WO2023042344A1 - 保護・制御システム - Google Patents

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WO2023042344A1
WO2023042344A1 PCT/JP2021/034135 JP2021034135W WO2023042344A1 WO 2023042344 A1 WO2023042344 A1 WO 2023042344A1 JP 2021034135 W JP2021034135 W JP 2021034135W WO 2023042344 A1 WO2023042344 A1 WO 2023042344A1
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WO
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unit
fail
main
safe
protection
Prior art date
Application number
PCT/JP2021/034135
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
和也 岡田
正 中村
渉 山守
浩一 浜松
哲也 三好
Original Assignee
株式会社東芝
東芝エネルギーシステムズ株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社東芝, 東芝エネルギーシステムズ株式会社 filed Critical 株式会社東芝
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/02—Details
    • H02H3/05—Details with means for increasing reliability, e.g. redundancy arrangements

Definitions

  • the present invention relates to protection and control systems.
  • Patent Document 1 Conventionally, a system provided with a protection control device and a merging unit at a substation has been disclosed (see Patent Document 1, for example). However, in the invention of Patent Document 1, there are cases where sufficient reliability cannot be ensured depending on the environment in which it is applied.
  • One of the objectives of the problem to be solved by the present invention is to provide a highly reliable protection and control system in a desired environment.
  • the protection/control system of the embodiment has a main computation section, a fail-safe computation section, a main output section, a fail-safe output section, and a trip circuit.
  • the main computation unit performs computations for controlling electrical equipment.
  • the fail-safe calculation unit performs fail-safe calculations for controlling the electrical equipment.
  • the main output section is provided in a device different from the main calculation section and outputs a main signal output from the main calculation section to a trip circuit.
  • a fail-safe output section is provided in a device different from the main computing section and outputs a fail-safe signal output by the fail-safe computing section to the trip circuit.
  • a trip circuit outputs a trip command to the circuit breaker in response to obtaining both the main signal and the fail-safe signal.
  • FIG. The figure which shows an example of a structure of the substation system 1.
  • FIG. The figure which shows an example of the functional structure of IED, and the functional structure of PIU50.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of the substation system 1.
  • a substation is treated as an example, but instead of the substation, the substation system 1 of the present embodiment is applied to a power station, a switchyard, a factory, and an electric station that handles a receiving and transforming system for general industry. may
  • the substation system 1 is divided into a station level hierarchy, a bay level hierarchy, and a process level hierarchy. It has equipment and devices provided in The bay level is the hierarchy between the station level and the process level.
  • the station level for example, ITC (Intelligent Tele-communicate System) 12 (12-1, 12-2), HMI (Human Machine Interface) 14, and first communication lines CL1, CL2 are provided.
  • the first communication lines CL1 and CL2 (first network) are sometimes called station buses, for example.
  • the first communication lines CL1 and CL2 are communication lines forming a LAN (Local Area Network) in a predetermined area such as a substation.
  • One of the communication lines CL1 and CL2 may be omitted (for example, one set of communication lines may be provided).
  • the ITC 12 is connected to the first communication lines CL1 and CL2. ITC is sometimes called GW (Gate Way).
  • the ITC 12 is a device that relays transmission and reception of acquired information.
  • the acquired information is information acquired from devices and devices connected to the first communication lines CL1 and CL2.
  • the ITC 12 is a device that relays communication with devices (eg, HMI 14) provided within the substation and outside the substation (eg, computer systems such as system control and power supply in equipment outside the substation).
  • the HMI 14 is connected to the ITC 12.
  • the HMI 14 and ITC 12 may be connected via, for example, a dedicated line.
  • the HMI 14 has, for example, a display, and displays the information transmitted from the ITC 12 on the display.
  • the display unit displays, for example, the operating states of the devices and equipment (circuit breakers and transformers) provided in the substation system 1, and the electric quantity (current, voltage, active/reactive power) of the transmission line.
  • the operator can refer to the information displayed on the display unit to check the status of the devices and equipment of the substation system 1 and the operating status of the substation system 1, and control the devices and equipment. can give orders. According to the above control commands, the use/lock of the device and the opening/closing control of electric equipment such as circuit breakers and disconnectors are performed.
  • a transmission line BCU (Bay Control Unit) 30-1, a bus line BCU 30-2, transmission line protection units 40-1 and 40-2, and a bus line protection unit 40- 3 and 40-4 are provided.
  • the BCU 30-1 for transmission lines is arranged for the purpose of monitoring control and measurement of devices on transmission lines.
  • the BCU 30-1 receives device control commands from the ITC 12 and HMI 14, such as circuit breakers (disconnectors and grounding devices in addition to circuit breakers), and sends the received device control commands to the PIU (Process Interface Unit) 50.
  • the PIU 50 gives a device control command to a control target transmission line circuit breaker or the like to control the opening and closing of the device.
  • the PIU 50 takes in the amount of alternating current electricity from the meter or transformer, converts it to digital, and transmits the digitally converted amount of alternating current to the BCU 30-1 for the transmission line. A calculation is performed to convert the AC electric quantity into an effective value, and the value is sent to the ITC 12 or HMI 14 .
  • the ITC 12 transmits the information received from the BCU 30-1 outside the substation.
  • the HMI 14 displays the electric quantity of the transmission line on the display unit using the above-mentioned digitally converted information received.
  • the development status of the equipment is also captured by the PIU 50, and the captured information is transmitted to the ITC 12 and HMI 14 via the BCU 30-1 for power transmission lines, and information processing is performed in the ITC 12 and HMI 14.
  • the BCU 30-2 for the bus also has the same function as the BCU 30-1 for the transmission line described above with respect to the bus.
  • the transmission line protection units 40-1 and 40-2 are two series of protection units, and are arranged for the purpose of detecting and removing system faults in the transmission line.
  • the transmission line protection units 40-1 and 40-2 take in the digitally converted AC electric quantity from the PIU 50, perform system fault calculation (current differential relay calculation, etc.), and determine that the calculation result is a system fault.
  • the transmission line protection units 40-1 and 40-2 transmit a circuit breaker cutoff command to the PIU 50.
  • the PIU 50 outputs a command to open the circuit breaker to the transmission line circuit breaker.
  • the protection units 40-3 and 40-4 for busbars also have the same functions as the protection units 40-1 and 40-2 for the transmission lines described above.
  • the substation system 1 is described as including two BCUs 30 and four protection units 40, but the number of BCUs 30 and the number of protection units 40 are not limited.
  • the BCU 30-1 and the BCU 30-2 may be referred to as the BCU 30 when not distinguished, and may be referred to as the protection unit 40 when the protection units 40-1 to 40-4 are not distinguished.
  • the BCU 30 and the protection unit 40 are sometimes called an IED (Intelligent Electrical Device).
  • IED Intelligent Electrical Device
  • BCU 30 or protection unit 40 is an example of a "protection and control unit.”
  • the BCU 30 is connected to the first communication lines CL1, CL2 and the second communication line CL4.
  • the BCU 30 includes BCUs 30 (30-1, 30-2).
  • the BCU 30 is provided for each electrical equipment unit for operating the substation, such as transmission lines, transformers, busbar connections, busbar divisions, phase modifiers, etc., and performs, for example, monitoring and control of power equipment in the transmission lines.
  • the BCU 30 acquires the device status (switching information) of devices such as circuit breakers, disconnecting switches, grounding devices, etc., electric quantity information and various device failure information from the PIU 50 provided in the line to be monitored, and the acquired information Information for monitoring and controlling the operational status of transmission lines is handled based on
  • the electricity quantity information is information about the power supplied to the section of the transmission line, and is, for example, information indicating the voltage value and the current value of the power supplied to the section.
  • the equipment status information is information relating to the operation of circuit breakers, disconnecting switches, disconnecting switches with grounding switches, etc. controlled by the BCU 30 or the protection unit 40. It is information indicating whether the The failure information is failure information of various devices and electrical equipment arranged on the line.
  • the BCU 30 transmits the generated various information to the ITC 12 and the like.
  • the BCU 30 acquires, for example, information about the state of the system in the line and the state of various facilities from the devices and equipment connected to the first communication lines CL1, CL2 and the second communication lines CL3, CL4. Further, the BCU 30 can perform opening/closing control of switches such as circuit breakers and disconnectors for changing the configuration of the system in the line, based on its own calculation result or operator's instruction.
  • the protection unit 40-1 is connected to the second communication line CL3, and the protection unit 40-2 is connected to the second communication line CL4.
  • the protection unit 40-3 is connected to the second communication line CL3, and the protection unit 40-4 is connected to the second communication line CL4.
  • the second communication lines CL3 and CL4 are sometimes called process buses, for example.
  • the second communication lines CL3 and CL4 are communication lines forming a LAN (Local Area Network) in a predetermined area such as a substation.
  • LAN Local Area Network
  • the first communication protocol for the first communication lines CL1 and CL2 is different from the second communication protocol for the second communication lines CL3 and CL4.
  • the communication protocol of the first communication lines CL1 and CL2 is the station bus communication protocol applied to the IEC 61850 standard
  • the communication protocol of the second communication lines CL3 and CL4 is applied to the IEC 61850 standard. It is the communication protocol of the process bus.
  • the communication protocol of the first communication lines CL1 and CL2 and the communication protocol of the second communication lines CL3 and CL4 are not limited to the above communication protocol, and may be other communication protocols. and the communication protocol of the second communication lines CL3 and CL4 may be the same.
  • the protection unit 40 is a protection relay device that controls circuit breakers provided at each of a plurality of locations in a transmission line provided in an electric power system. When an accident such as a short circuit or ground fault occurs in the electric power system, the protection unit 40 removes the accident and prevents the accident from spreading by disconnecting the circuit breaker and disconnecting the power equipment or system in which the accident occurred. Suppression to ensure sound operation of the power system.
  • the protection unit 40 acquires power information on the power supplied to the section of the transmission line to be protected.
  • the protection unit 40 generates operation information regarding the operation of the circuit breaker and controls the circuit breaker based on the generated operation information.
  • Protection unit 40 transmits power information and operation information to BCU 30, ITC 12, and the like.
  • PIUs 50 (50-1 to 50-4) are provided at the process level.
  • PIU50-1 and PIU50-3 are connected to, for example, second communication line CL3
  • PIU50-2 and PIU50-4 are connected to, for example, second communication line CL4.
  • PIUs 50-1 to 50-4 may be referred to as PIUs 50 when they are not distinguished from each other.
  • the PIU 50 acquires information indicating the status of the equipment and information about failures of the equipment and electrical equipment.
  • the PIU 50 is connected to, for example, a transformer connected to a transmission line, a meter, and a circuit breaker via a metal cable.
  • the PIU 50 acquires the status of the transformer, the information acquired by the meter, the status of the circuit breaker, and the like, and transmits the acquired information to the protection unit 40 or the BCU 30 .
  • the PIU 50 converts an analog signal of an alternating electric quantity from a meter or the like, which is received via a metal cable, into a digital signal, and transmits the converted digital signal to the protection unit 40 .
  • the IED BCU 30 or protection unit 40
  • the PIU 50 connected via the process bus
  • the IED is described as being the protection unit 40 as an example. It is assumed that the IED and PIU are connected to, for example, the second communication line CL3 (CL3-1, CL3-2).
  • the protection/control system of the first aspect includes an IED (protection unit) including a calculation section M (main calculation section) and a calculation section FD (fail-safe calculation section), and a PIU (interface device).
  • IED protection unit
  • calculation section M main calculation section
  • calculation section FD far-safe calculation section
  • PIU interface device
  • the PIU 50 includes a communication unit 62 (main communication unit) that communicates with the calculation unit M and acquires the main signal output by the calculation unit M, an output unit 68 that outputs the main signal acquired by the communication unit 62 to the trip circuit 80, A communication unit 72 (fail-safe communication unit) that communicates with the calculation unit FD and acquires the fail-safe signal output by the calculation unit FD, and an output unit 78 that outputs the fail-safe signal acquired by the communication unit 72 to the trip circuit 80 ( fail-safe output section), and a trip circuit 80 that outputs a trip command to the circuit breaker in response to acquisition of the main signal and the fail-safe signal.
  • a communication unit 62 main communication unit
  • an output unit 68 that outputs the main signal acquired by the communication unit 62 to the trip circuit 80
  • a communication unit 72 (fail-safe communication unit) that communicates with the calculation unit FD and acquires the fail-safe signal output by the calculation unit FD
  • an output unit 78 that outputs the fail-safe signal
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of the functional configuration of the IED and the functional configuration of the PIU 50.
  • the IED includes a display section D, a calculation section M, and a calculation section FD.
  • the computation unit M and the computation unit FD are physically separated.
  • the arithmetic unit M and the arithmetic unit FD may have different substrates or different packages. It is configured so that a malfunction of the calculation unit M does not affect the calculation unit FD, and a malfunction of the calculation unit FD does not affect the calculation unit M.
  • the computing unit M is implemented by a hardware processor such as a CPU (Central Processing Unit) executing a program (software).
  • these operation units M are hardware (circuit (including circuitry), or by cooperation of software and hardware.
  • the program may be stored in advance in a storage device such as a HDD (Hard Disk Drive) or flash memory (a storage device with a non-transitory storage medium), or may be stored in a removable storage such as a DVD or CD-ROM. It may be stored in a medium (non-transitory storage medium) and installed in the storage device by loading the storage medium into the drive device.
  • Calculation unit FD like calculation unit M, is implemented by a hardware processor such as a CPU executing a program (software).
  • the display unit D displays information acquired by the IED, information indicating processing results of the processing performed by the IED, and the like.
  • the calculation unit M and the calculation unit FD are based on the amount of electricity of a transformer such as a current transformer (CT) and a potential transformer (VT) installed in the electric power system, to determine the target electric equipment such as a transmission line. Detect accidents (short circuits and ground faults).
  • the electrical quantity is information provided by the PIU 50 .
  • the calculation unit M estimates that an accident has occurred when the preset condition (1) is satisfied.
  • the preset condition (1) is, for example, that the current value included in the quantity of electricity is greater than or equal to a preset first threshold.
  • the calculation unit FD estimates that an accident has occurred when the preset condition (2) is satisfied.
  • the preset condition (2) is, for example, that the voltage value contained in the quantity of electricity is equal to or less than a preset second threshold value (the line voltage has decreased, the phase voltage has decreased), and the like.
  • a preset second threshold value the line voltage has decreased, the phase voltage has decreased
  • the calculation unit M may take into consideration the condition (2), or may take into consideration the conditions (1) and (2).
  • the calculation unit FD may consider the condition (1), or may consider the conditions (1) and (2).
  • the PIU 50 includes, for example, a first unit 60, a second unit 70, and a trip circuit 80.
  • the first unit 60 includes, for example, a communication section 62 , an input conversion section (input conversion section) 64 , an ADC section 66 and an output section 68 .
  • the communication unit 62 is connected to the second communication line CL3-1.
  • the communication unit 62 is a communication interface for communicating with the computing unit M connected to the second communication line CL3-1.
  • the input transformer unit 64 (first input unit) acquires an electric quantity analog signal input from a transformer such as a current transformer (CT) or a voltage transformer for instrumentation (VT), and removes noise from the acquired signal. Perform filter processing such as removal.
  • CT current transformer
  • VT voltage transformer for instrumentation
  • the ADC 66 converts the analog signal output by the input transformer 64 into a digital signal.
  • Said digital signal (signal which shows an electric quantity) is transmitted to IED via the communication part 72, and is used for the calculation for producing
  • the output unit 68 outputs the signal received by the communication unit 62 to the trip circuit 80 .
  • the second unit 70 includes, for example, a communication section 72, an input conversion section (input conversion section) 74, an ADC section 76, and an output section 78.
  • the communication unit 72 is connected to the second communication line CL3-2.
  • the communication unit 72 is a communication interface for communicating with the calculation unit FD connected to the second communication line CL3-2.
  • the input transformer 74 (second input unit) acquires a signal input from a transformer such as a current transformer (CT) or an instrument voltage transformer (VT), and applies a filter such as noise removal to the acquired signal. process.
  • the ADC 76 converts the analog signal output by the input/transformer 74 into a digital signal.
  • Said digital signal (signal which shows an electric quantity) is transmitted to IED via the communication part 72, and is used for the calculation for producing
  • the output section 78 outputs the signal received by the communication section 62 to the trip circuit 80 .
  • the trip circuit 80 receives signals output from the output section 68 and the output section 78, and controls a circuit breaker (not shown) according to the received signal.
  • the trip circuit 80 controls the circuit breaker to open.
  • the trip circuit 80 receives a signal indicating that an accident has occurred in the electric power system from the output section 68 and the output section 78, the trip circuit 80 performs a trip output and controls the circuit breaker to open.
  • the main computation unit M and the fail-safe computation unit FD are configured separately and are connected to different communication lines, thereby improving the reliability of the protection unit.
  • the PIU 50 takes in the quantity of electricity from a transformer such as a current transformer (CT) or a potential transformer (VT), and sends the information on the quantity of electricity taken in via the second communication line CL3 to the BCU 30 or Send to protection unit 40 .
  • CT current transformer
  • VT potential transformer
  • the BCU 30 or the protection unit 40 performs calculation using the information on the electric quantity, and transmits the main signal or the failsafe signal to the PIU 50 via the second communication line CL3 based on the calculation result.
  • PIU 50 Upon receiving the main signal and failsafe signal, PIU 50 outputs the main signal and failsafe signal to trip circuit 80 via output section 68 and output section 78 . As a result, the trip circuit 80 outputs a trip output to control the circuit breaker to be in an open state.
  • the main computation unit M and the fail-safe computation unit FD configured separately in this way control the circuit breaker 100 by transmitting a main signal or a fail-safe signal using corresponding communication lines. As a result, it is possible to prevent erroneous operation in the event of an abnormality and improve reliability. For example, when the main computing unit M and the fail-safe computing unit FD are configured integrally, if a problem occurs in one function, the other function may also be affected. Therefore, it is possible to improve reliability by preventing malfunction in the event of an abnormality without being affected by such an influence.
  • the protection/control system of the second aspect includes a plurality of sets in which one or more protection units and one or more PIUs 50 are associated.
  • the IED and PIU 50 are paired, and a plurality of pairs of IEDs and PIUs 50 are provided, and the IEDs and PIUs 50 of different pairs are not connected by communication lines.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of the functional configuration of the IED and the PIU 50 of the second aspect. The description will focus on the differences from the first mode.
  • the second aspect includes multiple sets of IEDs and PIUs 60 . For example, as shown in FIG. 3, an IED and PIU 60 belonging to the first group and an IED and PIU belonging to the second group are provided.
  • the protection/control system of the third aspect includes a plurality of sets in which one or more protection units and one or more PIUs 50 are associated.
  • An IED and a PIU 50 form a set, and a plurality of sets of the IED and the PIU 50 are provided.
  • Different sets of calculation units M and communication units 62 are connected to each other via communication lines and can communicate with each other, and different sets of calculation units FD.
  • the communication unit 72 are connected to a communication line and can communicate with each other.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of the functional configuration of the IED and the functional configuration of the PIU 50 of the third aspect. The description will focus on the differences from the second mode.
  • the 1-system computing unit D, the 1-system communication unit 62, the 2-system computing unit D, and the 2-system communication unit 72 are connected to the second communication line CL3-1
  • the 1-system calculation unit FD, the 1-system communication unit 62, the 2-system calculation unit FD, and the 2-system communication unit 72 are connected to the second communication line CL3-2.
  • the 1st system and the 2nd system control for example, different electric power facilities.
  • the reliability of the protection unit is improved by communicably connecting the corresponding operation units without separating the process buses by series.
  • the PIU 50 of the same system opens the breaker based on the instruction of the IED of the same system, but instead (in addition), the main signal output from the IED of the different system and the failsafe signal, the PIU 50 of another system may cause the circuit breaker to open.
  • the protection and control system comprises an IED containing a computational unit M and a PIU 50 .
  • the PIU 50 communicates with the calculation unit M, and includes a communication unit 62 that acquires the main signal output by the calculation unit M, an output unit 68 that outputs the main signal acquired by the communication unit 62 to the trip circuit 80, and a fail-safe operation.
  • output unit 78 for outputting the fail-safe signal output by the fail-safe calculation unit 73 to the trip circuit 80, the main signal and the fail-safe signal are acquired. includes a trip circuit 80 that
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of the functional configuration of the IED and the functional configuration of the PIU 50 of the fourth aspect. The description will focus on the differences from the first mode.
  • the computation unit FD is omitted from the IED, and the computation unit FD is provided in the PIU50.
  • the second unit 70 is provided with a fail-safe computing section 73 (computing section FD) that performs computation using the amount of electricity received by the input change section 74 .
  • the communication line CL3-2 is omitted.
  • the communication unit 72 may be omitted as shown, and the fail-safe calculation unit 73 may include the functional configuration of the communication unit.
  • the calculation unit M and the fail-safe calculation unit 73 use current to determine whether an accident has occurred. For example, the calculation unit M and the fail-safe calculation unit 73 determine whether the current value is equal to or greater than the first threshold (determines whether the condition (1) described above is satisfied). Even in this case, in the fourth aspect, the input change section 64 and the input change section 74 are provided, and a highly reliable system is provided. If a single input/transformation unit is used for this purpose, and the function of this input/transformation unit to receive the signal (main signal or fail-safe signal) corresponding to the determination result of the current value is defective, it cannot receive both signals. However, by providing the input change section 64 and the input change section 74 as described above, even if one of the input change sections malfunctions, the other input change section can receive the signal.
  • the communication unit 72 and the second communication line CL3-2 can be omitted, so that the reliability of the protection unit is improved with a simpler and lower cost. be able to.
  • a first series protection unit and first series PIU 50 and a second series protection unit and second series PIU 50 are provided.
  • the protection unit of the first series includes a calculation section including the function of the main calculation section for the first series and the function of the fail-safe calculation section for the second series.
  • a computing unit including the functions of the main computing unit for the series and the function of the fail-safe computing unit for the first series is provided.
  • Each of the PIUs 50 has a communication unit 62 that communicates with its own system operation unit and acquires the main signal output by the operation unit, an output unit 68 that outputs the main signal acquired by the communication unit 62 to the trip circuit, and its own system.
  • Communication unit 72 (fail-safe communication unit) that communicates with the calculation unit of the protection unit of a different series and acquires the fail-safe signal output by the calculation unit, and outputs the fail-safe signal acquired by the communication unit 72 to the trip circuit 80 and a trip circuit 80 that outputs a trip command to the circuit breaker in response to acquisition of the main signal and the failsafe signal.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of the functional configuration of the IED and the functional configuration of the PIU 50 of the fifth aspect.
  • the arithmetic unit M and the arithmetic unit FD were configured separately in the IED of the 1 system and the IED of the 2 system, but in the fifth aspect, the arithmetic unit D and the arithmetic unit FD It is configured as one calculation unit.
  • One arithmetic unit means that, for example, one hardware processor such as a CPU executes a program (software) to realize the functions and processes of the arithmetic unit D and the arithmetic unit FD.
  • the computing unit may be implemented by hardware (including circuit units) such as LSI, ASIC, FPGA, or GPU, or may be implemented by cooperation of software and hardware.
  • the calculation unit executes the first calculation of the calculation unit D and the second calculation of the calculation unit FD. Furthermore, the 1-system calculation unit performs calculations regarding the 2-system fail-safe, and the 2-system calculation unit performs calculations regarding the 1-system fail-safe. For example, the calculation unit of system 1 performs fail-safe calculations related to electrical equipment connected to PIU 50 of system 2 based on the information acquired from PIU 50 of system 2 (the amount of electricity taken in by input/transformer unit 74). The calculation unit of the system performs fail-safe calculations related to electrical equipment connected to the PIU 50 of the 1st system based on the information acquired from the PIU 50 of the 1st system (the amount of electricity taken in by the input/transformation unit 64). For example, the calculation unit executes the first calculation and the second calculation at different times.
  • the first-series computing unit is connected to the first-series PIU 50 and the second-series PIU 50 via communication lines
  • the second-series computing unit connects to the second-series PIU 50 and the first-series PIU 50 via communication lines.
  • the PIU 50 acquires the main signal and the fail-safe signal, which are the calculation results of the system corresponding to itself, and controls the circuit breaker based on these signals.
  • the protection unit can be realized at a lower cost.
  • the calculation unit of system 1 and the calculation unit of system 2 contribute to the construction of a more reliable system by performing calculations related to the fail-safe of the other system. For example, if a problem occurs in the calculation unit of system 1, system 1 and system 2 may control the circuit breakers using the calculation results of the calculation unit of system 2. More specifically, for example, system 1 may control the circuit breaker based on the failsafe signal and system 2 may control the circuit breaker based on the main signal.
  • the protection and control system comprises a first series of protection units and PIUs 50 and a second series of protection units and interface devices.
  • the protection unit of the first series comprises a main arithmetic section for the first series
  • the protection unit of the second series comprises a main arithmetic section for the second series.
  • Each of the PIUs 50 has a communication unit 62 that communicates with its own system operation unit and acquires the main signal output by the operation unit, an output unit 68 that outputs the main signal acquired by the communication unit 62 to the trip circuit, and its own system.
  • a fail-safe computing unit 73 for a different system, an output unit 78 that outputs a fail-safe signal output by a fail-safe computing unit 73 included in a PIU 50 different from its own system to a trip circuit, and a main signal and a fail-safe signal includes a trip circuit 80 that outputs a trip command to the circuit breaker in response to the acquisition of
  • the fail-safe calculation unit 73 included in the PIU 50 of the first series is connected to the PIU 50 of the second series via a communication line
  • the fail-safe calculation unit 73 included in the PIU 50 of the second series is connected to the PIU 50 of the first series via a communication line. connected with
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of the functional configuration of the IED and the functional configuration of the PIU 50 of the sixth aspect. The description will focus on the differences from the third mode.
  • the computing unit M and the computing unit FD were provided in the IED of the first system and the IED of the second system, but in the sixth aspect, the computing unit FD is provided in the PIU 50 .
  • each of the second units 70 is provided with a calculation section FD.
  • the PIU 50 corresponding to the IED of system 1 is provided with a fail-safe operation unit 73 that performs operations related to the fail-safe of system 2, and the PIU 50 corresponding to the IED of system 2 performs operations related to fail-safe of system 1.
  • a fail-safe calculation unit 73 is provided to perform the calculation.
  • the fail-safe calculation unit 73 of the 1-system PIU 50 performs calculation based on the electric quantity received by the input/transformation unit 74 from the 2-system PIU 50 .
  • the fail-safe calculation unit 73 of the 2-system PIU 50 performs calculation based on the electric quantity received by the input/transformation unit 64 from the 1-system PIU 50 .
  • the 1-system PIU 50 acquires a fail-safe signal from the fail-safe computing unit 73 provided in the 2-system PIU 50 .
  • the 2-system PIU 50 acquires the fail-safe signal from the fail-safe calculation unit 73 provided in the 1-system PIU 50 .
  • the communication section 72 may be omitted as illustrated, and the fail-safe calculation section 73 (calculation section FD) may include the functional configuration of the communication section. Further, in the second unit 70, the communication section 72 may be provided without omitting the communication section 72. FIG.
  • the protection and control system comprises a plurality of IEDs each including a computing unit M, each protecting a different power facility, a plurality of PIUs 50, and an IED (unit ) and Each of the plurality of PIUs 50 is paired with a corresponding IED.
  • the PIU 50 communicates with the arithmetic unit M of the IED that is a set, and has a communication unit 62 that acquires the main signal output by the arithmetic unit M, an output unit 68 that outputs the main signal acquired by the communication unit 62 to the trip circuit, and an arithmetic A communication unit 72 that communicates with the unit FD and acquires the signal output by the calculation unit FD, an output unit 68 that outputs the fail-safe signal acquired by the communication unit 72 to the trip circuit 80, and acquires the main signal and the fail-safe signal It includes a trip circuit 80 for outputting a trip command to the circuit breaker in response.
  • FIG. 8 is a diagram showing an example of the functional configuration of the IED and the functional configuration of the PIU 50 of the seventh aspect. The description will focus on the differences from the sixth mode.
  • the calculation unit FD is provided in the PIU 50, but in the seventh aspect, the calculation units FD are collectively provided.
  • the second unit 70 does not include the calculation section FD, but includes a communication section 72 , an input change section 74 , an ADC section 76 and an output section 78 .
  • the substation system 1 includes IED1 (line protection 1), IED2 (line protection 2), IED3 (busbar protection), IED4 (integrated FD), PIU (line 1) 50, PIU ( Line 2) 50 and PIU (busbar protection) 50 are provided.
  • IED1 (Line Protection 1) corresponds to PIU (Line 1)
  • IED2 (Line Protection 2) corresponds to PIU (Line 2)
  • IED3 (Busbar Protection) corresponds to PIU (Busbar Protection).
  • a corresponding IED and PIU are paired, and the IED cooperates with the paired PIU to monitor and manage the target electrical equipment.
  • the computation unit M performs computation for generating the main signal based on the electrical quantity received by the input/transformation unit of the corresponding PIU 50 .
  • the IED 4 (aggregate FD) includes a display section D and a calculation section FD.
  • Calculation unit FD functions as a fail-safe calculation unit for each of calculation units M of IEDs 1-3.
  • the calculation unit FD performs calculations for generating a fail-safe signal to be transmitted to the interface device of each input/transformation unit based on the amount of electricity taken in by each input/transformation unit of each IED.
  • the protection and control system includes a plurality of protection units including a main computing unit that performs computations for controlling electrical equipment and a computing unit that can execute fail-safe computations for controlling the electrical equipment; Prepare.
  • the PIU 50 has a communication unit 63 that communicates with the calculation unit and obtains the main signal output by the calculation unit and the fail-safe signal output by the calculation unit, and an output unit 68 that outputs the main signal obtained by the communication unit 63 to the trip circuit. , an output section 78 that outputs the fail-safe signal acquired by the communication section 63 to a trip circuit 80, and a trip circuit 80 that outputs a trip command to the circuit breaker in response to acquisition of the main signal and the fail-safe signal.
  • FIG. 9 is a diagram showing an example of the functional configuration of the IED and the functional configuration of the PIU 50 of the eighth aspect. The description will focus on the differences from the first mode.
  • a calculation section is used that performs the calculation of the main calculation section M and the calculation of the fail-safe calculation section FD.
  • the IED has a display section and a calculation section C.
  • the calculation unit C performs the first calculation (calculation based on the amount of electricity received by the input/transformation unit 64) performed by the main calculation unit M described above, and the second calculation performed by the fail-safe calculation unit FD (input/transformation unit 74 based on the amount of electricity taken in).
  • Calculation unit C includes functional configurations of main calculation unit M and fail-safe calculation unit FD.
  • the computation unit C has a self-monitoring function and monitors its own computation results. When there is an error in the calculation result in the monitoring, the calculation unit C immediately stops outputting the calculation result or outputs information indicating that the calculation result is erroneous.
  • the computing unit C performs self-monitoring using, for example, a predetermined algorithm. For example, the calculation unit C performs calculations multiple times and compares the calculation results for self-monitoring, or performs calculations using a model different from the model from which the calculation results to be monitored are derived, and uses these calculation results. Compare and monitor yourself.
  • the PIU 50 includes a communication section 63 instead of the communication section 62 and the communication section 72.
  • the communication unit 63 communicates with the calculation unit C via the second communication line CL3.
  • the communication unit 63 is a communication interface that includes a processor such as a CPU and communicates with the IED under the control of the processor.
  • the communication unit 63 has a self-monitoring function similar to the calculation unit C, and monitors whether the signal transmitted from the IED is normal or abnormal, and whether the operating state of the PIU 50 is faulty. Also, the communication unit 63 may communicate with the IED and monitor whether the IED is operating normally.
  • the PIU 50 has one communication section as described above, the input/transformation section, ADC section, and output section are provided for the main signal and for the fail-safe signal.
  • the input/transformation section, ADC section, and output section for the main signal and the input/transformation section, ADC section, and output section for the fail-safe signal are provided on different substrates. Also, these may be realized by different software. This prevents both the main signal and the fail-safe signal from being unable to be processed even when a problem occurs in the input/transformation section, the ADC section, or the output section.
  • the computing unit C has the functions of the main computing unit M and the fail-safe computing unit FD, it is possible to realize a highly reliable protection unit as in the first mode.
  • a PIU 50 and a main processing unit that performs calculations for controlling electrical equipment, a protection unit that includes a calculation unit capable of performing fail-safe calculations for controlling the electrical equipment.
  • the PIU 50 communicates with the arithmetic unit, and the communication unit 61 acquires the main signal output by the arithmetic unit and the fail-safe signal output by the arithmetic unit. and a trip circuit 80 that outputs a trip command to the circuit breaker in response to acquisition of the main signal and the failsafe signal.
  • FIG. 10 is a diagram showing an example of the functional configuration of the IED and the functional configuration of the PIU 50 of the ninth aspect. The description will focus on the differences from the eighth mode.
  • the input/transformation section, the ADC section, and the output section are shared.
  • the PIU 50 includes, for example, a communication unit 61, an input/transformation unit 64, an ADC unit 66, and an output unit 69, processes the main signal and the fail-safe signal, and trips the main signal and the fail-safe signal. Output to circuit 80 .
  • the output section 69 is configured to separately output the main signal and the fail-safe signal.
  • the output section 69 includes, for example, a first output section that outputs the main signal and a second output section that outputs the failsafe signal.
  • the protection unit can be implemented more simply and at low cost.
  • the protection and control system comprises an IED including a main computing unit that performs computations for controlling electrical equipment, and a PIU 50 .
  • the PIU 50 performs fail-safe calculations for controlling the electrical equipment, and a communication calculation unit 67 that communicates with the calculation unit M, a main signal output by the calculation unit M, and a main signal output by the communication calculation unit 67
  • It includes an output section 69 that outputs a fail-safe signal to the trip circuit 80, and a trip circuit 80 that outputs a trip command to the circuit breaker in response to acquisition of the main signal and the fail-safe signal.
  • the output unit 69 is configured by one board, and has different communication ports for receiving the main signal and the fail-safe signal.
  • FIG. 11 is a diagram showing an example of the functional configuration of the IED and the functional configuration of the PIU 50 according to the tenth aspect. The description will focus on the differences from the ninth mode.
  • the computing section has the main computing section and the fail-safe computing section, but in the tenth mode, the fail-safe computing section is provided in the PIU 50 .
  • the PIU 50 includes a communication calculation unit 67 instead of the communication unit 61, for example.
  • the communication calculation unit 67 has the same functional configuration as the communication unit 61 that communicates with the calculation unit M of the IED, and further has the same functional configuration as the fail-safe calculation unit.
  • the functional configuration of the PIU 50 is shared, and the main computation section and the fail-safe computation section are separated, so a more reliable protection unit can be realized.
  • a highly reliable protection/control system that prevents malfunction due to a single failure is provided in the distributed protection device. Furthermore, in this embodiment, an appropriate mode can be used according to the configuration of the system, so an efficient and appropriate configuration can be realized.
  • the main signal and the fail-safe signal are output to the trip circuit, and the main signal and the fail-safe signal are output from the main signal and the fail-safe signal.
  • a more reliable protection unit can be realized by providing a trip circuit that outputs a trip command to the circuit breaker according to the acquisition.

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Abstract

実施形態の保護・制御システムは、メイン演算部と、フェールセーフ演算部と、メイン出力部と、フェールセーフ出力部と、トリップ回路とを持つ。メイン演算部は、電気設備を制御するための演算を行う。フェールセーフ演算部は、前記電気設備を制御するためのフェールセーフ用の演算を行う。メイン出力部は、前記メイン演算部とは異なる装置に設けられ前記メイン演算部が出力したメイン信号をトリップ回路に出力する。フェールセーフ出力部は、前記メイン演算部とは異なる装置に設けられ前記フェールセーフ演算部が出力したフェールセーフ信号を前記トリップ回路に出力する。トリップ回路は、前記メイン信号と前記フェールセーフ信号との双方を取得したことに応じて遮断器にトリップ指令を出力する。

Description

保護・制御システム
　本発明は、保護・制御システムに関する。
　従来、変電所において保護制御装置と、マージングユニットとを備えるシステムが開示されている（例えば特許文献１参照）。しかしながら、上記の特許文献１の発明では、適用する環境によっては信頼性が十分に確保できない場合があった。
特開２０１５－７０７６９号公報
　本発明が解決しようとする課題は、所望の環境において信頼性の高い保護・制御システムを提供することを目的の一つとする。
　実施形態の保護・制御システムは、メイン演算部と、フェールセーフ演算部と、メイン出力部と、フェールセーフ出力部と、トリップ回路とを持つ。メイン演算部は、電気設備を制御するための演算を行う。フェールセーフ演算部は、前記電気設備を制御するためのフェールセーフ用の演算を行う。メイン出力部は、前記メイン演算部とは異なる装置に設けられ前記メイン演算部が出力したメイン信号をトリップ回路に出力する。フェールセーフ出力部は、前記メイン演算部とは異なる装置に設けられ前記フェールセーフ演算部が出力したフェールセーフ信号を前記トリップ回路に出力する。トリップ回路は、前記メイン信号と前記フェールセーフ信号との双方を取得したことに応じて遮断器にトリップ指令を出力する。
変電所システム１の構成の一例を示す図。 ＩＥＤの機能構成とＰＩＵ５０の機能構成との一例を示す図。 第２の態様のＩＥＤの機能構成とＰＩＵ５０の機能構成との一例を示す図。 第３の態様のＩＥＤの機能構成とＰＩＵ５０の機能構成との一例を示す図。 第４の態様のＩＥＤの機能構成とＰＩＵ５０の機能構成との一例を示す図。 第５の態様のＩＥＤの機能構成とＰＩＵ５０の機能構成との一例を示す図。 第６の態様のＩＥＤの機能構成とＰＩＵ５０の機能構成との一例を示す図。 第７の態様のＩＥＤの機能構成とＰＩＵ５０の機能構成との一例を示す図。 第８の態様のＩＥＤの機能構成とＰＩＵ５０の機能構成との一例を示す図。 第９の態様のＩＥＤの機能構成とＰＩＵ５０の機能構成との一例を示す図。 第１０の態様のＩＥＤの機能構成とＰＩＵ５０の機能構成との一例を示す図。
　以下、実施形態の保護・制御システムを、図面を参照して説明する。
　図１は、変電所システム１の構成の一例を示す図である。本実施形態では、一例として変電所を扱うが、変電所に代えて、発電所、開閉所、工場、一般産業の受変電システムを扱う電気所に、本実施形態の変電所システム１は適用されてもよい。
　変電所システム１、ステーションレベルの階層と、ベイレベルの階層と、プロセスレベルの階層とに分けられ、ステーションレベルに設けられた機器や装置と、ベイレベルに設けられた機器や装置と、プロセスレベルに設けられた機器や装置とを有する。ベイレベルは、ステーションレベルとプロセスレベルとの間の階層である。
　［ステーションレベル］
　ステーションレベルには、例えば、ＩＴＣ（Intelligent Tele-communicate System ）１２（１２－１、１２－２）と、ＨＭＩ（Human Machine Interface）１４と、第１通信線ＣＬ１、ＣＬ２とが設けられている。第１通信線ＣＬ１、ＣＬ２（第１ネットワーク）とは、例えば、ステーションバスと称される場合がある。第１通信線ＣＬ１、ＣＬ２は、変電所などの所定のエリアにおいてＬＡＮ（Local Area Network）を構成する通信線である。なお、通信線ＣＬ１、ＣＬ２とのうち一方は省略されてもよい（例えば通信線は１組であってもよい）。
　ＩＴＣ１２は、第１通信線ＣＬ１、ＣＬ２に接続されている。ＩＴＣは、ＧＷ（Gate Way）と称される場合もある。ＩＴＣ１２は、取得した情報の送受信を中継する装置である。取得した情報とは、第１通信線ＣＬ１、ＣＬ２に接続された機器や装置から取得した情報である。ＩＴＣ１２は、変電所構内に設けられた装置（例えばＨＭＩ１４）や変電所外（例えば、変電所外の設備で系統制御や給電等の計算機システム）との通信を中継する装置である。
　ＨＭＩ１４は、ＩＴＣ１２に接続されている。ＨＭＩ１４とＩＴＣ１２とは、例えば、専用線を介して接続されていてもよい。ＨＭＩ１４は、例えば、表示部を備え、ＩＴＣ１２により送信された情報を表示部に表示させる。表示部には、例えば、変電所システム１が備える装置、機器（遮断器や変圧器）の運用状態、送電線の電気量（電流・電圧・有効／無効電力）が表示される。オペレータは、表示部に表示された情報を参照して、変電所システム１の装置や機器の状態や、変電所システム１の稼働状態を確認することができると共に、当該装置や機器に対して制御指令を与えることができる。上記の制御指令によって装置の使用／ロックや遮断器、断路器など電気設備の開閉制御がされる。
　［ベイレベル］
　ベイレベルには、例えば、送電線用のＢＣＵ（Bay Control Unit）３０－１や母線用のＢＣＵ３０－２と、送電線用の保護ユニット４０－１および４０－２と母線用の保護ユニット４０－３および４０－４が設けられている。送電線用のＢＣＵ３０－１は送電線の機器の監視制御や計測を目的に配置されている。ＢＣＵ３０－１は、ＩＴＣ１２やＨＭＩ１４からの送電線の遮断器等（遮断器の他に断路器や接地装置）の機器制御指令を受けて、受けた機器制御指令をＰＩＵ（Process Interface Unit）５０に送信し、ＰＩＵ５０は制御対象の送電線の遮断器等に機器制御指令を与えて機器の開閉制御を行う。また、ＰＩＵ５０は計器や変圧器から交流電気量を取込み、デジタル変換した上で送電線用のＢＣＵ３０－１にデジタル変換した交流電気量を送信し、送電線用のＢＣＵ３０－１でデジタル変換された交流電気量を実効値に変換する演算を行い、その値をＩＴＣ１２またはＨＭＩ１４まで送出する。
　ＩＴＣ１２は、変電所外へＢＣＵ３０－１から受信した情報を送信する。ＨＭＩ１４は、受信した上記のデジタル変換された情報を使って送電線の電気量を表示部に表示させる。変電所システム１において、機器の開発状態もＰＩＵ５０に取り込まれ、取り込まれた情報は送電線用のＢＣＵ３０－１を経由してＩＴＣ１２とＨＭＩ１４に送信されて、ＩＴＣ１２とＨＭＩ１４において情報処理が行われる。母線用のＢＣＵ３０－２も、母線に対して、前記説明の送電線用のＢＣＵ３０－１と同等機能を有する。
　送電線用の保護ユニット４０－１と４０－２は２系列の保護ユニットであり、送電線の系統事故の検出と除去を目的に配置されている。送電線用の保護ユニット４０－１と４０－２は、ＰＩＵ５０からデジタル変換された交流電気量を取込み、系統事故演算（電流差動リレー演算等）を行い、演算結果が系統事故と判定されれば、送電線用の保護ユニット４０－１、４０－２がＰＩＵ５０に遮断器の遮断指令を送信する。ＰＩＵ５０は送電線の遮断器に対して遮断器を開放する指令を出力する。母線用の保護ユニット４０－３、４０－４も母線に対して、前記説明の送電線用の保護ユニット４０－１、４０－２と同等機能を有する。
　図１の例では、変電所システム１は、２つのＢＣＵ３０と、４つの保護ユニット４０とを備えるものとして説明したが、ＢＣＵ３０の数と保護ユニット４０の数とについては限定されない。以下、ＢＣＵ３０－１と、ＢＣＵ３０－２とを区別しない場合は、ＢＣＵ３０と称し、保護ユニット４０－１から４０－４を区別しない場合は、保護ユニット４０と称する場合がある。また、ＢＣＵ３０や保護ユニット４０はＩＥＤ（Intelligent Electrical Device）と称されることがある。ＢＣＵ３０または保護ユニット４０は、「保護・制御ユニット」の一例である。
　ＢＣＵ３０は、第１通信線ＣＬ１、ＣＬ２と、第２通信線ＣＬ４に接続されている。ＢＣＵ３０は、ＢＣＵ３０（３０－１、３０－２）を備える。ＢＣＵ３０は、変電所において送電線、変圧器、母線連絡、母線区分、調相等の変電所を運用するための電気設備単位に設けられ、例えば、送電線における電力設備の監視、および制御を行う。ＢＣＵ３０は、監視対象の回線に設けられたＰＩＵ５０から遮断器や、断路器、接地装置等、機器の機器状態（開閉情報）や、電気量情報と各種機器故障の情報を取得し、取得した情報に基づいて、送電線の運用状態を監視制御する情報を取り扱う。電気量情報は、送電線の区間に供給される電力に関する情報であって、例えば、その区間に供給される電力の電圧値や電流値を示す情報である。機器状態の情報は、ＢＣＵ３０あるいは保護ユニット４０により制御される遮断器や、断路器、接地開閉器付き断路器等の動作に関する情報であって、例えば、遮断器等が接続状態にあるか遮断状態にあるかを示す情報である。故障情報は、回線に配置される各種機器や電気設備の故障情報である。ＢＣＵ３０は、生成した各種情報を、ＩＴＣ１２などに送信する。
　ＢＣＵ３０は、例えば、回線における系統の状態や、各種の設備の状態に関する情報を第１通信線ＣＬ１、ＣＬ２、第２通信線ＣＬ３、ＣＬ４に接続された装置や機器等から取得する。また、ＢＣＵ３０は、自身の演算結果またはオペレータの指示に基づいて、回線における系統の構成を変更するための遮断器や断路器などの開閉器の開閉制御を行える。
　保護ユニット４０－１は、第２通信線ＣＬ３に接続され、保護ユニット４０－２は、第２通信線ＣＬ４に接続されている。保護ユニット４０－３は、第２通信線ＣＬ３に接続され、保護ユニット４０－４は、第２通信線ＣＬ４に接続されている。
　第２通信線ＣＬ３、ＣＬ４（第２ネットワーク）とは、例えば、プロセスバスと称される場合がある。第２通信線ＣＬ３、ＣＬ４は、変電所などの所定のエリアにおいてＬＡＮ（Local Area Network）を構成する通信線である。
　ここで、例えば、第１通信線ＣＬ１、ＣＬ２の第１通信プロトコルと、第２通信線ＣＬ３、ＣＬ４の第２通信プロトコルとは異なる。例えば、第１通信線ＣＬ１、ＣＬ２の通信プロトコルは、ＩＥＣ ６１８５０規格に適用されているステーションバスの通信プロトコルであり、第２通信線ＣＬ３、ＣＬ４の通信プロトコルは、ＩＥＣ ６１８５０規格に適用されているプロセスバスの通信プロトコルである。第１通信線ＣＬ１、ＣＬ２の通信プロトコルと、第２通信線ＣＬ３、ＣＬ４の通信プロトコルとは、上記の通信プロトコルに限らず他の通信プロトコルであってもよいし、第１通信線ＣＬ１、ＣＬ２の通信プロトコルと、第２通信線ＣＬ３、ＣＬ４の通信プロトコルは同じであってもよい。
　保護ユニット４０は、電力系統に設けられた送電線において複数の箇所の各々に設けられた遮断器を制御する保護リレー装置である。保護ユニット４０は、電力系統に短絡や地絡などの事故が発生した場合に、遮断器を遮断して事故が発生した電力設備や系統を切り離すことにより、事故を除去すると共に、事故の拡大を抑制して電力系統の健全な運用を確保する。
　保護ユニット４０は、保護対象とする送電線の区間に供給される電力に関する電力情報を取得する。保護ユニット４０は、遮断器の動作に関する動作情報を生成し、生成した動作情報に基づいて遮断器を制御する。保護ユニット４０は、電力情報および動作情報を、ＢＣＵ３０やＩＴＣ１２などに送信する。
　［プロセスレベル］
　プロセスレベルには、ＰＩＵ５０（５０－１から５０－４）が設けられている。ＰＩＵ５０－１およびＰＩＵ５０－３は、例えば、第２通信線ＣＬ３に接続され、ＰＩＵ５０－２およびＰＩＵ５０－４は、例えば、第２通信線ＣＬ４に接続されている。以下、ＰＩＵ５０－１から５０－４を区別しない場合は、ＰＩＵ５０と称する場合がある。
　ＰＩＵ５０は、機器の状態を示す情報や機器や電気設備の故障に関する情報を取得する。ＰＩＵ５０は、例えば、送電線に接続された変圧器や、計器、遮断器にメタルケーブルを介して接続されている。ＰＩＵ５０は、変圧器の状態や計器が取得した情報、遮断器の状態などを取得し、取得した情報を保護ユニット４０またはＢＣＵ３０に送信する。ＰＩＵ５０は、メタルケーブルを介して取り込んだ計器等からの交流電気量のアナログ信号をデジタル信号に変換し、変換したデジタル信号を保護ユニット４０に送信する。
　以下、プロセスバスで接続されたＩＥＤ（ＢＣＵ３０または保護ユニット４０）と、ＰＩＵ５０との機能構成の詳細について説明する。以下の説明では、ＩＥＤは一例として、保護ユニット４０であるものとして説明する。ＩＥＤと、ＰＩＵとは、例えば、第２通信線ＣＬ３（ＣＬ３－１、ＣＬ３－２）に接続されているものとする。
　［第１の態様］
　第１の態様の保護・制御システムは、演算部Ｍ（メイン演算部）と、演算部ＦＤ（フェールセーフ演算部）とを含むＩＥＤ（保護ユニット）と、ＰＩＵ（インターフェース装置）とを備える。演算部Ｍ（メイン演算部）と、演算部ＦＤ（フェールセーフ演算部）とは互いに独立して処理を実行する。ＰＩＵ５０は、演算部Ｍと通信し、演算部Ｍにより出力されたメイン信号を取得する通信部６２（メイン通信部）、通信部６２が取得したメイン信号をトリップ回路８０に出力する出力部６８、演算部ＦＤと通信し、演算部ＦＤにより出力されたフェールセーフ信号を取得する通信部７２（フェールセーフ通信部）、通信部７２が取得したフェールセーフ信号をトリップ回路８０に出力する出力部７８（フェールセーフ出力部）、およびメイン信号およびフェールセーフ信号を取得したことに応じて遮断器にトリップ指令を出力するトリップ回路８０を含む。
　図２は、ＩＥＤの機能構成とＰＩＵ５０の機能構成との一例を示す図である。ＩＥＤは、表示部Ｄと、演算部Ｍと、演算部ＦＤとを備える。演算部Ｍと演算部ＦＤとは、物理的に分離して構成されている。例えば、演算部Ｍと演算部ＦＤとは、基板が異なっていたり、パッケージが異なっていたりする。演算部Ｍの不具合は、演算部ＦＤに影響せず、演算部ＦＤの不具合は、演算部Ｍに影響しないように構成されている。演算部Ｍは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のハードウェアプロセッサがプログラム（ソフトウェア）を実行することにより実現される。また、これらの演算部Ｍの一部または全部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等のハードウェア（回路部；circuitryを含む）によって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。プログラムは、予めＨＤＤ（Hard Disk Drive）やフラッシュメモリ等の記憶装置（非一過性の記憶媒体を備える記憶装置）に格納されていてもよいし、ＤＶＤやＣＤ－ＲＯＭ等の着脱可能な記憶媒体（非一過性の記憶媒体）に格納されており、記憶媒体がドライブ装置に装着されることで記憶装置にインストールされてもよい。演算部ＦＤも、演算部Ｍと同様にＣＰＵ等のハードウェアプロセッサがプログラム（ソフトウェア）を実行することにより実現される。表示部Ｄは、ＩＥＤが取得した情報や、ＩＥＤが処理を行った処理結果を示す情報等を表示する。
　演算部Ｍおよび演算部ＦＤは、電力系統に設置された変流器（ＣＴ）や計器用変圧器（ＶＴ）などの変成器の電気量に基づいて、対象の電気設備である送電線などの事故（短絡や地絡故障）を検出する。電気量は、ＰＩＵ５０により提供された情報である。演算部Ｍは、予め設定された条件（１）を満たす場合、事故が発生したと推定する。予め設定された条件（１）は、例えば、電気量に含まれる電流値が予め設定された第１閾値以上であることである。
　演算部ＦＤは、予め設定された条件（２）を満たす場合、事故が発生したと推定する。予め設定された条件（２）は、例えば、電気量に含まれる電圧値が予め設定された第２閾値以下であること（線間電圧が低下したこと、相電圧が低下したこと）などである。また、所定の時間内に予め設定された回数、電流または電圧に関する条件が満たされた場合、上記の条件（１）または（２）が満たされたと判定してもよい。なお、演算部Ｍは、条件（２）を加味してもよいし、条件（１）および（２）を加味してもよい。演算部ＦＤは、条件（１）を加味してもよいし、条件（１）および（２）を加味してもよい。
　ＰＩＵ５０は、例えば、第１ユニット６０と、第２ユニット７０と、トリップ回路８０とを備える。第１ユニット６０は、例えば、通信部６２と、入変部（入力変換部）６４と、ＡＤＣ部６６と、出力部６８とを備える。通信部６２は、第２通信線ＣＬ３－１に接続されている。通信部６２は、第２通信線ＣＬ３－１に接続された演算部Ｍと通信するための通信インターフェースである。入変部６４（第１入力部）は、変流器（ＣＴ）や計器用変成圧器（ＶＴ）などの変成器から入力された電気量のアナログ信号を取得し、取得した信号に対してノイズ除去などのフィルタ処理を行う。ＡＤＣ６６は、入変部６４により出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換する。上記のデジタル信号（電気量を示す信号）は、通信部７２を介してＩＥＤに送信され、メイン信号を生成するための演算に用いられる。出力部６８は、通信部６２が受信した信号をトリップ回路８０に出力する。
　第２ユニット７０は、例えば、通信部７２と、入変部（入力変換部）７４と、ＡＤＣ部７６と、出力部７８とを備える。通信部７２は、第２通信線ＣＬ３－２に接続されている。通信部７２は、第２通信線ＣＬ３－２に接続された演算部ＦＤと通信するための通信インターフェースである。入変部７４（第２入力部）は、変流器（ＣＴ）や計器用変成圧器（ＶＴ）などの変成器から入力された信号を取得し、取得した信号に対してノイズ除去などのフィルタ処理を行う。ＡＤＣ７６は、入変部７４により出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換する。上記のデジタル信号（電気量を示す信号）は、通信部７２を介してＩＥＤに送信され、フェールセーフ信号を生成するための演算に用いられる。出力部７８は、通信部６２が受信した信号をトリップ回路８０に出力する。
　トリップ回路８０は、出力部６８および出力部７８から出力された信号を受け付け、受け付けた信号に応じて不図示の遮断器を制御する。トリップ回路８０は、例えば、遮断器を開放状態に制御する。トリップ回路８０は、出力部６８および出力部７８から電力系統内に事故が発生したことを示す信号を受け付けた場合、トリップ出力を行って遮断器を開放状態に制御する。
　上記のように、メイン演算部Ｍと、フェールセーフ演算部ＦＤとが分離されて構成され、更に、異なる通信線に接続されているため、保護ユニットの信頼性が向上する。具体的には、ＰＩＵ５０が、変流器（ＣＴ）や計器用変圧器（ＶＴ）などの変成器の電気量を取り込んで、第２通信線ＣＬ３を介して取り込んだ電気量の情報をＢＣＵ３０または保護ユニット４０に送信する。そして、ＢＣＵ３０または保護ユニット４０が、上記の電気量の情報を用いて、演算を行い、演算結果に基づいてメイン信号またはフェールセーフ信号を、第２通信線ＣＬ３を介してＰＩＵ５０に送信する。ＰＩＵ５０は、上記のメイン信号およびフェールセーフ信号を受信すると、出力部６８および出力部７８を介して、メイン信号およびフェールセーフ信号をトリップ回路８０に出力する。これにより、トリップ回路８０は、トリップ出力を行って遮断器を開放状態に制御する。このように、分離されて構成されたメイン演算部Ｍと、フェールセーフ演算部ＦＤとが、それぞれに対応する通信線を用いて、メイン信号またはフェールセーフ信号を送信して遮断器１００を制御することにより、異常時の誤作動を防止して信頼性を向上させることができる。例えば、メイン演算部Ｍと、フェールセーフ演算部ＦＤとが、一体となって構成されている場合、一方の機能に不具合が生じると、他方の機能にも影響する場合があるが、本実施形態では、このような影響を受けずに、異常時の誤作動を防止して信頼性を向上させることができる。
　［第２の態様］
　第２の態様の保護・制御システムは、一以上の保護ユニットと一以上のＰＩＵ５０とが対応付けられた組を複数備える。ＩＥＤとＰＩＵ５０とが組であり、複数のＩＥＤとＰＩＵ５０との組を備え、異なる組のＩＥＤとＰＩＵ５０とは通信線で接続されていない。
　図３は、第２の態様のＩＥＤの機能構成とＰＩＵ５０の機能構成との一例を示す図である。第１の態様との相違点を中心に説明する。第２の態様では、複数組のＩＥＤとＰＩＵ６０を含む。例えば、図３に示すように、１系の組に属するＩＥＤとＰＩＵ６０と、２系の組に属するＩＥＤとＰＩＵとを備える。
　このように、システムに冗長性を持たせることで、保護ユニットの信頼性がより向上する。
　［第３の態様］
　第３の態様の保護・制御システムは、一以上の保護ユニットと一以上のＰＩＵ５０とが対応付けられた組を複数備える。ＩＥＤとＰＩＵ５０とが組であり、複数のＩＥＤとＰＩＵ５０との組を備え、異なる組の演算部Ｍと、通信部６２とは互いに通信線に接続され通信可能であり、異なる組の演算部ＦＤと、通信部７２とは通信線に接続され互いに通信可能である。
　図４は、第３の態様のＩＥＤの機能構成とＰＩＵ５０の機能構成との一例を示す図である。第２の態様との相違点を中心に説明する。第３の態様では、１系の演算部Ｄと、１系の通信部６２と、２系の演算部Ｄと、２系の通信部７２とは、第２通信線ＣＬ３－１に接続され、１系の演算部ＦＤと、１系の通信部６２と、２系の演算部ＦＤと、２系の通信部７２とは、第２通信線ＣＬ３－２に接続されている。１系と２系とは、例えば、異なる電力設備を管轄する。
　上記のように、プロセスバスを系列ごとに分離せずに対応する演算部同士を通信可能に接続することにより、保護ユニットの信頼性が向上する。
　なお、上記の保護・制御システムでは、同じ系のＩＥＤの指示に基づいて同じ系のＰＩＵ５０が遮断器を開放させるが、これに代えて（加えて）、異なる系のＩＥＤから出力されたメイン信号とフェールセーフ信号とに基づいて、他の系のＰＩＵ５０が遮断器を開放させてもよい。
　［第４の態様］
　保護・制御システムは、演算部Ｍを含むＩＥＤと、ＰＩＵ５０とを備える。ＰＩＵ５０は、演算部Ｍと通信し、演算部Ｍにより出力されたメイン信号を取得する通信部６２、通信部６２が取得したメイン信号をトリップ回路８０に出力する出力部６８、フェールセーフに関する演算を行うフェールセーフ演算部７３、およびフェールセーフ演算部７３が出力したフェールセーフ信号をトリップ回路８０に出力する出力部７８、メイン信号およびフェールセーフ信号を取得したことに応じて遮断器にトリップ指令を出力するトリップ回路８０を含む。
　図５は、第４の態様のＩＥＤの機能構成とＰＩＵ５０の機能構成との一例を示す図である。第１の態様との相違点を中心に説明する。第４の形態では、ＩＥＤにおいて演算部ＦＤが省略され、演算部ＦＤはＰＩＵ５０に設けられる。例えば、図５に示すように、第２ユニット７０には、入変部７４が取り込んだ電気量を用いて演算を行うフェールセーフ演算部７３（演算部ＦＤ）が設けられる。また、通信線ＣＬ３－２は省略される。第２ユニット７０において、図示するように通信部７２が省略され、フェールセーフ演算部と７３が通信部の機能構成を含んでもよい。
　例えば、第４の態様では、演算部Ｍおよびフェールセーフ演算部７３は、事故の発生に関して、電流を用いて事故等の判断を行う。例えば、演算部Ｍおよびフェールセーフ演算部７３は、電流値が第１閾値以上であるか否を判定する（上述した条件（１）を満たすか否かを判定する）。この場合であっても、第４の態様では、入変部６４および入変部７４が設けられており、信頼性が高いシステムが提供される。仮に１つの入変部で対応する場合、この入変部が電流値の判定結果に対応する信号（メイン信号またはフェールセーフ信号）を受ける機能に不具合が生じると、両方の信号を受けることができないが、上記のように入変部６４および入変部７４を設ければ、一方の入変部に不具合が生じた場合であっても、他方の入変部は信号を受けることができる。
　上記のように、ＩＥＤにおいて演算部ＦＤが省略されることにより、通信部７２および第２通信線ＣＬ３－２が省略可能であるため、より簡素で低コストで、保護ユニットの信頼度を向上させることができる。
　［第５の態様］
　第１系列の保護ユニットおよび第１系列のＰＩＵ５０、および第２系列の保護ユニットおよび第２系列のＰＩＵ５０を備える。第１系列の保護ユニットは、第１系列用のメイン演算部が有する機能と第２系列用のフェールセーフ演算部が有する機能とを含む演算部を備え、第２系列の保護ユニットは、第２系列用のメイン演算部が有する機能と第１系列用のフェールセーフ演算部が有する機能とを含む演算部を備える。ＰＩＵ５０のそれぞれは、自身の系列の演算部と通信し、演算部が出力したメイン信号を取得する通信部６２、通信部６２が取得したメイン信号をトリップ回路に出力する出力部６８、自身の系列とは異なる系列の保護ユニットの演算部と通信し、演算部が出力したフェールセーフ信号を取得する通信部７２（フェールセーフ通信部）、通信部７２が取得したフェールセーフ信号をトリップ回路８０に出力する出力部７８、およびメイン信号およびフェールセーフ信号を取得したことに応じて遮断器にトリップ指令を出力するトリップ回路８０を含む。
　図６は、第５の態様のＩＥＤの機能構成とＰＩＵ５０の機能構成との一例を示す図である。第３の態様との相違点を中心に説明する。第３の態様では、１系のＩＥＤおよび２系のＩＥＤにおいて演算部Ｍと演算部ＦＤとが分離されて構成されていたが、第５の態様では、演算部Ｄと演算部ＦＤとは１つの演算部として構成される。１つの演算部とは、例えば、１つのＣＰＵ等のハードウェアプロセッサがプログラム（ソフトウェア）を実行することにより演算部Ｄおよび演算部ＦＤの機能や処理を実現することである。また、演算部は、ＬＳＩやＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、ＧＰＵ等のハードウェア（回路部を含む）によって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。
　演算部は、演算部Ｄの第１演算と、演算部ＦＤの第２演算とを実行する。更に、１系の演算部は、２系のフェールセーフに関する演算を行い、２系の演算部は、１系のフェールセーフに関する演算を行う。例えば、１系の演算部は、２系のＰＩＵ５０から取得した情報（入変部７４が取り込んだ電気量）に基づいて２系のＰＩＵ５０に接続された電気設備に関するフェールセーフに関する演算を行い、２系の演算部は、１系のＰＩＵ５０から取得した情報（入変部６４が取り込んだ電気量）に基づいて１系のＰＩＵ５０に接続された電気設備に関するフェールセーフに関する演算を行う。例えば、演算部は、第１演算と第２演算とを異なる時間で実行する。
　第１系列の演算部は、第１系列のＰＩＵ５０および第２系列のＰＩＵ５０に通信線を介して接続され、第２系列の演算部は、第２系列のＰＩＵ５０および第１系列のＰＩＵ５０に通信線を介して接続されている。ＰＩＵ５０は、自身に対応する系の演算結果であるメイン信号とフェールセーフ信号を取得し、これらの信号に基づいて遮断器を制御する。
　上記のように、演算部Ｄと演算部ＦＤとは分離されていないため、より抵コストで保護ユニットを実現することができる。更に、１系の演算部と２系の演算部とは、他の系のフェールセーフに関する演算を行うことにより、より信頼性の高いシステムの構築に寄与する。例えば、１系の演算部に不具合が生じた場合、２系の演算部の演算結果を用いて、１系および２系は遮断器を制御してもよい。より具体的には、例えば、１系はフェールセーフ信号に基づいて遮断器を制御し、２系はメイン信号に基づいて遮断器を制御してもよい。
　［第６の態様］
　保護・制御システムは、第１系列の保護ユニットおよびＰＩＵ５０、および第２系列の保護ユニットおよびインターフェース装置を備える。第１系列の保護ユニットは、第１系列用のメイン演算部を備え、第２系列の保護ユニットは、第２系列用のメイン演算部を備える。ＰＩＵ５０のそれぞれは、自身の系列の演算部と通信し、演算部が出力したメイン信号を取得する通信部６２、通信部６２が取得したメイン信号をトリップ回路に出力する出力部６８、自身の系列とは異なる系列用のフェールセーフ演算部７３、自身の系列とは異なるＰＩＵ５０に含まれるフェールセーフ演算部７３が出力したフェールセーフ信号をトリップ回路に出力する出力部７８、およびメイン信号およびフェールセーフ信号を取得したことに応じて遮断器にトリップ指令を出力するトリップ回路８０を含む。第１系列のＰＩＵ５０に含まれるフェールセーフ演算部７３は、第２系列のＰＩＵ５０と通信線で接続され、第２系列のＰＩＵ５０に含まれるフェールセーフ演算部７３は、第１系列のＰＩＵ５０と通信線で接続されている。
　図７は、第６の態様のＩＥＤの機能構成とＰＩＵ５０の機能構成との一例を示す図である。第３の態様との相違点を中心に説明する。第３の態様では、１系のＩＥＤおよび２系のＩＥＤにおいて演算部Ｍと演算部ＦＤとが設けられていたが、第６の態様では、演算部ＦＤは、ＰＩＵ５０に設けられる。例えば、図７に示すように、第２ユニット７０のそれぞれには、演算部ＦＤが設けられる。例えば、１系のＩＥＤに対応するＰＩＵ５０には、２系のフェールセーフに関する演算を行うフェールセーフ演算部７３が設けられ、２系のＩＥＤに対応するＰＩＵ５０には、１系のフェールセーフに関する演算を行うフェールセーフ演算部７３が設けられている。
　１系のＰＩＵ５０のフェールセーフ演算部７３は、２系のＰＩＵ５０から入変部７４が取り込んだ電気量に基づいて演算を行う。２系のＰＩＵ５０のフェールセーフ演算部７３は、１系のＰＩＵ５０から入変部６４が取り込んだ電気量に基づいて演算を行う。１系のＰＩＵ５０は、２系のＰＩＵ５０に設けられたフェールセーフ演算部７３からフェールセーフ信号を取得する。２系のＰＩＵ５０は、１系のＰＩＵ５０に設けられたフェールセーフ演算部７３からフェールセーフ信号を取得する。第２ユニット７０において、図示するように通信部７２が省略され、フェールセーフ演算部７３（演算部ＦＤ）が通信部の機能構成を含んでもよい。また、第２ユニット７０において、通信部７２が省略されずに通信部７２が設けられてもよい。
　上記のように、ＰＩＵ５０に演算部ＦＤが設けられるため、より簡素で抵コストで信頼性の高い保護ユニットを実現することができる。
　［第７の態様］
　保護・制御システムは、それぞれが演算部Ｍを含み、それぞれが異なる電力設備を保護する複数のＩＥＤと、複数のＰＩＵ５０と、複数のＩＥＤおよび複数のＰＩＵ５０に対応する演算部ＦＤを備えるＩＥＤ（ユニット）と、を備える。複数のＰＩＵ５０のそれぞれは、対応するＩＥＤと組を形成する。ＰＩＵ５０は、組であるＩＥＤの演算部Ｍと通信し、演算部Ｍにより出力されたメイン信号を取得する通信部６２、通信部６２が取得したメイン信号をトリップ回路に出力する出力部６８、演算部ＦＤと通信し、演算部ＦＤにより出力された信号を取得する通信部７２、通信部７２が取得したフェールセーフ信号をトリップ回路８０に出力する出力部６８、およびメイン信号およびフェールセーフ信号を取得したことに応じて遮断器にトリップ指令を出力するトリップ回路８０を含む。
　図８は、第７の態様のＩＥＤの機能構成とＰＩＵ５０の機能構成との一例を示す図である。第６の態様との相違点を中心に説明する。第６の態様では、演算部ＦＤは、ＰＩＵ５０に設けられるものとして説明したが、第７の態様では、演算部ＦＤは、集約して設けられる。第７の態様では、第２ユニット７０は、演算部ＦＤを備えず、通信部７２と、入変部７４と、ＡＤＣ部７６と、出力部７８とを備える。
　例えば、図８に示すように、変電所システム１は、ＩＥＤ１（線路保護１）、ＩＥＤ２（線路保護２）、ＩＥＤ３（母線保護）、ＩＥＤ４（集約ＦＤ）、ＰＩＵ（線路１）５０、ＰＩＵ（線路２）５０、およびＰＩＵ（母線保護）５０を備える。ＩＥＤ１（線路保護１）はＰＩＵ（線路１）に対応し、ＩＥＤ２（線路保護２）はＰＩＵ（線路２）に対応し、ＩＥＤ３（母線保護）はＰＩＵ（母線保護）に対応する。対応するＩＥＤとＰＩＵとを組であり、ＩＥＤは組であるＰＩＵと協働して対象の電気設備を監視したり管理したりする。例えば、演算部Ｍは、対応するＰＩＵ５０の入変部が取り込んだ電気量に基づいてメイン信号を生成するための演算を行う。
　ＩＥＤ４（集約ＦＤ）は、表示部Ｄと、演算部ＦＤとを備える。演算部ＦＤは、ＩＥＤ１－３の演算部Ｍのそれぞれに対するフェールセーフ演算部として機能する。例えば、演算部ＦＤは、各ＩＥＤの入変部のそれぞれが取り込んだ電気量に基づいて、それぞれの入変部のインターフェース装置に送信するフェールセーフ信号を生成するための演算を行う。
　上記のように、演算部ＦＤが集約されることにより、より簡素、且つ抵コストで信頼性の高い保護ユニットを実現することができる。
　［第８の態様］
　保護・制御システムは、電気設備を制御するための演算を行うメイン演算部と前記電気設備を制御するためのフェールセーフ用の演算を実行可能な演算部とを含む複数の保護ユニットと、ＰＩＵ５０とを備える。ＰＩＵ５０は、演算部と通信し、演算部が出力したメイン信号、および演算部が出力したフェールセーフ信号を取得する通信部６３、通信部６３が取得したメイン信号をトリップ回路に出力する出力部６８、通信部６３が取得したフェールセーフ信号をトリップ回路８０に出力する出力部７８、およびメイン信号およびフェールセーフ信号を取得したことに応じて遮断器にトリップ指令を出力するトリップ回路８０を含む。
　図９は、第８の態様のＩＥＤの機能構成とＰＩＵ５０の機能構成との一例を示す図である。第１の態様との相違点を中心に説明する。第８の態様では、メイン演算部Ｍの演算とフェールセーフ演算部ＦＤの演算とを行う演算部が用いられる。
　ＩＥＤは、表示部と演算部Ｃとを備える。演算部Ｃは、前述したメイン演算部Ｍが実行する第１演算（入変部６４が取り込んだ電気量に基づく演算）と、前述したフェールセーフ演算部ＦＤが実行する第２演算（入変部７４が取り込んだ電気量に基づく演算）とを行う。演算部Ｃは、メイン演算部Ｍおよびフェールセーフ演算部ＦＤの機能構成を含む。例えば、演算部Ｃは、自己監視機能を備え、自己の演算結果を監視する。演算部Ｃは、監視において演算結果に誤りが存在する場合、演算結果の出力を即時停止させたり、演算結果が誤りであったことを示す情報を出力させたりすることである。演算部Ｃは、例えば、所定のアルゴリズムを用いて自己監視を行う。例えば、演算部Ｃは、複数回演算を行って演算結果を比較して自己監視を行ったり、監視対象の演算結果を導出したモデルとは異なるモデルを用いて演算を行い、これらの演算結果を比較して自己監視を行ったりする。
　ＰＩＵ５０は、通信部６２および通信部７２に代えて、通信部６３を備える。通信部６３は、演算部Ｃと第２通信線ＣＬ３を介して通信する。通信部６３は、ＣＰＵなどのプロセッサを含み、プロセッサの制御に基づいてＩＥＤと通信する通信インターフェースである。通信部６３は、演算部Ｃと同様に自己監視機能を備え、ＩＥＤから送信される信号が正常であるか、異常であるか、ＰＩＵ５０の稼働状態に不具合がないかを監視する。また、通信部６３は、ＩＥＤと通信し、ＩＥＤが正常に稼働しているかを監視してもよい。
　ＰＩＵ５０は、上記のように通信部は１つであるが、入変部や、ＡＤＣ部、出力部は、メイン信号用のものと、フェールセーフ信号用のものとが設けられている。例えば、メイン信号用の入変部や、ＡＤＣ部、出力部と、フェールセーフ信号用の入変部や、ＡＤＣ部、出力部とは、異なる基板に設けられている。また、これらは異なるソフトウェアによって実現されていてもよい。これにより、入変部や、ＡＤＣ部、または出力部に不具合が生じた場合であっても、メイン信号およびフェールセーフ信号の両方が処理できなくなることが抑制される。
　上記のように、演算部Ｃがメイン演算部Ｍとフェールセーフ演算部ＦＤとの機能を有するため、第１の態様と同様に信頼性の高い保護ユニットを実現することができる。
　［第９の態様］
　電気設備を制御するための演算を行うメイン演算部と前記電気設備を制御するためのフェールセーフ用の演算を実行可能な演算部を含む保護ユニットと、ＰＩＵ５０とを備える。ＰＩＵ５０は、演算部と通信し、演算部が出力したメイン信号、および前記演算部が出力したフェールセーフ信号を取得する通信部６１、通信部６１が取得したメイン信号およびフェールセーフ信号をトリップ回路８０に出力する出力部６９、およびメイン信号およびフェールセーフ信号を取得したことに応じて遮断器にトリップ指令を出力するトリップ回路８０を含む。
　図１０は、第９の態様のＩＥＤの機能構成とＰＩＵ５０の機能構成との一例を示す図である。第８の態様との相違点を中心に説明する。第９の態様では、入変部、ＡＤＣ部、出力部を共通化している。ＰＩＵ５０は、例えば、通信部６１と、入変部６４と、ＡＤＣ部６６と、出力部６９とを備え、メイン信号と、フェールセーフ信号とを処理し、メイン信号と、フェールセーフ信号とをトリップ回路８０に出力する。出力部６９は、メイン信号とフェールセーフ信号とを別々に出力するように構成されている。出力部６９は、例えば、メイン信号を出力する第１出力部と、フェールセーフ信号を出力する第２出力部とを備える。
　上記のように、ＰＩＵ５０の機能構成が共通化されているため、より簡素、且つ抵コストで保護ユニットを実現することができる。
　［第１０の態様］
　保護・制御システムは、電気設備を制御するための演算を行うメイン演算部を含むＩＥＤと、ＰＩＵ５０と、を備える。ＰＩＵ５０は、電気設備を制御するためのフェールセーフ用の演算を行うと共に、演算部Ｍと通信する通信演算部６７と、演算部Ｍにより出力されたメイン信号、および通信演算部６７により出力されたフェールセーフ信号をトリップ回路８０に出力する出力部６９、およびメイン信号およびフェールセーフ信号を取得したことに応じて遮断器にトリップ指令を出力するトリップ回路８０を含む。出力部６９は、１つの基板で構成され、メイン信号、およびフェールセーフ信号を受け付ける通信ポートが異なる。
　図１１は、第１０の態様のＩＥＤの機能構成とＰＩＵ５０の機能構成との一例を示す図である。第９の態様との相違点を中心に説明する。第９の態様では、演算部がメイン演算部とフェールセーフ演算部とを有していたが、第１０の態様では、フェールセーフ演算部は、ＰＩＵ５０に設けられる。
　ＰＩＵ５０は、例えば、通信部６１に代えて、通信演算部６７を備える。通信演算部６７は、ＩＥＤの演算部Ｍと通信する通信部６１と同様の機能構成に加え、更に、フェールセーフ演算部と同様の機能構成を備える。
　上記のように、ＰＩＵ５０の機能構成が共通化され、更にメイン演算部とフェールセーフ演算部とが分離しているため、より信頼性の高い保護ユニットを実現することができる。
　ここで、近年、電気所内のデジタル化が進められており、現場機器および保護装置間は、ＩＥＣ ６１８５０等の国際規格を適用することが進められている。デジタル化された電気所は、機能集約から分散型システムに移行し、情報伝送手段も制御ケーブルからＴＣＰ－ＩＰなどの通信プロトコルを利用する態様に変化しつつある。このような変化に対応し、更に信頼性が高いシムテムの構築が求められている。
　そこで、本実施形態では、上述したように分散型保護装置において、単一不良による誤動作を防止する信頼性の高い保護・制御システムを提供する。更に、本実施形態では、システムの構成に応じて、適切な態様を利用することができるため、効率的、且つ適切な構成を実現することができる。
　以上説明したメイン演算部と、フェールセーフ演算部と、メイン演算部が出力したメイン信号およびフェールセーフ演算部が出力したフェールセーフ信号をトリップ回路に出力する出力部と、メイン信号およびフェールセーフ信号を取得したことに応じて遮断器にトリップ指令を出力するトリップ回路とを備えることにより、より信頼性の高い保護ユニットを実現することができる。
　本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

Claims (21)

  1. 　電気設備を制御するための演算を行うメイン演算部と、
    　前記電気設備を制御するためのフェールセーフ用の演算を行うフェールセーフ演算部と、
    　前記メイン演算部とは異なる装置に設けられ前記メイン演算部が出力したメイン信号をトリップ回路に出力するメイン出力部と、
    　前記メイン演算部とは異なる装置に設けられ前記フェールセーフ演算部が出力したフェールセーフ信号を前記トリップ回路に出力するフェールセーフ出力部と、
    　前記メイン信号と前記フェールセーフ信号との双方を取得したことに応じて遮断器にトリップ指令を出力する前記トリップ回路と、
    　を備える保護・制御システム。
  2. 　前記メイン演算部と前記フェールセーフ演算部とは互いに独立して処理を実行し、
    　前記メイン演算部と前記フェールセーフ演算部とを含む保護・制御ユニットと、
    　インターフェース装置と、を備え、
    　前記インターフェース装置は、
    　前記メイン演算部と通信し、前記メイン演算部により出力されたメイン信号を取得するメイン通信部、
    　前記メイン通信部が取得したメイン信号をトリップ回路に出力する前記メイン出力部、
    　前記フェールセーフ演算部と通信し、前記フェールセーフ演算部により出力されたフェールセーフ信号を取得するフェールセーフ通信部、
    　前記フェールセーフ通信部が取得したフェールセーフ信号を前記トリップ回路に出力する前記フェールセーフ出力部、および
    　前記メイン信号および前記フェールセーフ信号を取得したことに応じて遮断器にトリップ指令を出力する前記トリップ回路、を含む
    　請求項１に記載の保護・制御システム。
  3. 　前記インターフェース装置は、
    　前記電気設備から電気量を取り込む第１入力部と、
    　前記電気設備から電気量を取り込む第２入力部と、を更に備え、
    　前記インターフェース装置は、
    　前記メイン通信部を用いて前記第１入力部が取り込んだ電気量を前記メイン演算部に送信し、
    　前記フェールセーフ通信部を用いて前記第２入力部が取り込んだ電気量を前記フェールセーフ演算部に送信し、
    　前記メイン演算部は、前記送信された電気量を用いて演算を行って前記メイン信号を生成し、
    　前記フェールセーフ演算部は、前記送信された電気量を用いて演算を行って前記フェールセーフ信号を生成する、
    　請求項２に記載の保護・制御システム。
  4. 　一以上の前記保護・制御ユニットと一以上の前記インターフェース装置とが対応付けられた組を複数備え、
    　異なる組の保護・制御ユニットと前記インターフェース装置とは通信線で接続されていない、
    　請求項２または３に記載の保護・制御システム。
  5. 　一以上の前記保護・制御ユニットと一以上の前記インターフェース装置とが対応付けられた組を複数備え、
    　複数の前記保護・制御ユニットと前記インターフェース装置との組を備え、
    　異なる組の前記メイン演算部と、前記メイン通信部とは互いに通信線に接続され通信可能であり、
    　異なる組の前記フェールセーフ演算部と、前記フェールセーフ通信部とは通信線に接続され互いに通信可能である、
    　請求項２または３に記載の保護・制御システム。
  6. 　前記メイン演算部を含む保護・制御ユニットと、
    　インターフェース装置と、を備え、
    　前記インターフェース装置は、
    　前記メイン演算部と通信し、前記メイン演算部により出力されたメイン信号を取得するメイン通信部、
    　前記メイン通信部が取得したメイン信号をトリップ回路に出力する前記メイン出力部、
    　前記フェールセーフ演算部、
    　前記フェールセーフ演算部が出力したフェールセーフ信号を前記トリップ回路に出力する前記フェールセーフ出力部、および
    　前記メイン信号および前記フェールセーフ信号を取得したことに応じて遮断器にトリップ指令を出力する前記トリップ回路、を含む
    　請求項１に記載の保護・制御システム。
  7. 　前記インターフェース装置は、
    　前記電気設備から電気量を取り込む第１入力部と、
    　前記電気設備から電気量を取り込む第２入力部と、を更に備え、
    　前記インターフェース装置は、前記メイン通信部を用いて前記第１入力部が取り込んだ電気量を前記メイン演算部に送信し、
    　前記メイン演算部は、前記送信された電気量を用いて演算を行って前記メイン信号を生成し、
    　前記フェールセーフ演算部は、前記第２入力部が取り込んだ電気量を用いて演算を行って前記フェールセーフ信号を生成する、
    　請求項６に記載の保護・制御システム。
  8. 　第１系列の保護・制御ユニットおよびインターフェース装置、および第２系列の保護・制御ユニットおよび前記インターフェース装置を備え、
    　前記第１系列の保護・制御ユニットは、前記第１系列用の前記メイン演算部が有する機能と前記第２系列用の前記フェールセーフ演算部が有する機能とを含む演算部を備え、
    　前記第２系列の保護・制御ユニットは、前記第２系列用の前記メイン演算部が有する機能と前記第１系列用の前記フェールセーフ演算部が有する機能とを含む演算部を備え、
    　前記インターフェース装置のそれぞれは、
    　自身の系列の前記演算部と通信し、前記演算部が出力したメイン信号を取得するメイン通信部、
    　前記メイン通信部が取得したメイン信号をトリップ回路に出力する前記メイン出力部、
    　自身の系列とは異なる系列の前記保護・制御ユニットの前記演算部と通信し、前記演算部が出力したフェールセーフ信号を取得するフェールセーフ通信部、
    　前記フェールセーフ通信部が取得したフェールセーフ信号を前記トリップ回路に出力する前記フェールセーフ出力部、および
    　前記メイン信号および前記フェールセーフ信号を取得したことに応じて遮断器にトリップ指令を出力する前記トリップ回路、を含み、
    　前記第１系列の前記演算部は、前記第１系列の前記メイン通信部と通信線で接続され、
    　前記第１系列の前記演算部は、前記第２系列の前記フェールセーフ通信部とは通信線で接続され
    　前記第２系列の前記演算部は、前記第２系列の前記メイン通信部と通信線で接続され、
    　前記第２系列の前記演算部は、前記第１系列の前記フェールセーフ通信部とは通信線で接続されている、
    　請求項１に記載の保護・制御システム。
  9. 　前記インターフェース装置のそれぞれは、
    　前記電気設備から電気量を取り込む第１入力部と、
    　前記電気設備から電気量を取り込む第２入力部と、を更に備え、
    　前記インターフェース装置のそれぞれは、
    　前記メイン通信部を用いて前記第１入力部が取り込んだ電気量を同じ系列の前記メイン演算部に送信し、
    　前記フェールセーフ通信部を用いて前記第２入力部が取り込んだ電気量を異なる系列の前記フェールセーフ演算部に送信し、
    　前記メイン演算部は、同じ系列のインターフェース装置により前記送信された電気量を用いて演算を行って前記メイン信号を生成し、
    　前記フェールセーフ演算部は、異なる系列のインターフェース装置により前記送信された電気量を用いて演算を行って前記フェールセーフ信号を生成する、
    　請求項８に記載の保護・制御システム。
  10. 　第１系列の保護・制御ユニットおよびインターフェース装置、および第２系列の保護・制御ユニットおよびインターフェース装置を備え、
    　前記第１系列の保護・制御ユニットは、前記第１系列用の前記メイン演算部を備え、
    　前記第２系列の保護・制御ユニットは、前記第２系列用の前記メイン演算部を備え、
    　前記インターフェース装置のそれぞれは、
    　自身の系列の前記メイン演算部と通信し、前記メイン演算部が出力したメイン信号を取得するメイン通信部、
    　前記メイン通信部が取得したメイン信号をトリップ回路に出力する前記メイン出力部、
    　自身の系列とは異なる系列用の前記フェールセーフ演算部、
    　自身の系列とは異なる前記インターフェース装置に含まれるフェールセーフ演算部が出力したフェールセーフ信号を前記トリップ回路に出力する前記フェールセーフ出力部、および
    　前記メイン信号および前記フェールセーフ信号を取得したことに応じて遮断器にトリップ指令を出力する前記トリップ回路、を含み、
    　前記第１系列の前記インターフェース装置に含まれる前記フェールセーフ演算部は、前記第２系列の前記インターフェース装置と通信線で接続され、
    　前記第２系列の前記インターフェース装置に含まれる前記フェールセーフ演算部は、前記第１系列の前記インターフェース装置と通信線で接続されている、
    　請求項１に記載の保護・制御システム。
  11. 　前記インターフェース装置のそれぞれは、
    　前記電気設備から電気量を取り込む第１入力部と、
    　前記電気設備から電気量を取り込む第２入力部と、を更に備え、
    　前記インターフェース装置のそれぞれは、前記メイン通信部を用いて前記第１入力部が取り込んだ電気量を自身の系列の前記メイン演算部に送信し、
    　自身の系列の前記メイン演算部は、前記送信された電気量を用いて演算を行って前記メイン信号を生成し、
    　自身の系列とは異なる系列用の前記フェールセーフ演算部は、前記通信線を介して異なる系列のインターフェース装置の前記第２入力部が取り込んだ電気量を取得して、取得した電気量を用いて演算を行って異なる系列用の前記フェールセーフ信号を生成する、
    　請求項１０に記載の保護・制御システム。
  12. 　それぞれがメイン演算部を含み、それぞれが異なる電力設備を保護する複数の保護・制御ユニットと、
    　前記複数のインターフェース装置と、
    　前記複数の保護・制御ユニットおよび前記複数のインターフェース装置に対応するフェールセーフ演算部を備えるユニットと、を備え、
    　前記複数のインターフェース装置のそれぞれは、対応する保護・制御ユニットと組となり、
    　前記インターフェース装置は、
    　組である保護・制御ユニットの前記メイン演算部と通信し、前記メイン演算部により出力されたメイン信号を取得するメイン通信部、
    　前記メイン通信部が取得したメイン信号をトリップ回路に出力する前記メイン出力部、
    　前記フェールセーフ演算部と通信し、前記フェールセーフ演算部により出力された信号を取得するフェールセーフ通信部、
    　前記フェールセーフ通信部が取得したフェールセーフ信号を前記トリップ回路に出力する前記フェールセーフ出力部、および
    　前記メイン信号および前記フェールセーフ信号を取得したことに応じて遮断器にトリップ指令を出力する前記トリップ回路、を含む
    　請求項１に記載の保護・制御システム。
  13. 　前記インターフェース装置のそれぞれは、
    　前記電気設備から電気量を取り込む第１入力部と、
    　前記電気設備から電気量を取り込む第２入力部と、を更に備え、
    　前記インターフェース装置は、
    　前記メイン通信部を用いて前記第１入力部が取り込んだ電気量を自装置に対応する前記メイン演算部に送信し、
    　前記フェールセーフ通信部を用いて前記第２入力部が取り込んだ電気量を前記フェールセーフ演算部に送信し、
    　前記メイン演算部は、前記送信された電気量を用いて演算を行って前記メイン信号を生成し、
    　前記フェールセーフ演算部は、前記送信された電気量を用いて演算を行って前記フェールセーフ信号を生成する、
    　請求項１２に記載の保護・制御システム。
  14. 　前記メイン演算部が行う演算と前記フェールセーフ演算部が行う演算とを実行可能な演算部とを含む保護・制御ユニットと、
    　インターフェース装置と、を備え、
    　前記インターフェース装置は、
    　前記演算部と通信し、メイン演算部により生成され前記演算部が出力したメイン信号、および前記フェールセーフ演算部により生成され前記演算部が出力したフェールセーフ信号を取得する通信部、
    　前記通信部が取得したメイン信号をトリップ回路に出力する前記メイン出力部、
    　前記通信部が取得したフェールセーフ信号を前記トリップ回路に出力する前記フェールセーフ出力部、および
    　前記メイン信号および前記フェールセーフ信号を取得したことに応じて遮断器にトリップ指令を出力する前記トリップ回路、を含む、
    　請求項１に記載の保護・制御システム。
  15. 　前記インターフェース装置は、
    　前記電気設備から電気量を取り込む第１入力部と、
    　前記電気設備から電気量を取り込む第２入力部と、を更に備え、
    　前記インターフェース装置は、
    　前記通信部を用いて前記第１入力部が取り込んだ電気量と前記第２入力部が取り込んだ電気量とを前記演算部に送信し、
    　前記演算部は、
    　前記第１入力部が取り込んだ電気量を用いて演算を行って前記メイン信号を生成し、
    　前記第２入力部が取り込んだ電気量を用いて演算を行って前記フェールセーフ信号を生成する、
    　請求項１４に記載の保護・制御システム。
  16. 　電気設備を制御するための演算を行うメイン演算と前記電気設備を制御するためのフェールセーフ用の演算を行うフェールセーフ演算とを実行可能な演算部とを含む保護・制御ユニットと、
    　インターフェース装置と、を備え、
    　前記インターフェース装置は、
    　前記演算部と通信し、前記演算部が出力したメイン信号、および前記演算部が出力したフェールセーフ信号を取得する通信部、
    　前記通信部が取得したメイン信号およびフェールセーフ信号をトリップ回路に出力する出力部、および
    　前記メイン信号および前記フェールセーフ信号を取得したことに応じて遮断器にトリップ指令を出力する前記トリップ回路、を含む、
    　保護・制御システム。
  17. 　電気設備を制御するための演算を行うメイン演算部を含む保護・制御ユニットと、
    　インターフェース装置と、を備え、
    　前記インターフェース装置は、
    　前記電気設備を制御するためのフェールセーフ用の演算を行うと共に、前記メイン演算部と通信するフェールセーフ演算部と、
    　前記メイン演算部により出力されたメイン信号、および前記フェールセーフ演算部により出力されたフェールセーフ信号をトリップ回路に出力する出力部、および
    　前記メイン信号および前記フェールセーフ信号を取得したことに応じて遮断器にトリップ指令を出力する前記トリップ回路、を含む、
    　保護・制御システム。
  18. 　前記電気設備から第１電気量および前記電気設備から第２電気量を取り込む入力部を更に備え、
    　前記メイン信号は、前記入力部が取り込んだ第１電気量に基づいて生成され、
    　前記フェールセーフ信号は、前記入力部が取り込んだ第２電気量に基づいて生成される、
    　請求項１６または１７に記載の保護・制御システム。
  19. 　前記メイン演算部は、第１のプロセスバスに接続され、第２のプロセスバスに接続されてなく、
    　前記フェールセーフ演算部は、第１のプロセスバスに接続されてなく、第２のプロセスバスに接続されている、
    　請求項３または４に記載の保護・制御システム。
  20. 　前記インターフェース装置と、前記保護・制御ユニットとは、プロセスバスに接続される、
    　請求項２から１９のうちいずれか１項に記載の保護・制御システム。
  21. 　前記保護・制御ユニットは、ステーションバスに接続され、
    　前記インターフェース装置は、通信線を介して電線に設けられた前記遮断器および前記電気設備に接続されている、
    　請求項２０に記載の保護・制御システム。
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