λX) (4)
式(4)中のλXは、FlgSyncRXによって下記のように選択される。すなわち、FlgSyncRXが右回りを示す場合は、λXに経路遅延λAを使用する(S35A)。FlgSyncRXが左回りを示す場合は、λXに経路遅延λBを使用する(S35B)。そして、従局は、算出した時刻の差分tdiffに基づいて、主局の時刻と従局の時刻とを同期する。 ΛX in equation (4) is selected by FlgSyncRX as follows: That is, when FlgSyncRX indicates clockwise, the path delay λA is used for λX (S35A). When FlgSyncRX indicates counterclockwise, the path delay λB is used for λX (S35B). Then, the slave station synchronizes the time of the master station and the time of the slave station based on the calculated time difference tdiff.
このようにHSRにおけるディジタル保護制御装置10Aでは、隣接した装置同士で経路遅延λA、λBを算出し、さらに時刻の差分tdiffを算出することで、他装置とローカル時刻の同期演算を行うことができる。
In this way, in the digital
そして、ディジタル保護制御装置10Aは、HSR又はPRPで構成されるネットワークであっても、先着フレームを使用し、後着フレームを破棄するという基本の処理を崩すことなく、正しくローカル時刻の同期を行うことが可能となる。
The digital
また、このディジタル保護制御装置10Aは、通信系統を選択することで、冗長化された通信路における時刻同期をソフトウェアで実行することが可能である。すなわち、ディジタル保護制御装置10Aは、ハードウェア(冗長化通信制御部6)が行うHSR又はPRPのフレームの先着後着判定処理を変更することなく、ソフトウェア(主制御部1)による時刻同期制御を行うことが可能となる。
Further, the digital
なお、第2の実施の形態例に係るディジタル保護制御装置10Aは、電力系統の保護以外の通信制御を行うための通信制御装置として用いられてもよい。
The digital
また、上述した各実施の形態例では、通信フレームとして、電流データを載せた電流データフレームについて説明した。しかし、通信フレームとして、電力系統の電圧データを載せた電圧データフレームとしてもよい。 Further, in each of the above-described embodiments, the current data frame on which current data is loaded is described as the communication frame. However, the communication frame may be a voltage data frame carrying voltage data of the power system.
また、本発明は上述した実施の形態例に限られるものではなく、請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りその他種々の応用例、変形例を取り得ることは勿論である。
例えば、上述した実施の形態例は本発明を分かりやすく説明するために装置及びシステムの構成を詳細且つ具体的に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施の形態例の構成の一部を他の実施の形態例の構成に置き換えることは可能であり、さらにはある実施の形態例の構成に他の実施の形態例の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態例の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various other application examples and modifications can of course be taken without departing from the gist of the present invention described in the claims.
For example, the above-described embodiments are detailed and specific descriptions of the configuration of the apparatus and the system in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. Absent. In addition, a part of the configuration of an embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of an embodiment. Is also possible. Moreover, it is also possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of each embodiment.
Further, the control lines and information lines indicate what is considered necessary for the explanation, and not all the control lines and information lines on the product are necessarily shown. Actually, it may be considered that almost all the components are connected to each other.
1…主制御部、2…主記憶用メモリ、6…冗長化通信制御部、10…ディジタル保護制御装置、11…通信遅延時間計算部、12…保護処理部、13…受信ポート判定部、14…時刻同期演算部、21…サンプルカウンタ、22…電流データフレームバッファ
DESCRIPTION OF
Claims (9)
冗長化された複数の通信路を介して接続された他のディジタル保護制御装置に対して前記通信フレームを送信すると共に、前記他のディジタル保護制御装置によって前記通信路に送信された前記通信フレームのうち、先着した前記通信フレームを前記メモリにバッファリングし、後着した前記通信フレームを破棄する冗長化通信制御部と、
前記通信路の通信遅延時間を計算し、前記データの連続性及び同時性が保証される遅延サンプル数を算出する通信遅延時間計算部と、
前記冗長化通信制御部によって前記通信フレームが前記遅延サンプル数内に受信された場合に、前記通信フレームを用いて前記電力系統の保護のための演算を行い、電力系統に接続された遮断器を制御して、前記電力系統を保護する保護処理部と、を備える
ディジタル保護制御装置。A memory in which communication frames including data used for power system protection are buffered;
The communication frame is transmitted to another digital protection control apparatus connected via a plurality of redundant communication paths, and the communication frame transmitted to the communication path by the other digital protection control apparatus is transmitted. Among them, a redundant communication control unit that buffers the first-arrived communication frame in the memory and discards the later-arrived communication frame;
A communication delay time calculating unit for calculating a communication delay time of the communication path and calculating a delay sample number that guarantees continuity and simultaneity of the data;
When the communication frame is received by the redundant communication control unit within the number of delay samples, the communication frame is used to perform an operation for protection of the power system, and a circuit breaker connected to the power system is provided. And a protection processing unit that controls and protects the power system.
前記電力系統から入力されるアナログ値をサンプリングしてディジタルデータに変換するアナログ入力部によって参照される値を格納するサンプルカウンタと、
先着した前記通信フレームを、前記通信フレームに付されたサンプルカウンタ毎、かつ、前記通信フレームを送信した前記他のディジタル保護制御装置毎にバッファリングする通信フレームバッファと、を備える
請求項1に記載のディジタル保護制御装置。The memory is
A sample counter that stores a value that is referenced by an analog input unit that samples and converts the analog value input from the power system into digital data;
The communication frame buffer that buffers the communication frame that arrives first for each sample counter attached to the communication frame and for each of the other digital protection control devices that transmitted the communication frame. Digital protection controller.
前記保護処理部は、前記サンプルカウンタの値から、前記通信遅延時間計算部が前記通信路の通信系統毎に計算した前記通信遅延時間の最大値だけ遅れたタイミングで、前記通信フレームバッファから前記通信フレームを読み出す
請求項2に記載のディジタル保護制御装置。The communication path is configured with a ring network topology,
The protection processing unit is connected to the communication frame buffer from the communication frame buffer at a timing delayed by the maximum value of the communication delay time calculated by the communication delay time calculation unit for each communication system of the communication path from the value of the sample counter. The digital protection control device according to claim 2, wherein the frame is read out.
前記通信遅延時間計算部は、前記冗長化通信制御部が送信した前記通信フレームを受信するまでの時間に基づいて前記通信系統毎に前記通信遅延時間を計算する
請求項3に記載のディジタル保護制御装置。The redundant communication control unit sequentially transmits the communication frame for calculating the communication delay time for each one direction of the two communication systems,
The digital protection control according to claim 3, wherein the communication delay time calculation unit calculates the communication delay time for each communication system based on a time until the communication frame transmitted by the redundant communication control unit is received. apparatus.
前記通信系統判定部によって判定された前記通信系統に対して、前記冗長化通信制御部が前記他のディジタル保護制御装置との間で送受信した前記通信フレームにより、前記他のディジタル保護制御装置との間で前記メモリに管理される時刻を同期する時刻同期演算部と、を備える
請求項2に記載のディジタル保護制御装置。Furthermore, a communication system determination unit that determines a communication system of the communication path through which the communication frame that arrives first is transmitted;
For the communication system determined by the communication system determination unit, the redundant communication control unit communicates with the other digital protection control device by the communication frame transmitted / received to / from the other digital protection control device. The digital protection control device according to claim 2, further comprising: a time synchronization calculation unit that synchronizes the time managed by the memory.
前記冗長化通信制御部は、前記通信系統判定部によって判定された前記通信系統を通じて他のディジタル保護制御装置と前記通信フレームを送受信し、
前記時刻同期演算部は、前記冗長化通信制御部が前記他のディジタル保護制御装置との間で送受信した前記通信フレームの送信時刻及び受信時刻に基づいて算出した前記通信系統の通信遅延及び前記時刻の差分により前記時刻を同期する
請求項5に記載のディジタル保護制御装置。The communication path is composed of a network topology composed of two communication systems,
The redundant communication control unit transmits and receives the communication frame with another digital protection control device through the communication system determined by the communication system determination unit,
The time synchronization calculation unit is configured to calculate a communication delay of the communication system and the time calculated based on a transmission time and a reception time of the communication frame transmitted / received by the redundant communication control unit to / from the other digital protection control device. The digital protection control device according to claim 5, wherein the time is synchronized by a difference between the two.
前記冗長化通信制御部は、隣接する前記他のディジタル保護制御装置に対して、前記通信系統判定部によって判定された前記通信系統に前記通信フレームを送信し、前記通信系統から前記通信フレームを受信し、
前記時刻同期演算部は、前記冗長化通信制御部によって送受信された前記通信フレームの前記通信系統の通信遅延時間を経路遅延値として算出し、前記通信フレームの送信時刻及び受信時刻に基づいて算出した前記通信系統の経路遅延値及び前記時刻の差分により前記時刻を同期する
請求項5に記載のディジタル保護制御装置。The communication path is configured with a ring network topology,
The redundant communication control unit transmits the communication frame to the communication system determined by the communication system determination unit and receives the communication frame from the communication system to the other digital protection control device adjacent thereto. And
The time synchronization calculation unit calculates a communication delay time of the communication system of the communication frame transmitted and received by the redundant communication control unit as a path delay value, and calculates based on a transmission time and a reception time of the communication frame The digital protection control device according to claim 5, wherein the time is synchronized by a difference between a path delay value of the communication system and the time.
請求項7に記載のディジタル保護制御装置。The time synchronization calculation unit pre-calculates the path delay value for each communication system based on the time when the redundant communication control unit transmits and receives the communication frame for calculating the communication delay time, and the redundant communication control The digital protection control device according to claim 7, wherein a path delay value corresponding to the communication system of the communication frame transmitted and received by a unit is selected.
前記他のディジタル保護制御装置によって前記通信路に送信された前記通信フレームのうち、先着した前記通信フレームをメモリにバッファリングし、後着した前記通信フレームを破棄するステップと、
前記通信路の通信遅延時間を計算し、前記データの連続性及び同時性が保証される遅延サンプル数を算出するステップと、
前記通信フレームが前記遅延サンプル数内に受信された場合に、前記通信フレームを用いて前記電力系統の保護のための演算を行い、電力系統に接続された遮断器を制御して、前記電力系統を保護するステップと、を含む
電力系統保護方法。Transmitting a communication frame including data used for protection of the power system to another digital protection control device connected via a plurality of redundant communication paths;
Of the communication frames transmitted to the communication path by the other digital protection control device, buffering the communication frame that arrives first in a memory and discarding the communication frame that arrives later;
Calculating a communication delay time of the communication path, calculating a delay sample number that guarantees continuity and simultaneity of the data; and
When the communication frame is received within the number of delay samples, the communication frame is used to perform an operation for protection of the power system, and a circuit breaker connected to the power system is controlled to control the power system. And a method of protecting the power system.
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