JPH056412B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明は、サンプリング時刻同期装置、特に電
力系統の保護継電システム等において、複数の端
子における電気量のサンプリング時刻を同期させ
るサンプリング時刻同期装置に関するものであ
る。

［発明の技術的背景］ 近年、電力系統の保護制御のデイジタル化に伴
ない、系統の複数の位置において系統電気量をデ
イジタル量に変換し、伝送手段を介して処理手段
へ伝送するデイジタル入力装置の実用化が進んで
いる。例として、昭和58年電気学会全国大会、講
演論文集No.1045に記載された「500kVGIS用デイ
ジタルPD」があげられる。

第１図にこのようなデイジタル入力装置を変電
所内のデータ収集に適用した場合の一構成例を示
す。

第１図において、１，２，３は変電所内の母
線、４，５，６，７は端局であり、それぞれ母線
１，２，３の電流・電圧を入力とし、Ａ／Ｄ変換
したのち光伝送路８，９，１０，１１を介して伝
送しあうものである。１２は、前記光伝送路８，
９，１０，１１，１３を結合し、端局４，５，
６，７の内のいずれかが送信した光信号を他の全
端局へ分配・出力する光結合素子（スターカプラ
ー）である。なおスターカプラーを使用した光ネ
ツトワークに関しては東芝レビユー36巻３号「光
スターネツトワークの開発」等で詳しく説明され
ているのでここでは説明は省略する。

各端局が出力する電流・電圧データを含む送信
信号はスターカプラー１２により他の端局に分配
出力されると同時に、光伝送路１３を介して光受
信装置を備えた保護リレーや系統の監視制御装置
に伝送され、保護制御のためのデータとして使用
される。

ここで複数の入力装置（端局）より伝送された
データをデイジタル的に処理し、保護制御演算を
行なう場合、演算に使用されるデータは同時刻に
サンプリングされたものである必要がある。この
ため各端局において系統電気量をサンプリングす
る際のタイミングが同一時刻になるよう、各端局
間での同期制御が行なわれている。

複数の端局間で同期をとる方法として一般に使
用されている方式には、同期の基準となる局より
他の端局に伝送される信号中に基準となるサンプ
リング同期発振器と同器して立上る特定のビツト
（以下同期ビツトと云う）を含ませて伝送し、他
の端局では同期の基準となる端局より受信した信
号中に含まれる同期ビツトの立上りタイミングを
測定し、自端のサンプリングタイミングと同期す
るよう制御する方式がある。

以下第２図に示す各端局の送受信信号の一例及
び第３図に示す端局の内部ブロツク図をもとにし
て端局間のサンプリング同期の方法について説明
する。第２図において、TX１〜TX４は第１図
に示した端局４〜７の送信信号RXは各端局の受
信信号を示す。各端局の送信は、異なる端局間で
送信タイミングが重ならないよう、サンプリング
タイミングＳを基情に、所定の時間差を持つて行
なわれる。すなわち、同期の基準となる端局４
は、送信信号中の同期ビツトSBがサンプリング
タイミングSBと同期するタイミングで送信を開
始するのに対し、端局５はt₂後、端局６はt₃後送
信を開始する。それぞれの端局の送信信号はスタ
ーカプラー１２の働きで互いに合成され、各端局
に対しては信号RXが共通に受信される。TX
１′，Ｄ１及びTX４′，Ｄ１はそれぞれの端局
４，７の送信信号の内容の１例を示す。TX１′
及びTX４′において、送信信号はサンプリング
同期のための同期信号端局４からの他の端局への
伝送データ及び伝送エラー検出用のCRC（Ｃycric
Ｒedandancy Ｃheckcode）より構成されて
いる。Ｄ１及びＤ４において、同期信号は、同期
フラグ及び同期ビツトSBより構成されている。
同期フラグは同期ビツトを他の伝送データから識
別するためのもので、連続した６ビツトの「１」
と１ビツトの「０」の組合せで構成されており、
同期ビツトはその直後の「１」信号として表され
ている。同期フラグは同時に各端局の送信信号の
区切りを示す役目を持つ。端局４以外の端局から
送信される信号は、Ｄ４の例に示されるように同
期フラグＦは含んでいるが、同期ビツトSBを含
まない。

これにより他の端局はサンプリング同期の基準
端局である端局４の送信信号TX４を識別するこ
とができる。

次に第３図により実際のサンプリング同期制御
方式について説明する。第３図において、端局４
内の基準同期信号発振装置１４は一定周期の基準
信号を発生してＡ／Ｄ変換装置１５に入力し、系
統電気量のサンプリングを行なう。同時に送信装
置１６は前記基準信号に同期して送信信号TX１
を送信する。送信信号TX１は光伝送路及びスタ
ーカプラー１２を介して各端局に伝送される。例
えば端局５の場合についていえば受信装置２４及
び受信タイミング測定装置１９に入力される。こ
こで受信タイミング測定装置１９は受信信号RX
より同期ビツトSBを識別し、自局のサンプリン
グ同期発振装置２２が出力するサンプリング同期
信号Ｓ２との間の時間間隔△Ｔを測定する。第２
図において、Ｓ２は端局５内のサンプリング同期
発振装置２２の出力するサンプリング信号を示
し、△Ｔは受信信号RX中の同期ビツト立上りタ
イミ９グに対するサンプリング信号Ｓ２の同期時
間差を示す。なお同期時間差△Ｔの符号は予め同
期ビツトの立上りに対しサンプリング信号Ｓ２の
タイミングが遅れている時を正と設定しておく。
受信タイミング測定装置１９は同期時間差△Ｔの
データを同期制御装置２３へ出力する。同期制御
装置２３は受信タイミング測定装置１９の出力す
る同期時間差△Ｔの符号によりサンプリング同期
発振装置２２の発振周期を制御し、同期ビツトの
立上りタイミングに対して自局のサンプリング信
号を同期させる。即ち、同期ビツトの立上りタイ
ミングに対して自局のサンプリング信号Ｓ２が遅
れている時（ΔT＞０）にはサンプリング同期発
振装置２２の発振周期を短かくし、サンプリング
時刻を早める補正を行ない、逆の場合（△Ｔ＞
０）には発振周期を長くする補正を行なう。これ
により最終的には端局５のサンプリング信号Ｓ２
と、受信信号中に含まれる同期ビツトSBの立上
りタイミングの時間差△Ｔは０になり、端局４と
端局５の間に同期関係が確立される。そして端局
５は、端局４と同期したサンプリング信号Ｓ２に
より系統電気量をサンプリングしてＡ／Ｄ変換装
置２１によりデイジタル信号に変換する。このデ
イジタル信号は送信装置２０により送信され、光
伝送路８を介して他の端局及び外部のリレー装置
等に伝送される。

以上の説明は端局５のサンプリング同期制御動
作に関して行なつたが、他の端局６及び７も端局
５とまつたく同様の動作を行なう。これにより端
局５，６，７は端局４との間にそれぞれ同期関係
が確立することになり、第１図に示したデータ収
集装置全体でサンプリング同期が保持される。

［背景技術の問題点］ 以上説明したデイジタル入力装置の問題点とし
て、サンプリング同期の基準となる端局の機能が
失なわれた場合、デイジタル入力装置全体の機能
が失なわれることがあげられる。すなわち、第１
図の構成例において同期の基準となる端局４が異
常の発生や保守点検等のために休止すると、他の
端局への同期ビツトの送信が停止し、システム全
体のサンプリング同期を保持することが不可能と
なる。そのため、本来ならば端局４の伝送データ
が消失するのみでおさまるべき現象が、デイジタ
ル入力装置全体の不具合に拡大し、信頼性を特に
重視する電力系統の保護制御の分野では大きな問
題となる可能性があつた。

［発明の目的］ 本発明は上記問題点を解決することを目的とし
てなされたものであり、同期の基準となる端局が
体止した場合でも、システム全体のサンプリング
同期を安定に保つことが可能なサンプリング時刻
同期装置を提供することを目的としている。

［発明の概要］ 本発明は、サンプリング同期の基準となる端局
以外の所定の端局に同期基準となる端局の体止を
検出する検出装置を備え、同期基準となる端局が
休止した場合には前記所定の端局のいずれかひと
つが自局の出力する送信信号に同期ビツトを付加
することにより、システム全体のサンプリング同
期を引続き保持しようとするものである。

［発明の実施例］ 本発明の一実施例を第４図に示す。第４図にお
いて第３図と同一の符号を付加した構成要素は第
３図のそれと同一の機能を有する。第４図におい
て、２５は受信信号を入力とし、送信装置２７及
び同期制御装置２３に制御信号を出力する同期ビ
ツト消失検出装置を示す。同期ビツト消失検出装
置２５は常時受信信号を監視し、所定の時間間隔
で同期基準端局４より同期ビツトが送信されてい
ることを確認する。

次に２７はＡ／Ｄ変換装置２１及び同期ビツト
消失検出装置２５の出力を入力とし、一定のフオ
ーマツトの光信号に変換して出力する送信装置を
示す。この送信装置２７は同期ビツト付加機能を
持ち、同期ビツト消失検出装置２５より、同期ビ
ツト消失を示す信号が入力すると、自局の送信信
号に同期ビツトを付加して送信を行なう。しかも
この送信装置２７の送信する信号の送信開始タイ
ミングは、同期ビツト消失検出信号により制御さ
れる。すなわち、前記同期ビツト消失検出信号が
入力しない場合には、送信信号TX２の送信開始
タイミングは、サンプリング同期信号Ｓに対しt₂
秒後になるよう制御されるのに対し、同期ビツト
消失検出装置２５より入力があつた場合には、送
信信号の送信開始タイミングは、同期ビツトSB
の送信タイミングがサンプリング同期信号Ｓ２と
同時刻となるよう制御される。

以下第５図に示す本発明のサンプリング同期制
御のフローチヤート及び第６図に示す本発明にお
ける送受信信号説明図をもとに、本発明の作用を
説明する。

まず、第４図における同期基準端局４に異常が
ない場合の各端局のサンプリング同期に関する制
御は、さきに説明した第３図におけるサンプリン
グ同期制御となんら変わる所はない。すなわち、
第５図において同期ビツトが正常に受信されてい
る場合はステツプ６１よりステツプ６２へ処理が
進み、サンプリング同期時間差△Ｔの値が正か負
かに応じて、同期発振装置２２の制御を行なうた
めのステツプ６４または６５の処理が行なわれ
る。また、送信開始タイミングはサンプリング信
号Ｓ２に対しt₂秒後になるよう制御される。

次に、同期基準端局４が休止した場合の制御に
ついて説明する。同期基準端局４が休止すると、
同期ビツトSBを含む信号が端局５において受信
されなくなる。そのため、同期ビツト消失検出装
置２５が動作し、ステツプ６６から６８の処理が
行なわれる。すなわち、同期ビツトが消失した場
合、端局５はステツプ６６で自局のサンプリング
同期発振装置２２のタイミング制御を停止し、サ
ンプリング信号を一定の周期に固定する。次にス
テツプ６７へ送信装置２７に同期ビツト消失検出
信号を入力し、自局の送信信号TX２に同期ビツ
トSBを付加する。同期ビツトSBを含む端局５の
送信信号の送信タイミングは、ステツプ６８でサ
ンプリングタイミングと同期ビツトの送信タイミ
ングが同時刻となるよう制御される。第６図は、
端局４が体止した場合の各端局の送受信信号を示
す。図中、第２図と同一の符号の信号は第２図と
同じ信号を示す。第６図において端局４の送信信
号TX₁は送信されていない。それに代わり、端
局５が同期ビツトSBを含む送信信号TX₂を出力
し、他の端局６，７は送信信号TX２内の同期ビ
ツトSBの立上りタイミングを基準にして入力電
気量のサンプリング及び送信タイミングの制御を
行なう。

以上の動作により、サンプリング同期の基準と
なる端局４が休止した場合においても、速やかに
端局５よりそれに代わる同期ビツトを含む送信信
号が出力されることになり、第１図に示したデイ
ジタル入力装置全体のサンプリング同期を引続き
保持することが可能である。

（他の実施例） (1) 第４図に示した本発明の一実施例において
は、端局５が端局４休止時に、同期ビツトを送
信するものとして説明したが、本発明はそれに
限るものではない。任意の端局が同期基準局休
止時に順次予め決められた順番に従つて同期ビ
ツトを送信するよう構成することが可能であ
る。

その場合の端局の一構成例を第７図に示す。
第７図において２６は同期ビツト消失検出装置
２５の出力する同期ビツト送信信号を入力と
し、その信号を予め設定された時間遅延させて
出力する遅延装置である。遅延装置２６の遅延
時間は、各端局ごとに異なる値を設定する。こ
れにより同期ビツトの受信が停止した場合、最
も遅延時間を小さく設定した端局が最初に同期
ビツトの送信を開始することになり、各端局が
同時に同期ビツトを出力しはじめることを防ぐ
ことができる。

(2) 第６図に示した本発明の一実施例では、端局
４に代わつて同期ビツトを出力する場合、端局
５の送信開始タイミングを変更する必要があつ
た。すなわち、外部から同期ビツトを受信して
いる場合の端局５の送信開始タイミングはサン
プリング信号Ｓのｔ２後であるのに対し、自局
から同期ビツトを出力する場合の送信開始タイ
ミングは同期ビツトの送信タイミングをサンプ
リング信号S₂と一致するよう制御していた。本
発明はこれに限るものではなく、同期ビツトの
送信の有無にかかわらず一定のタイミング関係
で送信を継続するよう構成することも可能であ
る。第８図はその場合の各端局の送受信信号を
表したものである。第８図において、各端局の
送信する時間関係は、同期ビツトを含む伝送信
号TX1の有無にかかわらず変化せず、単に送
信信号TX２に同期ビツトが含まれるか否かが
変化するのみである。第８図のタイミング関係
のもとで各局のサンプリング同期を実現するた
めには、各端局は受信した同期ビツトに関し、
そのビツトがサンプリングタイミングに対して
どのタイミングで送信されたかを知る必要があ
る。そのため、伝送信号拡大図TX２₂′のデー
タ中に、同期ビツトの送信されたタイミングに
関するデータD_TXを含めて伝送し、受信端局
は、自局のサンプリング同期制御を、そのデー
タで補正して実施する。第８図の例では、同期
ビツトを含むフレームの送信は、サンプリング
タイミング後t₂後に開始されている。端局５は
送信信号TX２′に、送信開始タイミングt₂をデ
ータとして含ませて送信する。信号TX２′を
受信した各端局は、同期ビツトSBの受信タイ
ミングを測定したのちその値を受信信号
TX₂′内の時間データD_TXで補正し、正しいサン
プリング同期誤差を得る。サンプリングタイミ
ングと、送信開始までの時間t₂〜t₄は端局によ
つて一義的に決定されている。従つて送信開始
タイミングを示すデータは単にその信号がどの
端局から送信されたかを示すのみでもよい。

(3) 第６図にて示した本発明の一実施例では、同
期ビツトが消失した場合、端局５は自局の送信
信号の送信開始タイミングを正規の位置から、
サンプリング信号Ｓ２と同時刻にずらす制御を
行なつている。本発明はこれに限定されるもの
ではない。

第９図に本発明の他の実施例を示す。第９図
において、端局５は受信信号内の同期ビツトが
消失した場合正規の送信タイミングのフレーム
FL１に加えて、タイミング同期信号S₂？同期
して、もうひとつのサンプリング同期用フレー
ムFL２を送信する。データ伝送用フレームFL
１の内容はまつたく変更せず、同期用フレーム
FL２として、サンプリング同期ビツトSBを含
む送信を行なう。いうまでもなく同期用フレー
ムFL₂のデータ部分はデータの伝送に使用して
もよいし、まつたく省いてもよい。

(4) 第４図にて説明した本発明の一実施例では、
各端局間を結ぶ伝送路は、スターカプラーを使
用しスター状に結合されているものとして説明
した。本発明はこれに限るものではなく、ルー
プ状等、他の伝送路接続方式に対してもまつた
く同様に適用可能である。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によればデイジタ
ル入力装置内の同期基準端局に異常が生じた場合
でも引続きサンプリング同期を保持可能なサンプ
リング時刻同期装置を構成することができ、信頼
性の向上に対し、大きな効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はデイジタル入力装置の一構成例を示す
図、第２図は第１図に示すデイジタル入力装置の
送受信信号の説明図、第３図は従来のデイジタル
入力装置の端局の構成図、第４図は本発明の一実
施例による端局の構成図、第５図は本発明を適用
した端局のサンプリング同期制御を説明するフロ
ーチヤート、第６図は本発明を適用したデータ収
集装置の送受信信号の説明図、第７図は本発明の
他の実施例の構成図、第８図、第９図は本発明の
他の実施例の動作を表わす図である。 （符号の説明）、１，２，３……母線、４，５，
６，７……端局、８，９，１０，１１，１３……
光伝送路、１２……スターカプラー、１４……基
準同期信号発生装置、１５，２１……Ａ／Ｄ変換
装置、１６，２０，２７……送信装置、１８，２
４……受信装置、２２……サンプリング同期発振
装置、２３……同期制御装置、２５……同期ビツ
ト消失検出装置、２６……遅延装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 系統電気量のサンプリングを行なう際のサン
   プリングタイミングの基準となる第１の端局と、
   この第１端局が送信する信号中に含まれる特定ビ
   ツトの受信タイミングに従つてサンプリングタイ
   ミングが制御される１つ以上の第２の端局より構
   成されたサンプリング時刻同期装置において、前
   記第２の端局の所定の端局は受信信号中に含まれ
   る前記特定ビツトの消失を検出する検出手段と、
   自局の送信信号中に前記特定ビツトを付加して送
   信する送信手段とを備え、前記検出手段により前
   記特定ビツトの消失が検出された際に自局の送信
   信号中に前記特定ビツトを付加して送信すること
   を特徴とするサンプリング時刻同期装置。 ２ 特許請求の範囲第１項記載のサンプリング時
   刻同期装置において、各端局は前記検出手段と、
   前記検出手段の出力信号を所定時間遅延させて出
   力する遅延手段と、前記遅延手段に出力が生じた
   時自局の送信信号中に前記特定ビツトを付加して
   送信する送信手段を備えたことを特徴とするサン
   プリング時刻同期装置。