(57)【要約】【課題】イーサネット通信用の特殊なフレーム送受信タイミング制御回路を適用せずに、汎用のネットワーク制御回路のみを実装した通信機能部相互間でも同期制御が可能な保護リレーシステムを提供する。【解決手段】各保護リレー装置ＲＹの通信機能部をイーサネット通信機能部ＥＣとして構成してイーサネット回線網にそれぞれ接続し、保護対象の各端子で計測された電気量に基づくデータをイーサネット通信機能部からイーサネット回線網を経て相互に送受信することにより保護リレー装置の保護制御機能部で電気量データの差動演算を行い、保護対象の事故検出・保護を行うようにした保護リレーシステムであって、イーサネット回線網に時刻サーバＴＳを接続し、保護リレー装置ＲＹのイーサネット通信機能部ＥＣと時刻サーバＴＳとの間でネットワーク同期プロトコルにより時刻同期を行い、同期時刻をサンプリングアドレスとして付加した電気量を通信し合うことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
保護対象の各端子に設置されている保護リレー装置の通信機能部をイーサネット通信機能部として構成してイーサネット回線網にそれぞれ接続し、前記保護対象の各端子で計測された電気量に基づくデータを前記イーサネット回線網を介して前記イーサネット通信機能部で相互に送受信することにより前記保護リレー装置の保護制御機能部で電気量データの差動演算を行い、保護対象を保護するようにした保護リレーシステムであって、
前記保護リレー装置のイーサネット通信機能部は、時刻同期プロトコルを備えてクライアントモードで動作するように設定され、
前記ネットワーク網に、前記イーサネット通信機能部に備えたものと同様の時刻同期プロトコルを備えてサーバモードで動作するように設定された時刻サーバを接続し、
前記時刻サーバと保護リレー装置のイーサネット通信機能部とを前記時刻同期プロトコルにより時刻同期を行い、同期時刻をサンプリングアドレスとして前記電気量データに付加するようにしたことを特徴とする保護リレーシステム。
【請求項２】
時刻サーバの時刻同期プロトコルで計測したタイムスタンプを元にサンプリングアドレスを生成することにより、自端子と相手端子の計測電気角が一致した電気量情報で差動演算を行うことを特徴とする請求項１記載の保護リレーシステム。
【請求項３】
保護リレー装置のイーサネット通信機能部は、イーサネット回線網に接続されるとともに、ネットワークインターフェースコントローラ、送信バッファメモリ、受信バッファメモリおよびコネクタを備えたネットワーク制御回路と、当該ネットワーク制御回路と保護制御機能部との間に接続されて送信処理および受信処理を行うイーサネットドライバと、から構成されていることを特徴とする請求項１記載の保護リレーシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各端子に設置した保護リレー装置の相互間をイーサネット（登録商標）回線網により接続し、かつ、各保護リレー装置を時刻付き(タイムタグ)の電気量データを基にして演算するようにした保護リレーシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
送電線の保護を目的として適用される保護リレー装置の一つに電流差動リレー装置がある。この電流差動リレー装置は、送電線の各端子で計測した電流瞬時値データのベクトル和が零でない場合に内部事故と判別する方式のリレー装置であり、これをディジタル保護継電器で実現する場合は、各端子で計測した電流瞬時値データを所定のサンプリングタイミングでディジタルデータに変換し、そのディジタルデータをシリアル通信の専用回線によりＰＣＭ（Pulse Code Modulation）方式で互いに相手端子側に伝送し、相手端子から送信されてきた電流瞬時値データと自端子で計測した電流瞬時値データとの差動演算を実行し、事故の判定を行うようにしている。
【０００３】
送電線保護を差動演算で行うに際して必要なことは、各端子での電流瞬時値計測タイミングが高精度に同期していなければならないということである。この電流瞬時値計測タイミングの同期をとることを一般にサンプリング同期と称している（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
そして、電流差動リレー装置は、サンプリング同期を実現するために、各端子が計測した電流瞬時値データに計測時電気角を表すサンプリングアドレスを付加し、自端子の計測電流瞬時値と相手端子からの受信電流瞬時値とでサンプリングアドレスが同一の電流瞬時値データを用いた演算を行うようにしている。
【０００５】
従来の電流差動リレー装置におけるサンプリング同期方式では、ハードウェア機構によるフレーム送信タイミングの固定化、専用回線による伝送回線遅延時間の安定化、フレーム受信タイミングをラッチ／取得する機構、等の情報フレーム通信に生じる遅延時間のゆらぎを最小限にするとともに、同期補正要素を取得可能な機構とすることで高精度な同期を実現している。
【０００６】
以下、図７ないし図１０を参照して従来の電流差動リレー装置による送電線保護システムについて説明する。  
まず、図７および図８において、これらはいずれも従来の電流差動リレー装置による送電線保護システムの構成図であり、このうち図７は二端子用、図８は三端子用の保護システム構成図である。
【０００７】
図７および図８において、Ａ、ＢおよびＣは送電線ＴＬの端子を表す。ＣＴａ、ＣＴｂおよびＣＴｃは各端子Ａ、ＢおよびＣに設置された端子電流検出用の変流器である。ＲＹ−Ａ、ＲＹ−ＢおよびＲＹ−Ｃは、それぞれ端子Ａ、ＢおよびＣに設置された電流差動保護リレー装置であり、主保護リレー部およびロジックシーケンス部を備えた保護制御機能部Ｐと、この保護制御機能部Ｐの出力を対向端子に送信し、かつ対向端子から伝送されてきた信号を受信するシリアル伝送機能部ＳＣとからそれぞれ構成されている。
【０００８】
保護制御機能部Ｐは、自端子で計測した電流の瞬時値をサンプリングした後に、相手端子から伝送されてきた電流瞬時値データとの差動演算を行うことによって内部事故か否かを判別し、シリアル伝送機能部ＳＣは各端子Ａ、ＢおよびＣで得られたサンプリングデータを通信回線ｔ−ａｂ、ｔ−ｂｃおよびｔ−ｃａを介して対向する相手端子に伝送する。
【０００９】
次に、従来の保護リレーシステムにおけるデータ通信動作について説明する。  
図７および図８において、各端子に設置された保護リレー装置ＲＹ−Ａ、ＲＹ−ＢおよびＲＹ−Ｃのシリアル伝送機能部ＳＣは、図１０（Ａ）に示す通信フレーム構成（９０bitを１フレームとし、１２フレームを１スーパーフレームとする構成）で通信回線ｔ−ａｂ、ｔ−ｂｃおよびｔ−ｃａを介して相手端子と通信する。
【００１０】
各端子に設置された保護リレー装置ＲＹ−Ａ、ＲＹ−ＢおよびＲＹ−Ｃのうち、Ａ端子に設置された保護リレー装置ＲＹ−Ａは主局、Ｂ端子およびＣ端子に設置された保護リレー装置ＲＹ−ＢおよびＲＹ−Ｃは従局として予め設定される。従局は主局のサンプリングタイミングに同調するようタイミング補正して同期をとるように設定される。
【００１１】
図８の三端子構成のように複数の従局で構成する場合には、保護リレー装置ＲＹ−Ｂを従局１、保護リレー装置ＲＹ−Ｃを従局２と序列を設け、従局１（保護リレー装置ＲＹ−Ｂ）が主局（保護リレー装置ＲＹ−Ａ）に同期したあと、従局２（保護リレー装置ＲＹ−Ｃ）が従局１（保護リレー装置ＲＹ−Ｂ）に同期するといった順番で同期を確立する。
【００１２】
サンプリング同期の確立を認識したら、図１０（Ｂ）の制御ビット展開例のｂ５；ＳＡ同期フラグに基づき端子間のサンプリングアドレス同期を確立する。端子間の保護リレーの各同期確立、及び伝送不良等の各種監視によりシステムの健全性が確認できた以降から、各端子の保護リレー装置が互いに送信する電気量データ及び自端で計測した電気量データを元に系統保護制御を実施する。
【００１３】
なお、これら相手端子に向けたデータ通信では図８記載のとおり相手端子毎に通信回線が配置されるので、図１０（Ａ）の通信フレームフォーマットに記載されているとおり、通信フレーム中には受信宛先（相手装置アドレス）情報は無い。また通信回線が相手端子毎に個別設置なのでフレーム送信処理、フレーム受信処理は相手端子分の回数を実施する必要がある。
なお、サンプリング同期方法や同期確立判定の詳細技術については特許文献１に詳しく述べてあるので省略する。
【００１４】
以上述べた従来の電流差動リレー装置では、採用している通信設備や設置環境に伴う通信データ量の限界、また端子構成の制約（図７、図８）、さらに保護リレー装置用の専用回線のコスト高などの理由によって、系統保護範囲を柔軟に変更するとか、拡張を行うということは困難である。
これに加え、従来採用している通信設備は、今後の技術進展を鑑みると、縮退方向に向かいつつあり、機器メンテナンスを長期間に亘って行うことは困難になると予測される。
【００１５】
上述した通信データ量の限界について、図１０を参照してもう少し詳しく説明する。  
通信回線や変復調機器といった通信機器仕様の制約により現行通信設備の通信速度は、５４Ｋｂｐｓが標準となっている。これに対し電流差動演算に必要な電気量データ、及び電気量データ送信周期、通信フレーム不良検定情報（ＣＲＣコード、固定ビットなど）を加味すると、１回の通信フレームに組み込める電気量データは非常に少ない。この対策として、電気量データの加工（計測した生データをフィルタし、ビット長を圧縮、低速更新が許容されるデータの分解／合成）や通信フレームフォーマットを保護システム個別にして最適化を計る、などの施策が実施されている。
【００１６】
なお、専用回線による通信に替えて、高速の多重回線を用いた形態も実用化されており、この場合は専用回線の課題は無くなるが、通信フレームの多重化処理により通信フレームの発着信タイミングは安定せず、したがって従来のサンプリング同期制御を採用することは難しい。
【００１７】
このため、高速多重回線を用いた形態の場合、図９で示すように、ＧＰＳ衛星Ｓの電波を各端子Ａ、Ｂの電流差動リレー装置に設置したＧＰＳ受信装置Ｒで受信し、ＧＰＳ衛星Ｓの時刻に各端子Ａ、Ｂが同期することで、サンプリングタイミングを合わせるようにしたシステムも実現している。
【００１８】
しかしながら、このＧＰＳシステムには運用面で幾つかの課題がある。例えば、（ｉ）電波受信が安定良好なアンテナ設置場所の確保が必要、（ii）ＧＰＳ装置自体のコスト高、（iii）他機器からの電波影響もしくは意図的な電波妨害によるＧＰＳ受信装置の受信不能、等が考えられ、これらの課題を解消するためには運用面、経済面、および安定性などに負担や制約がかかるといった欠点がある。
【００１９】
このようなＧＰＳ同期システムの課題を解決するために、また近年普及が進んでいる高速回線網への通信回線設備の切り替えを目的として、発明者らは、広域イーサネットを適用したサンプリング同期制御システムを試作した（例えば、非特許文献１参照）。
【００２０】
この非特許文献１で紹介したサンプリング同期制御システムでサンプリングタイミングの同期補正をした場合、１００〜５００ナノ秒のズレといった非常に高精度な同期が実現できる。
【特許文献１】特開平２−１５５４２１号公報
【非特許文献１】平成２０年電気学会全国大会（平成２０年３月２１日）、講演論文集[６]電力システム、論文番号６−３０２、「広域イーサネットを適用したサンプリング同期制御の開発」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
しかしながら、上記非特許文献１で紹介したサンプリング同期制御システムは、後に図１１で示すように、通信フレームの送出タイミング制御および着信タイミング検出といった、特殊な通信制御機構をネットワーク制御回路に付加しているため、汎用のネットワーク制御回路しか実装していない機器とは同期補正を行うことが出来ない。すなわち、非特許文献１のシステム構成では同期補正を必要とする全ての装置において、同等の特殊なネットワーク制御回路を実装しなければならない、という制約が生じる。
【００２２】
一般には装置間のサンプリングタイミングのずれは、フレーム発信タイミングとフレーム着信タイミングとを時刻情報（カウント値）フレームとして通信し合うことで求められる。この際に、ソフトウェアによるフレーム送信処理から実際に通信回線上にフレームが送出されるまでの待ち時間およびフレームが着信してから実際にソフトウェアによるフレーム受信処理が動作するまでの待ち時間が実際のフレーム発着信タイミングとの誤差として表れ、また、これら待ち時間はソフトウェアの動作状況により変動するため、高精度な同期補正を困難にしている。
【００２３】
高精度なサンプリング同期確保を実現するために、上記非特許文献１で紹介したサンプリング同期制御システム３００では、図１１で示すように、汎用のネットワーク制御回路３１０に、ハードウェア機構によるフレーム送受信タイミング制御回路３２０を付加し、誤差の要因となる上記待ち時間変動による同期誤差を解消している。
【００２４】
以下、図１１を用いて非特許文献１のフレーム送受信タイミング制御について述べる。なお、ＣＰＵ３０１では通信処理や保護制御処理といった複数のソフトウェアが実行されるが、ここでは通信処理に絞って説明する。
【００２５】
ＣＰＵ３０１は、生成した送信フレームを送信バッファメモリ３１１に格納し、ネットワークインターフェースコントローラ（Network  Interface  Controller；ＮＩＣ）３１３へ送信指令する。ＣＰＵ３０１からの送信指令により、ＮＩＣ３１３は送信バッファメモリ３１１に格納された送信フレームを取り出して、ＭＡＣレイヤ制御回路３１４にてイーサネットフレームに変換し、さらに、このイーサネットフレームを物理レイヤ制御回路３１５にて符号データに変換し、汎用ネットワーク制御回路３１０の外部に送出する。この時点ではデータ送出タイミングはＣＰＵ３０１やＮＩＣ３１３の動作状況に依存する。
【００２６】
汎用ネットワーク制御回路３１０から送出された符号データは、フレーム送受信タイミング制御回路３２０の物理レイヤ制御回路３２１でイーサネットフレームに再変換され、送信フレーム保留バッファメモリ３２２に蓄積される。
【００２７】
この送信フレーム保留バッファメモリ３２２に蓄積されたイーサネットフレームは、サンプリングパルス発信回路３０２から出力されるパルス信号によって動作開始する送信タイミング制御回路３２３によって取り出されて物理レイヤ制御回路３２４に入力され、ここで符号データに再変換されてコネクタ（ＲＪ４５）３２５を介して通信回線ｔに送出される。すなわち、最終的に通信回線ｔに送信されるタイミングはサンプリングパルス発信回路３０２のタイミングと等価となる送信制御が行われる。
【００２８】
なお、フレーム送受信タイミング制御回路３２０の物理レイヤ制御回路３２１でイーサネットフレームに再変換する目的は、送信タイミング制御回路３２３が送信フレーム保留バッファメモリ３２２に蓄積された送信フレームのサイズや種別を認識する必要があり、符号データのままではそれが困難なためである。また汎用ネットワーク制御回路３１０中のＮＩＣ３１３は、ＭＡＣレイヤ制御回路３１４と物理レイヤ制御回路３１５とが一体化したものが一般的である。
【００２９】
続いて、通信フレーム受信時の経路および機構について述べる。  
通信回線ｔ、コネクタ（ＲＪ４５）３２５を介して相手端子から入力された符号データは、フレーム送受信タイミング制御回路３２０内の物理レイヤ制御回路３２４でイーサネットフレームに変換され、受信フレーム種別検定回路３２６にて受信フレームの種別および発信元アドレスなどの判定が行われる。同期フレームであればカウンタ計数回路３３２に信号を出力し、カウンタ値をラッチする。このラッチしたカウンタ値が正確なフレーム受信タイミングを求める情報となる。３３１は水晶発信器である。
【００３０】
そして、非特許文献１に記載の装置では、図１１のように受信フレーム種別検定回路３２６は、物理レイヤ制御回路３２４でイーサネットフレームに変換された受信フレームを物理レイヤ制御回路３２１を介してフレーム送受信タイミング制御回路３２０の外部へ出力し、汎用ネットワーク制御回路３１０に入力される。
【００３１】
汎用ネットワーク制御回路３１０では物理レイヤ制御回路３１５にて符号データからイーサネットフレームに変換され、その後ＭＡＣレイヤ制御回路３１４を介して受信バッファメモリ３１２に格納される。
【００３２】
そして、受信フレームはＣＰＵ３０１で実行されている通信ソフトウェアによって受信バッファメモリ３１２から取り出され、当該ＣＰＵ３０１で処理される。なお、ＣＰＵ３０１が受信フレームの発生を認識する手段には、ＮＩＣ３１３の内部レジスタを参照する方法、もしくはＮＩＣ３１３から受信フレーム発生の割込み信号による方法などがあるが、いづれにしても受信バッファメモリ３１２に受信フレームが格納されてからＣＰＵ３０１が受信バッファメモリ３１２から受信フレームを読み出すまでに時間を要することになる。但し、同期フレームの受信タイミングはカウンタ計数回路３３２でカウント値としてラッチされているため、正確な受信タイミングが求められる。
これら同期フレーム、およびラッチカウント値を元にサンプリングパルス発信回路３０２を制御してサンプリング同期補正を行う。
【００３３】
上記したように、非特許文献１で紹介したサンプリング同期制御システム３００を実現するには、図１１に示すフレーム送受信タイミング制御回路３２０が必要であり、汎用のネットワーク制御回路（ＮＩＣ）３１０のみでは実現できない。また、フレーム着信タイミングを通信ソフトウェアで参照できるようにするため、ソフトウェアが動作するＣＰＵ３０１との連携（バスアクセス）をとる必要があり、フレーム送受信タイミング制御回路３２０を汎用ネットワーク制御回路３１０に増設するといった容易な拡張は望めない。このため、上記機構が付加された特殊な通信基板にならざるを得ない。
【００３４】
これに対し、サンプリング同期精度が１０〜２０マイクロ秒、もしくはそれ以上に精度が粗くても許容できる装置には、上記機構を適用せずに汎用のネットワーク制御回路をベースとした通信装置でも同期制御が可能である。
【００３５】
そこで本発明は、イーサネット通信用の特殊なフレーム送受信タイミング制御回路を適用せずに、汎用のネットワーク制御回路のみを実装した通信装置相互間でも同期制御が可能な保護リレーシステムを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００３６】
上記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、保護対象の各端子に設置されている保護リレー装置の通信機能部をイーサネット通信機能部として構成してイーサネット回線網にそれぞれ接続し、前記保護対象の各端子で計測された電気量に基づくデータを前記イーサネット回線網を介して前記イーサネット通信機能部で相互に送受信することにより前記保護リレー装置の保護制御機能部で電気量データの差動演算を行い、保護対象を保護するようにした保護リレーシステムであって、
前記保護リレー装置のイーサネット通信機能部は、時刻同期プロトコルを備えてクライアントモードで動作するように設定され、
前記ネットワーク網に、前記イーサネット通信機能部に備えたものと同様の時刻同期プロトコルを備えてサーバモードで動作するように設定された時刻サーバを接続し、
前記時刻サーバと保護リレー装置のイーサネット通信機能部とを前記時刻同期プロトコルにより時刻同期を行い、同期時刻をサンプリングアドレスとして前記電気量データに付加するようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、保護リレーの通信回線にイーサネット回線網を適用した保護リレーシステムが実現でき、従来の保護リレーシステムの通信速度や通信フレーム構造の維持が不要となり、より多種多量の電気量情報、装置情報を相手端子に通信できるようになり、多様な保護制御システムの構築が可能となるとともに、汎用のネットワーク設備や環境の利用により設備メンテナンスも容易になる。
【００３８】
また、タイムスタンプ（装置時刻情報）からサンプリングアドレスを生成するので、従来のサンプリングアドレス同期として実施していた特別な通信手続きが不用になるとともに、保護リレー間の時刻同期も時刻サーバと１対１で実施するので、装置起動から保護機能の健全動作までの時間が短縮される。
【００３９】
さらに、時刻同期に用いるタイムスタンプは計測電気角一致を検索するためのものであり、時刻サーバが管理する時刻値は標準時刻に同期している必要がなく、保護システム専用のローカルネットワーク構成、広域のネットワーク構成のいずれでも系統保護システムの構築が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。  
図１は本発明の実施形態による保護リレーシステムのネットワーク接続構成の一例を示す図、図２は本実施形態によるイーサネット通信機能部の一例を示す図であり、図３は端子間の通信フレームフォーマットの一例を示す図、図４はＵＤＰ／ＩＰにて電気量データを通信する場合のフレームフォーマットの一例を示す図、図５は端子間の時刻同期に適用される時刻同期プロトコルの通信フレーム構造を示す図、図６は時刻同期タイムスタンプとサンプリングアドレスの関係を示す図である。
【００４１】
（システム構成）
まず、図１を参照して本実施形態による保護リレーシステムについて説明する。
本実施形態による保護リレーシステムは、保護対象である三端子送電線ＴＬの各端子Ａ、ＢおよびＣにそれぞれ保護制御機能部Ｐと、端子電気量データを相手端子と送受信する通信装置としてのイーサネット（Ethernet）通信機能部ＥＣとから構成された保護リレー装置ＲＹ−Ａ、ＲＹ−ＢおよびＲＹ−Ｃを設置することによって構成されている。
【００４２】
また、各保護リレー装置ＲＹ−Ａ、ＲＹ−ＢおよびＲＹ−Ｃのイーサネット通信機能部ＥＣは、それぞれイーサネット通信回線ｔ−ａ、ｔ−ｂおよびｔ−ｃを介してイーサネット回線網Ｅ−ＮＥＴに接続され、このイーサネット回線網Ｅ−ＮＥＴには、さらにイーサネット通信回線t−ｓを介して時刻サーバＴＳが接続されるように構成されている。
【００４３】
イーサネット回線網Ｅ−ＮＥＴの通信速度は問わないが、ギガビットなどの高速通信であれば通信遅延が少なく、高い同期精度が確保できるので、できるだけ高速通信の方が好ましい。
【００４４】
ここで、時刻サーバＴＳは、汎用コンピュータにＮＴＰ（Network Time Protocol；ネットワーク・タイム・プロトコル）やＳＮＴＰ（Ｓｉｍｐｌｅ  ＮＴＰ）といったネットワークに接続される機器で使用される一般的な「時刻同期プロトコル」を内蔵したものであり、サーバモードで動作するように設定されている。
【００４５】
一方、各端子Ａ〜Ｃに設置された保護リレー装置ＲＹ−Ａ〜ＲＹ−Ｃのイーサネット通信機能部ＥＣは、時刻サーバＴＳと同様の「時刻同期プロトコル」を内蔵し、クライアントモードで動作するように設定されている。
【００４６】
なお、「時刻同期プロトコル」については、例えば（ＲＦＣ９５８（Network Time Protocol））で公知であり、また本発明では時刻同期手法について問わないことから説明を省くことにする。
【００４７】
次に、図２を参照して各端子Ａ、ＢおよびＣに設けられている保護リレー装置ＲＹのイーサネット通信機能部ＥＣの構成の一例を説明するとともに、本図に基づいて通信フレームの処理経路について説明する。なお、保護制御機能部Ｐについては従来の電流差動演算部と比較して特に変わるところがないので説明は省略する。
【００４８】
図２に示す保護リレー装置ＲＹのイーサネット通信機能部ＥＣは、図１１で示した従来例の汎用ネットワーク制御回路と同じ構成のネットワーク制御回路３１０と、通信ソフトウェアによって構成されたイーサネット通信ドライバ２００とを備えている。
【００４９】
ネットワーク制御回路３１０は、ＭＡＣレイヤ制御回路３１４および物理レイヤ制御回路３１５を有するＮＩＣ３１３と、送信バッファメモリ３１１と、受信バッファメモリ３１２と、コネクタ（ＲＪ４５）３２５とから構成されている。ここで、ＭＡＣレイヤ制御回路３１４および物理レイヤ制御回路３１５は、例えば、１つの通信制御ＬＳＩに組み込まれて構成されている。
【００５０】
ネットワーク制御回路３１０内において、送信バッファメモリ３１１は、イーサネット通信ドライバ２００の送信処理部２０１で生成された送信フレーム（通信フレームに同じ）を格納し、ＮＩＣ３１３が送信処理を開始するまでの一時退避用バッファとして使用される。一方、受信バッファメモリ３１２はＮＩＣ３１３から出力された受信フレーム（通信フレームに同じ）を格納し、イーサネット通信ドライバ２００の受信処理部２０２が取り出し処理を開始するまでの一時退避用バッファとして使用される。
【００５１】
イーサネット通信機能部ＥＣは以上のように構成されているので、イーサネット通信ドライバ２００の送信処理部２０１が保護制御機能部Ｐから出力された電気量データを取り込んで生成した送信フレーム（後述する図３の３ａ〜３ｆ、または図４の４ａ〜４ｆ）は、送信バッファメモリ３１１に一時格納され、ＮＩＣ３１３に送信開始を要求することにより送信バッファメモリ３１１からＮＩＣ３１３に取り込まれる。
【００５２】
ＮＩＣ３１３は取り込んだ送信フレームをＭＡＣレイヤ制御回路３１４にてイーサネットフレームに変換し、その後、物理レイヤ制御回路３１５にて符号データに変換し、コネクタ（ＲＪ４５）３２５、通信回線ｔを介して図示しない相手端子へ送出される。
【００５３】
一方、図示しない相手端子から通信回線ｔを経てネットワーク制御回路３１０で受信された相手端子の符号データは、コネクタ（ＲＪ４５）３２５を介してＮＩＣ３１３に入力され、物理レイヤ制御回路３１５にて符号変換され、その後ＭＡＣレイヤ制御回路３１４にて受信フレームに変換され、受信バッファメモリ３１２に格納されるとともに、受信フレームの発生を割込み信号によってイーサネット通信ドライバ２００の受信処理部２０２に通知する。割込み信号で起動する受信処理部２０２は、受信バッファメモリ３１２から受信フレームを取り出して処理を開始し、処理結果を保護制御機能部Ｐへ送る。
保護制御機能部Ｐでは、自端子の電気量データとイーサネット通信ドライバ２００から入力した相手端子の電気量データとを用いて保護制御演算を行う。
【００５４】
（通信フレームの構成）
次に、図３を参照して、イーサネット通信ドライバ２００の送信処理部２０１が保護制御機能部Ｐで計測された電気量データを取り込んで生成した送信フレーム（通信フレーム）のフォーマットの第１の例について説明する。
【００５５】
図３において、本実施形態で採用する通信フレームはイーサネットフレームに準じた構造を持ち、「宛先アドレスフィールド（６byte）」３ａ、「発信元アドレスフィールド（６byte）」３ｂ、「タイプフィールド（２byte）」３ｃ、「サンプリングアドレスフィールド；ＳＡ（８byte）」３ｄ、「電気量データフィールド（３８〜１４９２byte）」３ｅおよび「フレームチェックシーケンスコードフィールド；ＦＣＳ（４byte）」３ｆの合計６フィールドから構成されている。
【００５６】
このうち、タイプフィールド３ｃには、既に定められたタイプ番号以外、もしくはネットワーク内で使用されないプロトコルのタイプ番号を割り当て、「電気量データ通信フレーム」とその他フレームとの識別を可能とする。
【００５７】
サンプリングアドレス（ＳＡ）３ｄは電気量データを計測した時刻（タイミング）を示しており、自端子の電気量データと相手端子から受信した電気量データとの差動保護演算を行う際のデータ・インデックスとなる。
【００５８】
なお、各端子Ａ〜Ｃのサンプリングアドレス（ＳＡ）３ｄは差動保護演算を開始する前に同期させておく必要がある。電気量データ３ｅは自端子で計測した電流瞬時値や電圧量などであるが、保護区間や方式によって情報の種別やビット長が異なり、しかも限定されるものではないので、ここではデータ細部には触れない。
【００５９】
次に、図４を参照して、イーサネット通信ドライバ２００の送信処理部２０１が保護制御機能部Ｐから出力された電気量データを取り込んで生成した送信フレーム（通信フレーム）のフォーマットの第２の例について説明する。図４では、各端子Ａ〜Ｃ間をＵＤＰ／ＩＰにて電気量データを通信する場合のフレーム構造について説明する。
【００６０】
図４において、ＵＤＰ／ＩＰ通信フレームは、「宛先アドレスフィールド（６byte）」４ａ、「発信元アドレスフィールド（６byte）」４ｂ、「タイプフィールド（２byte）」４ｃ、「サンプリングアドレスフィールド；ＳＡ（８byte）」４ｄ、「電気量データフィールド（１０〜１４６４byte）」４ｅおよび「フレームチェックシーケンスコードフィールド；ＦＣＳ（４byte）」４ｆに加えて、「ＩＰヘッダ（２０byte）」４ｇおよび「ＵＤＰヘッダ（８byte）」４ｈの合計８フィールドから構成されている。
【００６１】
各端子Ａ〜Ｃ間をＵＤＰ／ＩＰで通信する場合は、「ＭＡＣアドレス」認識ではなく、「ＩＰアドレス」＋「ポート番号」の認識で端子間通信が可能となる。また、ＩＰ層とＵＤＰ層で受信フレームのチェックサム検定が実施されるので受信した電気量データの信頼性が向上する。また、イーサネット通信機能部のソフトウェアあるいはハードウェア構成によっては、図３のようにタイプフィールドに特殊コードを組み込めないケースがあるが、このような場合でもＵＤＰ／ＩＰで通信することによって容易に対応可能である。
【００６２】
次に、図５を参照して、端子Ａ〜Ｃ間の時刻同期に適用されるＮＴＰ時刻同期プロトコルの通信フレーム構造について説明する。なお、ＮＴＰ時刻同期プロトコルのフレーム構造自体は公知であり、また本発明では時刻同期手法は問わないので詳しい説明は省く。
【００６３】
図５において、ＮＴＰ時刻同期プロトコルの通信フレームは、「宛先アドレス（６byte）」５ａ、「発信元アドレス（６byte）」５ｂ、「タイプ（２byte）」５ｃ、「フレームチェックシーケンスコード；ＦＣＳ（４byte）」５ｆおよび「ＩＰヘッダ（２０byte）」５ｇおよび「ＵＤＰヘッダ（８byte）」５ｈおよび「ＮＴＰデータ（４８byte）」５ｋの合計７フィールドから構成されている。
【００６４】
（作用）
従来の三端子の保護リレーシステムにおけるデータ通信については、既に図８を参照して説明したように、各端子Ａ、Ｂ、Ｃの保護リレー装置ＲＹ−Ａ、ＲＹ−ＢおよびＲＹ−Ｃはあらかじめ主局／従局の設定がなされ、従局は主局のサンプリングタイミングに同調するようタイミング補正し同期をとる。三端子構成のように複数の従局で構成する場合には従局１、従局２と序列を設け、従局１が主局に同期したあと、従局２が従局１に同期するといった順番で同期確立し、サンプリング同期確立を認識したら、ＳＡ同期フラグ（図１０（Ｂ）の制御ビットｂ５）に基づき端子間のサンプリングアドレス同期を確立する。そして、端子間の保護リレーの各同期確立、及び伝送不良等の各種監視によりシステムが健全であることが確認できた以降から、各端子の保護リレー装置ＲＹ−Ａ〜ＲＹ−Ｃが互いに送信する電気量データ及び自端で計測した電気量データを元に系統保護制御を実施するようにしていた。
【００６５】
これに対して、本発明の実施形態によるデータ通信では、例えば図１において、各端子Ａ、ＢおよびＣの保護リレー装置ＲＹ−Ａ、ＲＹ−ＢおよびＲＹ−Ｃには従来技術のような主従の設定はなく、各々の保護リレー装置ＲＹ−Ａ、ＲＹ−ＢおよびＲＹ−Ｃは起動以降から時刻サーバＴＳとのネットワーク同期プロトコルによる時刻同期を行うことで、各端子の保護リレー装置同士の内部時刻を同期化することができる。
【００６６】
次に、図６を参照して時刻同期により取得した同期確立済みのタイムスタンプの用途について説明する。  
図６において、時刻サーバＴＳからイーサネット回線網Ｅ−ＮＥＴを経て、イーサネット通信機能部ＥＣのイーサネット通信ドライバ２００およびＵＤＰ／ＩＰ層を経てネットワーク同期プロトコル処理部４０１で取得したタイムスタンプ（同期時刻）は、単位変換されてミリ秒単位で保護リレー装置ＲＹの内部時刻としてタイマカウンタ４０２に格納される。
【００６７】
タイマカウンタ４０２は、サンプリングパルス発信回路４０４に基づく既定の周期で起動されるサンプリング処理部（電気量計測部）４０３によって計測された電気量データ（図３の３ｅ、図４の４ｅ）のサンプリングアドレスＳＡ（図３の３ｄ、図４の４ｄ）として採用される（ＳＡ値採用）。またサンプリングパルス発信回路４０４の起動周期（時間幅）をタイマカウンタ値に加算（サンプリング周期時間を加算）することで、保護リレー装置ＲＹの内部時刻を更新するようになっている。
【００６８】
そして、保護リレー装置ＲＹ−Ａの時刻同期確立、及び伝送不良等の各種監視によりシステムが健全であることが確認できた時点以降、各端子の保護リレー装置ＲＹ−Ｂ、ＲＹ−Ｃとの間で互いに送信する電気量データ及び自端で計測した電気量データに基づいて電流差動保護演算を実施する。
【００６９】
本実施形態では、図１に示したとおり、全ての端子は１つのイーサネット回線網（Ｅ−ＮＥＴ）に接続されているので、図３あるいは図４に示した通信フレームのとおり、通信フレーム内部に「宛先アドレス」３ａあるいは４ａを付加することで、受信したフレームが自端子に有効な受信フレーム（電気量データ）であるか否かの判定が可能である。
【００７０】
また、フレーム受信処理は従来の保護リレーと同様に相手端子数だけ実施する必要があるが、フレーム送信処理については「宛先アドレス」をマルチキャストアドレスやブロードキャストアドレスとして配信することで、１回のフレーム送信処理で全ての相手端子へ配信することができる。
【００７１】
ここで、保護区間が異なる複数の保護リレーが１つのネットワーク上に接続される場合は、マルチキャスト配信にして、別の保護区間の保護リレー装置に通信フレームを配信されないようにすることができる。図１のように１つの保護区間で閉じたネットワーク内であればブロードキャスト配信でもよい。
【００７２】
（効果）
以上述べたように、本発明の実施形態によれば、保護リレーの通信回線にネットワーク（イーサネット回線網）を適用した保護リレーシステムが実現でき、従来の保護リレー装置の通信速度や通信フレーム構造の維持が不要となり、より多種多量の電気量情報、装置情報を相手端子に通信することができるようになり、多様な保護制御システムの構築が可能となるとともに、汎用のネットワーク設備や環境の利用により設備メンテナンスも容易になる。
【００７３】
また、タイムスタンプ（装置時刻情報）からサンプリングアドレスを生成するので、従来のサンプリングアドレス同期として実施していた特別な通信手続きが不用になるとともに、保護リレー装置間の時刻同期も時刻サーバＴＳと１対１で実施するので、装置起動から保護機能部Ｐの健全動作までの時間を短縮することができる。
【００７４】
さらに、時刻同期に用いるタイムスタンプは計測電気角の一致を検索するためのものであり、時刻サーバＴＳが管理する時刻値は標準時刻に同期している必要がなく、保護リレーシステム専用のローカルネットワーク構成でも、広域のネットワーク構成のいずれでも系統保護システムの構築が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の実施形態によるイーサネット接続の電流差動リレーによる三端子の系統保護システム構成図。
【図２】本発明の実施形態によるイーサネット通信機能部の一例を示す図。
【図３】端子間の通信フレームフォーマット例を示す図。
【図４】ＵＤＰ／ＩＰ通信適用時の端子間の通信フレームフォーマット例を示す図。
【図５】ＮＴＰ時刻同期プロトコルの通信フレームフォーマット例を示す図。
【図６】時刻同期タイムスタンプとサンプリングアドレスの関係を示す図。
【図７】従来の電流差動リレーによる二端子の系統保護システム構成図。
【図８】従来の電流差動リレーによる三端子の系統保護システム構成図。
【図９】ＧＰＳ同期を採用した電流差動リレーによる二端子の系統保護システム構成図。
【図１０】従来の電流差動リレーで適用される通信フレームフォーマット例を示す図。
【図１１】従来のネットワーク制御回路の構成図。
【符号の説明】
【００７６】
Ａ、Ｂ、Ｃ…端子、ＲＹ−Ａ、ＲＹ−Ｂ、ＲＹ−Ｃ…保護リレー装置、Ｐ…保護制御機能部、ＥＣ…イーサネット通信機能部、Ｅ−ＮＥＴ…イーサネット回線網、ＴＳ…時刻サーバ、ｔ…通信回線、２００…イーサネット通信ドライバ、２０１…送信処理部、２０２…受信処理部、３１０…ネットワーク制御回路、３１１…送信バッファメモリ、３１２…受信バッファメモリ、３１３…ＮＩＣ、３１４…ＭＡＣレイヤ制御回路、３１５…物理レイヤ制御回路、３２５…コネクタ（ＲＪ４５）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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