JPWO2014155706A1 - 信号処理装置 - Google Patents

Abstract

１ＰＰＳ信号受信部１０１が１ＰＰＳ信号を受信し、クロック生成部１０２がクロック信号を生成し、クロック偏差測定部１０３が、クロック信号の１ＰＰＳ信号に対する周波数偏差であるクロック偏差を測定する。偏差測定値保持部３０１は、クロック偏差測定部における複数回の測定により得られた複数のクロック偏差測定値を保持する。クロック偏差値生成部３０２は、偏差測定値保持部３０１に保持されている複数のクロック偏差測定値のうちの最新のクロック偏差測定値と他のクロック偏差測定値とを比較し、最新のクロック偏差測定値が他のクロック偏差測定値と一致する場合に最新のクロック偏差測定値をサンプリング周期カウント部１０５に出力し、最新のクロック偏差測定値が他のクロック偏差測定値と一致しない場合に他のクロック偏差測定値のうちのいずれかのクロック偏差測定値をサンプリング周期カウント部１０５に出力する。

Description

本発明は、時刻同期制御技術に関し、特に、送電線や母線の電気量を収集する装置における時刻同期制御技術に関する。

送電線や母線の電気量（電圧値、電流値）を複数個所で収集し、それらの電気量から異常を検出すると即座に系統を遮断し、事故の波及を抑制する保護制御システムがある。
この保護制御システムでは、収集した電気量の位相ずれを低減するために、収集地点間で同期の取れた信号を電気量収集の基準として必要とする。
近年の保護リレー装置では、１台の演算装置（以下、ＩＥＤ：Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｄｅｖｉｃｅともいう）に対し、ローカルエリアネットワーク（プロセスバス）を介して複数のデータ収集装置（以下、ＭＵ：Ｍｅｒｇｉｎｇ Ｕｎｉｔともいう）が接続される。
各ＭＵは、同期信号（１ＰＰＳ信号：１ Ｐｕｌｓｅ Ｐｅｒ Ｓｅｃｏｎｄ信号）に基づき、タイミング同期をとることにより、ＭＵ間のデータサンプリングタイミングやタイムスタンプ値を一致させる。

特開２００１−３０５１７７号公報

１ＰＰＳ信号の受信周期は１秒間隔である。
このため、各ＭＵは高精度水晶発振器（周波数偏差：±数ｐｐｍ）をクロック発生回路に搭載して周波数偏差の小さい高精度クロックを生成し、ＭＵ間のサンプリングタイミングのずれを１秒間で±数マイクロ秒以下に抑える必要がある。
そのため、デジタル回路で一般に使用されている安価な汎用発振回路（周波数偏差精度±５０ｐｐｍ程度）は使用できず、コストが増加するという課題がある。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、周波数偏差が±５０ｐｐｍ程度の汎用発振回路を使用しても、高精度な同期制御を行えるようにすることを主な目的とする。

本発明に係る信号処理装置は、
１ＰＰＳ（１ Ｐｕｌｓｅ Ｐｅｒ Ｓｅｃｏｎｄ）信号を受信する１ＰＰＳ信号受信部と、
１秒間に比べて微小なクロック周期のクロック信号を生成するクロック生成部と、
前記１ＰＰＳ信号受信部から前記１ＰＰＳ信号を入力し、前記クロック生成部から前記クロック信号を入力し、前記１ＰＰＳ信号を入力する度に、前記クロック信号の前記１ＰＰＳ信号に対する周波数偏差であるクロック偏差を測定するクロック偏差測定部と、
前記クロック偏差測定部における複数回の測定により得られた複数のクロック偏差測定値を保持する偏差測定値保持部と、
前記偏差測定値保持部に保持されている複数のクロック偏差測定値のうちの最新のクロック偏差測定値と他のクロック偏差測定値とを比較し、前記最新のクロック偏差測定値が他のクロック偏差測定値と所定の許容範囲内で一致する場合に前記最新のクロック偏差測定値を出力先に出力し、前記最新のクロック偏差測定値が他のクロック偏差測定値と前記許容範囲内で一致しない場合に前記他のクロック偏差測定値のうちのいずれかのクロック偏差測定値を前記出力先に出力する偏差測定値選択部とを有することを特徴とする。

本発明によれば、１秒間に比べて微小なクロック周期のクロック信号と１ＰＰＳ信号との間のクロック偏差を用いるため、周波数偏差が±５０ｐｐｍ程度の汎用発振回路を使用しても、高精度な同期制御を行うことができる。
また、クロック偏差測定値を複数保持し、最新のクロック偏差測定値が他のクロック偏差測定値に一致しない場合に、最新のクロック偏差測定値ではなく他のクロック偏差値を選択するため、１ＰＰＳ信号の受信に異常が発生した場合でも異常がサンプリング信号の生成に波及しない。

実施の形態１に係るデータ収集装置の構成例を示す図。 実施の形態１に係るデータ収集装置の動作例を示す図。 実施の形態２に係るデータ収集装置の構成例を示す図。 実施の形態２に係るデータ収集装置の動作例を示す図。 実施の形態１、２に係るデータ収集装置の前提となる構成を示す図。 実施の形態１、２に係るデータ収集装置の動作原理を説明する図。 実施の形態１、２に係るデータ収集装置の動作原理を説明する図。 実施の形態１、２に係るデータ収集装置の動作原理を説明する図。 実施の形態１及び２に係るデータ収集装置のハードウェア構成例を示す図。

実施の形態１．
本実施の形態では、電気量をサンプリングする周期を決定するカウンタ（サンプリング信号生成カウンタ）の補正値を、クロック偏差測定値に応じて計算するデータ収集装置（ＭＵ）を説明する。
これにより、周波数偏差が±５０ｐｐｍ程度の汎用発振回路を使用しても、高精度の同期をとることができる。
また、本実施の形態のデータ収集装置は、クロック偏差測定値を複数保持し、最新のクロック偏差測定値が直前のクロック偏差測定値と一致すれば最新のクロック偏差測定値を選択し、一致しない場合は、最新のクロック偏差測定値ではなく直前のクロック偏差値を選択する。
このため、１ＰＰＳ信号が途切れる等の異常が発生した場合でも異常がサンプリング信号の生成に波及しない。

図１は、本実施の形態に係るデータ収集装置１００の構成例を示す。
データ収集装置１００は、信号処理装置の例に相当する。
本実施の形態に係るデータ収集装置１００は、複数のクロック偏差測定値を保持する偏差測定値保持部３０１と、偏差測定値保持部３０１に保持されている複数のクロック偏差測定値の中から後段のサンプリング周期カウント部１０５に出力するクロック偏差測定値を選択するクロック偏差値生成部３０２を備えることを主な特徴としている。

理解のしやすさを考慮し、まず、偏差測定値保持部３０１及びクロック偏差値生成部３０２が含まれていない構成のデータ収集装置を用いて、本実施の形態に係るデータ収集装置１００の動作原理を説明する。

図５は、本実施の形態に係るデータ収集装置１００から偏差測定値保持部３０１及びクロック偏差値生成部３０２を除外したデータ収集装置１５０の構成を示す。

データ収集装置１５０は、１ＰＰＳ信号を受信し、また、測定した電気量を示すデータを演算装置２００に送信する。
ＩＥＤである演算装置２００は、電力系統の異常を検出し、系統を遮断することにより事故の波及を抑制する。
１ＰＰＳ信号の送信元は、演算装置２００でもよいし、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）レシーバを持った別装置でもよい。

データ収集装置１５０において、１ＰＰＳ信号受信部１０１は、１ＰＰＳ信号を受信する。

クロック生成部１０２は、データ収集装置１５０の動作クロック信号（以下、単にクロック信号という）を生成する。
クロック信号のクロック周期は１秒間に比べて微小である。

クロック偏差測定部１０３は、１ＰＰＳ信号の周期に対するデータ収集装置１５０のクロック信号との周波数偏差であるクロック偏差を測定する。

偏差測定値保持部１０４は、クロック偏差測定部１０３で測定されたクロック偏差測定値を保持する。
偏差測定値保持部１０４は、図１の偏差測定値保持部３０１と異なり、１つのクロック偏差測定値のみを保持する。

サンプリング周期カウント部１０５は、電気量をサンプリングするタイミングの時間間隔をカウントする。
サンプリング周期カウント部１０５は、１ＰＰＳ信号受信部１０１から１ＰＰＳ信号を入力し、クロック生成部１０２からクロック信号を入力し、１ＰＰＳ信号の入力時にクロック信号のクロック周期に合わせたカウントを開始し、カウント完了値までのカウントを終えるとカウント開始値からのカウントを開始する。
なお、サンプリング周期カウント部１０５は、カウンタの例に相当する。

サンプリング信号生成部１０６は、サンプリング周期カウント部１０５のカウント値からサンプリングタイミングを示すパルスである、サンプリングタイミング信号（サンプリング信号ともいう）を生成する。

電気量測定部１０７は、サンプリング信号生成部１０６で生成したパルス（サンプリング信号）のタイミングで電力系統の電気量を測定する。

データ生成部１０８は、電気量測定部１０７で測定した電気量をローカルエリアネットワーク（プロセスバス）に送信可能な通信フレーム形式のデジタルデータに変換する。

通信部１０９は、データ生成部１０８で生成したデジタルデータをローカルエリアネットワーク（プロセスバス）経由で演算装置２００に送信する。

次に、データ収集装置１５０の動作例を説明する。

データ収集装置１５０には、光ファイバケーブルや電気信号ケーブルといった伝送手段を用いて、演算装置２００から１ＰＰＳ信号が入力される。
１ＰＰＳ信号は絶対時刻の１秒間の周期を示すパルス信号であり、周期誤差は数ｐｐｍ以下と非常に小さい。
１ＰＰＳ信号は１ＰＰＳ信号受信部１０１にて受信され、クロック偏差測定部１０３とサンプリング周期カウント部１０５に配信される。

クロック生成部１０２では、データ収集装置１５０のクロック信号が生成され、クロック偏差測定部１０３とサンプリング周期カウント部１０５に配信される。
クロック偏差測定部１０３では、１ＰＰＳ信号の受信タイミングと、データ収集装置１５０のクロック信号でカウントした１秒間とのずれであるクロック偏差を計測し、計測結果は偏差測定値保持部１０４で保持される。

サンプリング周期カウント部１０５は、クロック生成部１０２にて生成されたクロック信号にてカウントアップまたはカウントダウンするカウンタである。

ここで、サンプリング周期を生成するカウント値の上限値（カウント完了値）は、偏差測定値保持部１０４に保持されているクロック偏差測定値を基に、１ＰＰＳ信号の精度と一致する様に決定される。
例えば、電力系統の交流周波数が５０Ｈｚ、１交流周期あたりのサンプリング回数が８０回の場合、サンプリング周期は２５０マイクロ秒となる。
１ＰＰＳ信号の精度が０ｐｐｍの場合、２５０マイクロ秒は８０ＭＨｚカウンタで２００００回のカウントと一致する。
ここで、クロック信号の周波数偏差が−５０ｐｐｍの場合、２００００回のカウントは２５０．０１２５マイクロ秒となり、サンプリング周期が１２．５ナノ秒長くなる。
そのため、偏差測定値保持部１０４に保持されているクロック偏差測定値が−５０ｐｐｍの場合は、８０ＭＨｚカウンタのカウント上限値を１９９９９回とすることにより、サンプリング周期の時間幅を２５０マイクロ秒（０ｐｐｍでの時間幅）に一致させる。

サンプリング信号生成部１０６は、サンプリング周期カウント部１０５が生成したカウント値を用いて、電気量測定部１０７に与えるサンプリングタイミング信号を生成する。
電気量測定部１０７はサンプリング信号生成部１０６が生成したサンプリングタイミング信号の受信にて電力系統の電気量（電流、電圧）を計測する。
デジタルデータ生成部１０８は、サンプリング信号生成部１０６にて測定された電気量を演算装置２００に送信するため、通信部１０９にて送信可能な通信フレームの形式に構成する。
通信部１０９は、デジタルデータ生成部１０８が生成した通信フレームを演算装置２００に送信する。

次に、クロック偏差測定部１０３、偏差測定値保持部１０４、サンプリング周期カウント部１０５の動作を図６を用いて説明する。

クロック偏差測定部１０３は、１ＰＰＳ信号の受信時を起点としてクロック信号をカウント源とする１０ミリ秒周期パルスの生成を開始する。
１０ミリ秒周期パルスによりカウントアップする１０ミリ秒パルスカウントの値が９９に達した段階で、クロック偏差測定部１０３は、クロック信号をカウント源とするクロック偏差測定カウンタのカウントを開始する。
カウント開始後、１ＰＰＳ信号の受信時に、クロック偏差測定部１０３は、クロック偏差測定カウンタのカウントを停止する。

クロック偏差測定カウンタのカウント値から１０ミリ秒の理想カウント値（クロック偏差０ｐｐｍ時のカウント値）を減算することにより、１ＰＰＳ信号受信間におけるクロック信号のクロック周波数偏差蓄積量（例えば図６の符号５００の矩形に相当する時間）を得ることができる。
クロック偏差測定部１０３にて得られた偏差蓄積量（クロック偏差測定値）は、偏差測定値保持部１０４に保持される。

クロック偏差測定部１０３の動作を図７を用いて、より詳細に説明する。

１ＰＰＳ信号がクロック偏差測定部１０３に入力されると、クロック信号のクロック周期に従ってカウントする１０ミリ秒のカウンタが動作する。
例えば、クロック信号が８０ＭＨｚの場合では、１２．５ナノ秒単位のカウントとなるため、８０００００カウントで１０ミリ秒となる。
この１０ミリ秒のカウントが９９回目の時に、カウンタが８０００００カウントになるとデータ収集装置１５０のクロック信号の計測では１秒間となる。
このクロック信号によりカウントした１秒間と、１ＰＰＳ信号の受信タイミングの差が、クロック偏差の測定値となる。
図６では、１０ミリ秒のカウンタが７９８４００カウントの時点で１ＰＰＳ信号が受信されているため、クロック信号は１秒間で２０マイクロ秒（（８０００００−７９８４００）×１２．５ナノ秒）遅くカウントしており、この値がクロック偏差の測定値である。
このような動作で、クロック偏差測定部１０３は、１ＰＰＳ信号に対するクロック信号の１秒あたりの乖離時間であるクロック偏差を測定し、偏差測定値保持部１０４にクロック偏差測定値を格納する。
クロック信号による１秒間のカウントが、１ＰＰＳ信号よりも２０マイクロ秒遅い場合は、図８に示すように、サンプリング信号は１秒間で３９９９回しか出力されず、２５０マイクロ秒の周期でサンプリング信号を出力できていないことになる。
このため、２０マイクロ秒分の補正を行うために、サンプリング周期カウンタの上限値（カウント完了値）を変更する必要がある。

サンプリング周期カウント部１０５は、図６に示すように、サンプリング信号生成カウンタを内蔵している。
サンプリング周期カウント部１０５は、偏差測定値保持部１０４に保持されている１秒間の偏差蓄積量（クロック偏差測定値）からサンプリング周期あたりの偏差蓄積量（クロック偏差測定値）を算出する。
例えば、サンプリング周期が前述のように２５０マイクロ秒であれば、サンプリング信号生成カウンタでは、１秒間に４０００回のサンプリングが行われるため、偏差測定値保持部１０４に保持されている１秒間の偏差蓄積量（クロック偏差測定値）を４０００で除算して、サンプリング周期あたりの偏差蓄積量（クロック偏差測定値）を求める。
サンプリング周期カウント部１０５は、算出した偏差蓄積量をサンプリング周期カウントの理想値（クロック偏差０ｐｐｍ時のカウント値）から加算または減算し、この値をサンプリング信号生成カウンタの上限値（カウント完了値）として設定する。
図６では、符号６００がサンプリング信号生成カウンタの上限値を示している。
サンプリング信号生成部１０６は、サンプリング信号生成カウンタのカウント値を監視し、カウント値が０（カウント開始値）となったタイミングで電気量測定部１０７に対するサンプリングタイミング信号を有意とする。
尚、符号６００はサンプリング毎に異なる値としても良い。１秒間の偏差蓄積量（クロック偏差測定値）がサンプリング回数で割り切れない場合や１より小さい場合は、サンプリング毎にサンプリング信号生成カウンタの上限値を変えることで、細かな調整を行うことができる。例えば、３回のサンプリングにおいて符号６００の値を理想値（クロック偏差０ｐｐｍ時のカウント値）を１回、理想値より２少ない値を２回とする。この場合、サンプリング３回中に４クロック分の調整を行うことになり、１サンプリングあたり１．３３クロック分の調整を行うことができる。

このようにして、図５に示すデータ処理装置１５０は、１ＰＰＳ信号に対するクロック信号の偏差量を測定し、測定結果を用いてサンプリング周期カウント部１０５のカウント上限値を決定することで、サンプリング周期の時間幅を理想時間幅（０ｐｐｍでの時間幅）に一致させる。

次に、図１のデータ収集装置１００により、１ＰＰＳ信号入力が一時的に途切れるといった受信異常が発生した場合に、誤ったクロック偏差測定値による誤ったサンプリング周期が生成されることを回避可能であることを説明する。

図１の構成と図５の構成との違いは、図１において偏差測定値保持部１０４の代わりに偏差測定値保持部３０１が配置され、また、クロック偏差値生成部３０２が追加されている点である。
偏差測定値保持部３０１及びクロック偏差値生成部３０２以外は、図５に示したものと同様である。

偏差測定値保持部３０１は、クロック偏差測定部１０３で計測したクロック偏差測定値を複数保持する。
つまり、偏差測定値保持部３０１は、クロック偏差測定部１０３における複数回の測定により得られた複数のクロック偏差測定値を保持する。

クロック偏差値生成部３０２は、偏差測定値保持部３０１の複数のクロック偏差測定値を比較し、出力先であるサンプリング周期カウント部１０５に出力するクロック偏差測定値を、複数のクロック偏差測定値の中から選択する。
クロック偏差値生成部３０２は、偏差測定値選択部の例に相当する。

次に、データ収集装置１００の動作例を、図２を用いて説明する。

偏差測定値保持部３０１は複数の保持部（記憶領域）を持ち、最新のクロック偏差測定値を保持部１に、１つ前のクロック偏差測定値を保持部２に、２つ前のクロック偏差測定値を保持部３に格納する。
１ＰＰＳ信号に対するクロック信号の偏差量は、例えば昼夜の温度差といった環境要因等で変動するが、数秒間といった短い時間内で変化するものではない。
このため、偏差測定値保持部３０１内の３つのクロック偏差測定値は一致するはずである。

クロック偏差値生成部３０２は、偏差測定値保持部３０１の複数のクロック偏差測定値を比較し、最新のクロック偏差測定値が他のクロック偏差測定値と一致している場合は、最新のクロック偏差測定値が正常であると判定し、最新のクロック偏差測定値をサンプリング周期カウント部１０５に出力する値として選択する。
最新のクロック偏差測定値が他のクロック偏差測定値と一致しない場合は、クロック偏差値生成部３０２は、例えば１ＰＰＳ信号が途切れるなど異常発生があったと判断し、クロック偏差測定値の更新は行わず、現状の値を維持する。
つまり、クロック偏差値生成部３０２は、保持部２に保持されているクロック偏差測定値をサンプリング周期カウント部１０５に出力する値として選択する。
そして、クロック偏差値生成部３０２は、選択したクロック偏差測定値をサンプリング周期カウント部１０５に出力する。

これにより、１ＰＰＳ信号受信に異常が生じた場合でも、異常がサンプリング信号生成に影響することを防止することが可能となる。
なお、図１及び図２では、偏差測定値保持部３０１内の保持部は３つとして説明したが、２つ以上の任意の値で良い。
また、以上では、偏差測定値保持部３０１内の最新のクロック偏差測定値が、他のクロック偏差測定値と完全に一致する場合にのみ、最新のクロック偏差測定値をサンプリング周期カウント部１０５に出力することとした。
これに対して、所定の許容範囲を設け、最新のクロック偏差測定値が、許容範囲内で他のクロック偏差測定値と一致する場合には、最新のクロック偏差測定値をサンプリング周期カウント部１０５に出力するようにしてもよい。

実施の形態２．
以上の実施の形態１では、１ＰＰＳ信号に対するクロック信号の偏差量を測定し、測定結果を用いてサンプリング周期カウント部のカウント上限値を決定することで、サンプリング周期の時間幅を理想時間幅（０ｐｐｍでの時間幅）に一致させることを説明した。
また、実施の形態１では、１ＰＰＳ信号受信に異常があった場合に誤ったクロック偏差測定値によるサンプリング信号の生成を防止する例を示した。
本実施の形態では、１ＰＰＳ信号の途絶が長時間に及んだ場合や、データ収集装置の電源投入後に１ＰＰＳ信号を初めて受信した場合に、サンプリングタイミング信号の生成開始位置を１ＰＰＳ信号受信タイミングに合わせる方式を示す。

図３において、サンプリング位置合わせ部５０１は、サンプリング信号生成部１０６が生成するサンプリングタイミング信号の生成開始位置を１ＰＰＳ信号受信タイミングに合わせるためのタイミング補正量を生成する。
より具体的には、サンプリング位置合わせ部５０１は、サンプリング周期カウント部１０５への１ＰＰＳ信号の入力タイミングとサンプリング周期カウント部１０５におけるカウント開始値のタイミングとを監視する。
そして、カウント開始値のタイミングが１ＰＰＳ信号の入力タイミングと一致していない場合に、サンプリング位置合わせ部５０１は、カウント開始値のタイミングを１ＰＰＳ信号の入力タイミングに一致させるためのタイミング補正値を算出する。
そして、サンプリング周期カウント部１０５は、サンプリング位置合わせ部５０１により算出されたタイミング補正値を用いてカウント上限値（カウント完了値）を変更し、カウント開始値のタイミングを１ＰＰＳ信号の入力タイミングに一致させる。
なお、サンプリング位置合わせ部５０１は、タイミング補正値算出部の例に相当する。
また、サンプリング位置合わせ部５０１以外の要素は、図１に示したものと同様である。

次に、本実施の形態に係るデータ収集装置１００の動作例を、図４を用いて説明する。

複数のデータ収集装置間でサンプリングタイミングが一致するためには、サンプリング周期の時間幅が一致することに加え、サンプリングタイミング信号の開始位置が１ＰＰＳ信号の受信タイミングと一致していることが必要である。
そのため、サンプリング信号生成カウンタの上限値を決定する算出式には、サンプリング周期の時間幅をクロック偏差測定値に合わせて設定する（２）に加え、サンプリングタイミング信号の生成タイミングをずらすための（３）が必要である。
＜サンプリング信号生成カウンタ上限値の決定式＞
カウンタ上限値＝（１）カウンタベース値（０ｐｐｍ時の周期カウント値）
±（２）クロック偏差値 ±（３）タイミング補正量

１ＰＰＳ信号の途絶が長時間に及んだ場合や、データ収集装置の電源投入後に１ＰＰＳ信号を初めて受信した場合は、図４中の同期ずれ量（サンプリングタイミング信号位置と１ＰＰＳ信号受信位置間のずれ）が存在しており、この同期ずれ量は、データ収集装置ごとに異なる値となっている。

サンプリング位置合わせ部５０１は、１ＰＰＳ受信時のサンプリング信号生成カウンタのカウント値から同期ずれ量を算出する。
そして、サンプリング位置合わせ部５０１は、算出した同期ずれ量をタイミング補正量としてサンプリング周期カウント部１０５へ出力する。
サンプリング周期カウント部１０５は、前記のサンプリング信号生成カウンタ上限値の決定式に基づきカウンタ上限値を変更することで、同期ずれ量を０に調整することができる。

サンプリング位置合わせ部５０１は、１ＰＰＳ信号受信時のサンプリング信号生成カウンタのカウント値によって、サンプリングタイミング信号を調整する方向、すなわち前記の（３）タイミング補正量を加算するか減算するかを決定する。
図４において、１ＰＰＳ信号の受信タイミングがサンプリング信号生成カウンタの中間値より前であってカウント開始値よりも後の場合（図４の（１））は、サンプリング位置合わせ部５０１は、カウント上限値からタイミング補正量を減算することでサンプリングタイミング信号を１ＰＰＳ信号受信タイミングに一致させる。
また、１ＰＰＳ信号の受信タイミングがサンプリング信号生成カウンタの中間値より後であってカウント上限値よりも前の場合（図４の（２））は、サンプリング位置合わせ部５０１は、カウント上限値にタイミング補正量を加算することでサンプリングタイミング信号を１ＰＰＳ信号受信タイミングに一致させる。

なお、前記の（３）タイミング補正量の調整は１回で行わず、複数回に分割して行ってよい。
例えば、サンプリングタイミング信号間隔の変化を７５ナノ秒以下に制限したいケースで同期ずれ量が７５０ｎｓの場合、１回の調整量を最大７５ｎｓ（８０ＭＨｚカウンタで４カウント分）とし、カウンタ上限値の調整を１０回行ってもよい。
また、毎回の調整量が同じでなくてもよい。

このように、本実施の形態によれば、１ＰＰＳ信号の途絶が長時間に及んだ場合や、データ収集装置の電源投入後に１ＰＰＳ信号を初めて受信した場合に、サンプリングタイミング信号の生成開始位置を１ＰＰＳ信号受信タイミングに合わせることが可能になる。

なお、実施の形態１及び２では、サンプリング周期カウント部１０５がインクリメントによりカウントする例を説明したので、カウント開始値がサンプリング周期カウント部１０５の下限値であり、カウント完了値が上限値であった。
サンプリング周期カウント部１０５がデクリメントによりカウントする場合は、カウント開始値がサンプリング周期カウント部１０５の上限値となり、カウント完了値が下限値となる。

最後に、実施の形態１、２に示したデータ収集装置１００のハードウェア構成例を図９を参照して説明する。
データ収集装置１００はコンピュータであり、データ収集装置１００の各要素をプログラムで実現することができる。
データ収集装置１００のハードウェア構成としては、バスに、制御装置９０１、外部記憶装置９０２、主記憶装置９０３、通信装置９０４、入出力装置９０５、クロック発生回路９０６、カウンタ９０７が接続されている。

制御装置９０１は、プログラムを実行するＣＰＵである。
外部記憶装置９０２は、例えばＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）やフラッシュメモリ、ハードディスク装置である。
主記憶装置９０３は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）である。
偏差測定値保持部３０１は、例えば、主記憶装置９０３により実現される。
通信装置９０４は、１ＰＰＳ信号受信部１０１及び通信部１０９の物理層に対応する。
入出力装置９０５は、例えばマウス、キーボード、ディスプレイ装置等である。
クロック発生回路９０６は、水晶発振器を備え、データ収集装置１００のクロック信号を生成する。
クロック生成部１０２は、クロック発生回路９０６により実現される。
また、サンプリング周期カウント部１０５は、カウンタ９０７により実現される。

プログラムは、通常は外部記憶装置９０２に記憶されており、主記憶装置９０３にロードされた状態で、順次制御装置９０１に読み込まれ、実行される。
プログラムは、図１、図３に示す「〜部」（但し、クロック生成部１０２、偏差測定値保持部３０１を除く、以下も同様）として説明している機能を実現するプログラムである。
更に、外部記憶装置９０２にはオペレーティングシステム（ＯＳ）も記憶されており、ＯＳの少なくとも一部が主記憶装置９０３にロードされ、制御装置９０１はＯＳを実行しながら、図１に示す「〜部」の機能を実現するプログラムを実行する。
また、実施の形態１、２の説明において、「〜の測定」、「〜のカウント」、「〜の変更」、「〜の決定」、「〜の設定」、「〜の指定」、「〜の計算」、「〜の判断」、「〜の判定」、「〜の選択」、「〜の生成」、「〜の入力」、「〜の受信」等として説明している処理の結果を示す情報やデータや信号値や変数値が主記憶装置９０３にファイルとして記憶されている。

なお、図９の構成は、あくまでもデータ収集装置１００のハードウェア構成の一例を示すものであり、データ収集装置１００のハードウェア構成は図９に記載の構成に限らず、他の構成であってもよい。

１００ データ収集装置、１０１ １ＰＰＳ信号受信部、１０２ クロック生成部、１０３ クロック偏差測定部、１０４ 偏差測定値保持部、１０５ サンプリング周期カウント部、１０６ サンプリング信号生成部、１０７ 電気量測定部、１０８ データ生成部、１０９ 通信部、３０１ 偏差測定値保持部、３０２ クロック偏差値生成部、５０１ サンプリング位置合わせ部。

本発明によれば、１秒間に比べて微小なクロック周期のクロック信号と１ＰＰＳ信号との間のクロック偏差を用いるため、周波数偏差が±５０ｐｐｍ程度の汎用発振回路を使用しても、高精度な同期制御を行うことができる。
また、クロック偏差測定値を複数保持し、最新のクロック偏差測定値が他のクロック偏差測定値に一致しない場合に、最新のクロック偏差測定値ではなく他のクロック偏差測定値を選択するため、１ＰＰＳ信号の受信に異常が発生した場合でも異常がサンプリング信号の生成に波及しない。

実施の形態１．
本実施の形態では、電気量をサンプリングする周期を決定するカウンタ（サンプリング信号生成カウンタ）の補正値を、クロック偏差測定値に応じて計算するデータ収集装置（ＭＵ）を説明する。
これにより、周波数偏差が±５０ｐｐｍ程度の汎用発振回路を使用しても、高精度の同期をとることができる。
また、本実施の形態のデータ収集装置は、クロック偏差測定値を複数保持し、最新のクロック偏差測定値が直前のクロック偏差測定値と一致すれば最新のクロック偏差測定値を選択し、一致しない場合は、最新のクロック偏差測定値ではなく直前のクロック偏差測定値を選択する。
このため、１ＰＰＳ信号が途切れる等の異常が発生した場合でも異常がサンプリング信号の生成に波及しない。

サンプリング信号生成部１０６は、サンプリング周期カウント部１０５が生成したカウント値を用いて、電気量測定部１０７に与えるサンプリングタイミング信号を生成する。
電気量測定部１０７はサンプリング信号生成部１０６が生成したサンプリングタイミング信号の受信にて電力系統の電気量（電流、電圧）を計測する。
データ生成部１０８は、サンプリング信号生成部１０６にて測定された電気量を演算装置２００に送信するため、通信部１０９にて送信可能な通信フレームの形式に構成する。
通信部１０９は、データ生成部１０８が生成した通信フレームを演算装置２００に送信する。

１ＰＰＳ信号がクロック偏差測定部１０３に入力されると、クロック信号のクロック周期に従ってカウントする１０ミリ秒のカウンタが動作する。
例えば、クロック信号が８０ＭＨｚの場合では、１２．５ナノ秒単位のカウントとなるため、８０００００カウントで１０ミリ秒となる。
この１０ミリ秒のカウントが９９回目の時に、カウンタが８０００００カウントになるとデータ収集装置１５０のクロック信号の計測では１秒間となる。
このクロック信号によりカウントした１秒間と、１ＰＰＳ信号の受信タイミングの差が、クロック偏差の測定値となる。
図７では、１０ミリ秒のカウンタが７９８４００カウントの時点で１ＰＰＳ信号が受信されているため、クロック信号は１秒間で２０マイクロ秒（（８０００００−７９８４００）×１２．５ナノ秒）遅くカウントしており、この値がクロック偏差の測定値である。
このような動作で、クロック偏差測定部１０３は、１ＰＰＳ信号に対するクロック信号の１秒あたりの乖離時間であるクロック偏差を測定し、偏差測定値保持部１０４にクロック偏差測定値を格納する。
クロック信号による１秒間のカウントが、１ＰＰＳ信号よりも２０マイクロ秒遅い場合は、図８に示すように、サンプリング信号は１秒間で３９９９回しか出力されず、２５０マイクロ秒の周期でサンプリング信号を出力できていないことになる。
このため、２０マイクロ秒分の補正を行うために、サンプリング周期カウンタの上限値（カウント完了値）を変更する必要がある。

このようにして、図５に示すデータ収集装置１５０は、１ＰＰＳ信号に対するクロック信号の偏差量を測定し、測定結果を用いてサンプリング周期カウント部１０５のカウント上限値を決定することで、サンプリング周期の時間幅を理想時間幅（０ｐｐｍでの時間幅）に一致させる。

サンプリング位置合わせ部５０１は、１ＰＰＳ信号受信時のサンプリング信号生成カウンタのカウント値によって、サンプリングタイミング信号を調整する方向、すなわち前記の（３）タイミング補正量を加算するか減算するかを決定する。
図４において、１ＰＰＳ信号の受信タイミングがサンプリング信号生成カウンタの中間値より後であってカウンタ上限値よりも前の場合（図４の（１））は、サンプリング位置合わせ部５０１は、カウンタ上限値からタイミング補正量を減算することでサンプリングタイミング信号を１ＰＰＳ信号受信タイミングに一致させる。
また、１ＰＰＳ信号の受信タイミングがサンプリング信号生成カウンタの中間値より前であってカウンタ開始値よりも後の場合（図４の（２））は、サンプリング位置合わせ部５０１は、カウンタ上限値にタイミング補正量を加算することでサンプリングタイミング信号を１ＰＰＳ信号受信タイミングに一致させる。

Claims (7)

1. １ＰＰＳ（１ Ｐｕｌｓｅ Ｐｅｒ Ｓｅｃｏｎｄ）信号を受信する１ＰＰＳ信号受信部と、
   １秒間に比べて微小なクロック周期のクロック信号を生成するクロック生成部と、
   前記１ＰＰＳ信号受信部から前記１ＰＰＳ信号を入力し、前記クロック生成部から前記クロック信号を入力し、前記１ＰＰＳ信号を入力する度に、前記クロック信号の前記１ＰＰＳ信号に対する周波数偏差であるクロック偏差を測定するクロック偏差測定部と、
   前記クロック偏差測定部における複数回の測定により得られた複数のクロック偏差測定値を保持する偏差測定値保持部と、
   前記偏差測定値保持部に保持されている前記複数のクロック偏差測定値のうちの最新のクロック偏差測定値と他のクロック偏差測定値とを比較し、前記最新のクロック偏差測定値が他のクロック偏差測定値と所定の許容範囲内で一致する場合に前記最新のクロック偏差測定値を出力先に出力し、前記最新のクロック偏差測定値が他のクロック偏差測定値と前記許容範囲内で一致しない場合に前記他のクロック偏差測定値のうちのいずれかのクロック偏差測定値を前記出力先に出力する偏差測定値選択部とを有することを特徴とする信号処理装置。
2. 前記信号処理装置は、更に、
   前記１ＰＰＳ信号受信部から前記１ＰＰＳ信号を入力し、前記クロック生成部から前記クロック信号を入力し、前記クロック信号のクロック周期に合わせてカウント開始値からカウント完了値までのカウントを行い、前記カウント完了値までのカウントを終えると前記カウント開始値からのカウントを開始するカウンタと、
   前記カウンタへの前記１ＰＰＳ信号の入力タイミングと前記カウンタにおける前記カウント開始値のタイミングとを監視し、前記カウント開始値のタイミングが前記１ＰＰＳ信号の入力タイミングと一致していない場合に、前記カウント開始値のタイミングを前記１ＰＰＳ信号の入力タイミングに一致させるためのタイミング補正値を算出するタイミング補正値算出部とを有し、
   前記カウンタは、
   前記タイミング補正値算出部により算出されたタイミング補正値を用いて前記カウント完了値を変更し、前記カウント開始値のタイミングを前記１ＰＰＳ信号の入力タイミングに一致させることを特徴とする請求項１に記載の信号処理装置。
3. 前記タイミング補正値算出部は、
   前記カウンタへの前記１ＰＰＳ信号の入力タイミングが前記カウント開始値と前記カウント完了値との間の中間値よりも後であって前記カウント完了値よりも前である場合に、前記カウンタに前記カウント完了値からタイミング補正値を減算させるようにし、
   前記カウンタへの前記１ＰＰＳ信号の入力タイミングが前記カウント開始値よりも後であって前記中間値よりも前である場合に、前記カウンタに前記カウント完了値にタイミング補正値を加算させるようにすることを特徴とする請求項２に記載の信号処理装置。
4. 前記タイミング補正値算出部は、
   算出したタイミング補正値をｎ（ｎは２以上の整数）分割し、
   前記カウンタは、
   前記タイミング補正値の分割値をｎ回のカウント完了値に用いて前記ｎ回のカウント完了値を変更して、前記カウント開始値のタイミングを前記１ＰＰＳ信号の入力タイミングに一致させることを特徴とする請求項２又は３に記載の信号処理装置。
5. １ＰＰＳ（１ Ｐｕｌｓｅ Ｐｅｒ Ｓｅｃｏｎｄ）信号を受信する１ＰＰＳ信号受信部と、
   １秒に比べて微小なクロック周期のクロック信号を生成するクロック生成部と、
   前記１ＰＰＳ信号受信部から前記１ＰＰＳ信号を入力し、前記クロック生成部から前記クロック信号を入力し、前記クロック信号のクロック周期に合わせてカウント開始値からカウント完了値までのカウントを行い、前記カウント完了値までのカウントを終えると前記カウント開始値からのカウントを開始するカウンタと、
   前記カウンタへの前記１ＰＰＳ信号の入力タイミングと前記カウンタにおける前記カウント開始値のタイミングとを監視し、前記カウント開始値のタイミングが前記１ＰＰＳ信号の入力タイミングと一致していない場合に、前記カウント開始値のタイミングを前記１ＰＰＳ信号の入力タイミングに一致させるためのタイミング補正値を算出するタイミング補正値算出部とを有し、
   前記カウンタは、
   前記タイミング補正値算出部により算出されたタイミング補正値を用いて前記カウント完了値を変更し、前記カウント開始値のタイミングを前記１ＰＰＳ信号の入力タイミングに一致させることを特徴とする信号処理装置。
6. 前記タイミング補正値算出部は、
   前記カウンタへの前記１ＰＰＳ信号の入力タイミングが前記カウント開始値と前記カウント完了値との間の中間値よりも後であって前記カウント完了値よりも前である場合に、前記カウンタに前記カウント完了値からタイミング補正値を減算させるようにし、
   前記カウンタへの前記１ＰＰＳ信号の入力タイミングが前記カウント開始値よりも後であって前記中間値よりも前である場合に、前記カウンタに前記カウント完了値にタイミング補正値を加算させるようにすることを特徴とする請求項５に記載の信号処理装置。
7. 前記タイミング補正値算出部は、
   算出したタイミング補正値をｎ（ｎは２以上の整数）分割し、
   前記カウンタは、
   前記タイミング補正値の分割値をｎ回のカウント完了値に用いて前記ｎ回のカウント完了値を変更して、前記カウント開始値のタイミングを前記１ＰＰＳ信号の入力タイミングに一致させることを特徴とする請求項５又は６に記載の信号処理装置。

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