(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
系統電流情報を取込むサンプリング時刻の基準となる基準局と、
電力系統から系統電流情報を取込む末端局と、
前記基準局と前記末端局の間に伝送路を介して接続される中間局と、
がそれぞれ端末局として構成され、前記複数の端末局間で系統電流情報を送受し前記電力系統の保護制御を行うディジタル保護制御システムであって、
前記中間局には、前記基準局側の伝送路と接続される上位伝送部と、前記末端局側の伝送路と接続される複数の下位伝送部と、が備えられ、前記上位伝送部に接続される端末局の時刻を基準に自局の時刻を従属する共に、自局の時刻を基準に前記下位伝送部に接続される端末局の時刻を従属させることを特徴とするディジタル保護制御システム。
【請求項２】
請求項１において前記中間局は、前記下位伝送部に接続される端末局から送信された系統電流情報のスカラ和およびベクトル和を演算し、演算結果を前記上位伝送部に接続される端末局へ送信することを特徴とするディジタル保護制御システム。
【請求項３】
請求項２において前記中間局は、
自局の時刻に基づいて電力系統から系統電流情報を取込み、取込んだ系統電流情報と合わせてベクトル和およびスカラ和の演算を行い、演算結果を前記上位伝送部に接続される端末局へ送信することを特徴とするディジタル保護制御システム。
【請求項４】
請求項２において前記基準局または前記中間局は、
自局と接続される前記端末局から送信された系統電流情報のベクトル和およびスカラ和に基づいて電力系統の保護制御演算を行うことを特徴とするディジタル保護制御システム。
【請求項５】
請求項１において、
前記中間局は、前記下位伝送部に接続される前記端末局から受信される系統電流情報を用いて電力系統の異常を判定するリレー演算を行うとともに、演算結果を前記下位伝送部に接続される前記端末局へ送信し、
前記上位伝送部に接続される前記端末局に対して該端末局がリレー演算に必要な系統電流情報を選択して伝送することを特徴とするディジタル保護制御システム。
【請求項６】
伝送路を介して接続された複数の端末局からなり、電力系統の系統電流情報を複数の端末局間で送受し前記電力系統の保護制御を行うディジタル保護制御システムであって、
前記複数の端末局には、
自局の時刻の基準となる前記端末局が接続されるアップリンク伝送部と、
自局の時刻を基準に従属させる前記端末局が接続される複数のダウンリンク伝送部と、が備えられ、
前記アップリンク伝送部に接続される端末局がある場合には、該アップリンク伝送部に接続される前記端末局から送信される同期信号に基づいて自局の時刻を同期させ、
前記ダウンリンク伝送部に接続される端末局がある場合には、自局の時刻を基準に同期させる同期信号を該ダウンリンク伝送部に接続される端末局に送信することを特徴とするディジタル保護制御システム。
【請求項７】
系統電流を取込むサンプリング時刻の基準となるクロックを有する基準局と、
前記基準局と伝送路を介して接続され、前記基準局のクロックに自局のクロックを同期させる複数の中間局と、
前記複数の中間局のうち一の中間局と伝送路を介して接続され、該中間局のクロックに自局のクロックを同期させ、同期させた自局のクロックに基づいて電力系統から系統電流情報を取込む複数の末端局と、
を有するディジタル保護制御システム。
【請求項８】
請求項７において、
前記複数の末端局は、電力系統から取込んだ系統電流情報を自局と接続される前記中間局へ送信し、
前記中間局は、前記複数の末端局から送信された複数の系統電流情報の差電流および抑制量を演算し前記基準局へ送信することを特徴とするディジタル保護制御システム。
【請求項９】
請求項８において前記中間局は、
自局のクロックに基づいて電力系統から系統電流情報を取込み、取込んだ系統電流情報と合わせて差電流および抑制量の演算を行うことを特徴とするディジタル保護制御システム。
【請求項１０】
時刻の基準となる基準端末へ系統電流情報を送信すると共に、該基準端末からクロック基準信号を受信するアップリンク伝送部と、
前記アップリンク伝送部を介して入力されるクロック基準信号に合わせて自身の時刻を同期させ、自身の時刻を示すクロック従属信号を出力するクロック部と、
接続される端末がある場合、該端末に対して前記クロック従属信号を送信すると共に、該端末から系統電流情報を受信する複数のダウンリンク伝送部と、
を有するディジタル保護制御装置。
【請求項１１】
請求項１０においてさらに、
前記複数のダウンリンク伝送部のうち少なくとも２つのダウンリンク伝送部に前記端末が接続される場合に、前記少なくとも２つのダウンリンク伝送部を介して受信した複数の系統電流情報のベクトル和およびスカラ和を演算する演算部と、を有し、
前記ベクトル和および前記スカラ和を前記アップリンク伝送部を介して前記基準端末へ送信することを特徴とするディジタル保護制御装置。
【請求項１２】
請求項１１においてさらに、
前記クロック部から出力されるサンプリング基準信号に基づいて電力系統から系統電流情報を取込むサンプリング部と、を有し、
前記演算部は、前記ダウンリンク伝送部を介して受信した複数の系統電流情報と、前記サンプリング部によって取込まれた系統電流情報とのベクトル和およびスカラ和を演算し、前記アップリンク伝送部を介して前記ベクトル和および前記スカラ和を前記基準端末へ送信することを特徴とするディジタル保護制御装置。
【請求項１３】
送電網の複数の電気所間に多段に接続され、系統電流のサンプリング時刻の同期がとられた複数の制御端末によって電力系統の多区間の異常を判定するリレー演算を行い、電力系統を保護するディジタル保護制御システムであって、
前記複数の制御端末のうち前記サンプリング時刻の基準となるマスタ端末を上位とすると、
前記マスタ端末以外の前記複数の制御端末は、上位側に接続される制御端末の時刻に基づき自端末のサンプリング同期処理を行い、
前記上位側の制御端末に対して、該上位側の制御端末が行うリレー演算に必要な系統電流情報を選択して伝送し、
前記リレー演算の演算結果を上位側の制御端末から受信することを特徴とするディジタル保護制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力系統に発生する故障，異常を検出するディジタル保護制御システムおよびディジタル保護制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力系統に発生する故障、いわゆる短絡，地絡故障等に対しては、電力系統を形成する送電線，変圧器，母線，発電機といった要素ごとに設置された保護リレー装置が、その守備範囲内に発生した故障に対して動作し、当該の故障点を含む区間を遮断器の引き外しにより、残りの健全な電力系統から切り離しすることで、故障の除去が行われている。また、現在は、系統の電流，電圧情報をディジタル化し、ソフトウェア処理によって、系統故障を判別するアルゴリズムを実現したディジタル保護リレーが主流となっている。【０００３】
電力用の保護リレーは、その責務として、あらかじめ割り当てられた保護対象内の故障を正確に検出し、故障発生区間を可能な限り最小区間、系統から高速に切離しすることが望まれる。従って、主保護装置と呼ばれる、故障発生時に第一に動作すべき装置は、内部故障では可能な限り速く動作し、外部故障では動作しないことが理想とされている。このため、故障を的確に検出できる手法として、電流差動原理が、広く主保護装置用のリレーとして適用されている。【０００４】
しかるに、送電線保護装置のように、電流差動原理を適用するためには、送電線の両端の電流情報が必要な場合は、リレーを送電線の両端に設置し、両端を通信回線で接続し、少なくとも一端には、両端の電流情報を集めることで、電流差動原理を適用している。近年、送電線の輻輳化により、送電線も多端子化されるようになり、５端子や６端子の送電線も多くなっている。【０００５】
このように、多端子送電線に電流差動原理の保護リレーを適用するためには、全端のサンプリング同期のとれた電流情報と電流情報を集めるための通信路が必要となる。送電線が多端子になった場合の通信路の構成方法としては、代表端から放射状に残りの端子を通信線で接続し、代表端に全端のデータを集める代表端判定方式や、各端子にリレーを設置し、各端子間をループ状に通信線で接続し、全端のデータを集めるループ方式等が適用されている（例えば、非特許文献１参照）。【０００６】
また、高精度の送電線保護を実現するためには、高精度のサンプリング同期が必要であるが、通信路の構成にあわせて、伝送路の遅延を考慮したサンプリング同期手法が各々適用されている（例えば、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】大浦好文監修  「保護リレーシステム工学」電気学会  第１５８−１５９頁、第１６４−１６５頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
近年、変電所の用地の取得の困難さや分散電源化等により、ますます送電線が多端子される傾向にあるが、既存の送電線に対して端子増設するケースが多くなっている。それに伴い送電線保護装置も端子増設に対応していく必要があり、当然のことながら、通信路についても変更が必要となる。【０００９】
上記の従来技術の代表端判定方式では、通信路が比較的シンプルであるが、代表端子は、適用する端子数分の通信ポートを備える必要があり、端子数が増えるに従って物理的な通信ポートを増やしていく必要がある。また、それに伴い、通信の受信処理や受信したデータに基づくリレー演算処理も増やす必要があり、端子数を増加する上での制約となっている。【００１０】
一方、従来のループ方式の通信路を適用したシステムにおいては、各端子の通信ポートの数は増えないが、全端のデータを集めるためには、ループ状にデータを端子間で順次受け渡ししていく、つまりデータをリレーする必要があり、端子数が増えるに従って、データの受け渡し回数が増えていく。これは、リレー装置として重要な高速動作を阻害する要因となり、これも端子数を増加させる上での制約となっている。【００１１】
以上述べたように従来までは送電線の多端子化にあたっては、送電線を保護する電流差動リレー装置側の制約もあり、多端子化を阻害する要因となっていた。【００１２】
本発明は、以上の背景からなされ、容易に多端子の電流差動リレーシステムを実現可能なディジタル保護制御システムおよびディジタル保護制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題は、系統電流情報を取込むサンプリング時刻の基準となる基準局と、電力系統から系統電流情報を取込む末端局と、前記基準局と前記末端局の間に伝送路を介して接続される中間局と、がそれぞれ端末局として構成され、前記複数の端末局間で系統電流情報を送受し前記電力系統の保護制御を行うディジタル保護制御システムであって、前記中間局には、前記基準局側の伝送路と接続される上位伝送部と、前記末端局側の伝送路と接続される複数の下位伝送部と、が備えられ、前記上位伝送部に接続される端末局の時刻を基準に自局の時刻を従属する共に、自局の時刻を基準に前記下位伝送部に接続される端末局の時刻を従属させることを特徴とするディジタル保護制御システムによって解決される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の構成により、電力系統からのサンプリング同期を確保しつつ、端子増設が容易に可能な多端子送電線用の保護制御システムが構築可能である。従って例えば、分散電源による端子追加や、新規の負荷の発生による送電線の端子追加に容易に対応可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明のリレーシステムを構成する端末装置の構成例である。
【図２】３端子の下位局をもつリレーシステムの構成例である。
【図３】４段の階層構成により通信路を構成した８端子の構成例である。
【図４】最下位局専用の端末の構成例である。
【図５】最上位局専用の端末の構成例である。
【図６】最上位局専用の演算端末の構成例である。
【図７】中間局専用の演算端末の構成例である。
【図８】３段の階層構成により通信路を構成した例である。
【図９】９端子の送電線保護に対応した３段の階層構成の通信路をもつシステム構成例である。
【図１０】電流差動リレーの特性図の例である。
【図１１】本発明の応用による区間保護リレーの例である。
【図１２】本発明の応用による長距離線路に対応した保護リレーの例である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下本発明を図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１７】
図１に本発明のリレーシステムを構成するリレー端末装置の構成例を示す。保護リレーの端末装置である端末局１は基準クロック部１−０７により、自局のクロックによるサンプリング基準信号１−１１ＳＰを生成する。上位局向けの伝送部であるアップリンク１−０３は、送信インターフェイス部１−０４，受信インターフェイス部１−０５を備えている。アップリンク１−０３は、送信インターフェイス部１−０４，受信インターフェイス部１−０５の先に接続された端末局がある場合に、上位局のクロックタイミングに自局を同期させるためのクロック制御回路１−０６に設ける。【００１８】
この通信相手がある場合、クロック制御回路１−０６は、自局のクロックをアップリンクに接続する上位局に同期合わせする信号であるクロック補正用のタイミング制御信号１−０６ａを基準クロック部１−０７に与える。演算部１−０１は、システムバス１−０２を介して、アップリンク１−０３と接続する。【００１９】
入力回路１−１３は、リレーシステムにおいては、外部の機器情報等のＯＮ／ＯＦＦ情報の取込みに利用される。出力回路１−１４は、リレー動作時の遮断器制御や補助リレーの制御等に利用される。特定の周波数領域を減衰させるアナログフィルタ部１−１２，アナログ入力信号をサンプリングして取込むサンプルホルダ回路１−１１，サンプリングされた信号に対してＡ／Ｄ変換を行うＡ／Ｄ変換器部１−１０は、系統側の電流や電圧情報をサンプリングし、ディジタル化するための回路である。この回路のサンプリングのタイミングは、基準クロック部１−０７が生成するサンプリング基準信号１−１１ＳＰによって決定される。【００２０】
本発明では、さらに、下位局向けの伝送部であるダウンリンク１−１５を設け、この通信相手先には、この端末の基準クロック部１−０７のクロックに従属させる回路を設ける。先に述べたアップリンク１−０３とは対照的に、本通信制御回路では、通信相手先に対してはマスタクロックとして動作する回路とする。ダウンリンク１−１５は、基準クロック部１−０７から下位局側を自局に同期させるための同期基準信号１−０７Ｒを読出し、ダウンリンク１−１５用の送信インターフェイス部１−１５−１を介して通信相手先に送信し、この信号に従属させる。また、ダウンリンク１−１５用の受信インターフェイス部１−１５−２を介して通信相手先から電力系統の電流情報を受信できる。【００２１】
さらに、本発明では、ダウンリンクを２つ以上設ける。この実施例では、合計３つのダウンリンクを設けた構成として説明するが、２つ以上設ける構成とすることに意義がある。ここでは、ダウンリンク１−１６を２つ目、ダウリンク１−１７を３つ目とする。ダウンリンク１−１６，ダウリンク１−１７も基準クロック部１−０７に同期し、通信相手先を従属させる点は、ダウンリンク１−１５と何らかわらない。また、ダウンリンク１−１６用の送信インターフェイス部１−１６−１，ダウンリンク１−１７用の送信インターフェイス部１−１７−１は送信インターフェイス部１−１５−１と同様の構成であり、ダウンリンク１−１６用の受信インターフェイス部１−１６−２，ダウンリンク１−１７用の受信インターフェイス部１−１７−２は受信インターフェイス部１−１５−２と同様の構成である。【００２２】
本発明は、クロックマスタとなる主局の機能を持ち、少なくとも２つの端末局に対してダウンリンクを通して従属させることが可能とし、かつ、一つの端末局に対してアップリンクを通し従属となれる、ハイブリッドの構成をとることにある。【００２３】
本構成をとることにより、全く同一の構成の端末局を用いて、図２に示すように端末局１を起点として、ダウンリンクから放射状に端末局を接続していくことで、ツリー状にシステムを拡張できる。上位局である端末局１のクロックに従属する端末局１Ａは端末局１のダウンリンクに対してアップリンク側を接続することで従属同期となる。端末局１Ｂ，端末局１Ｃも同様であり、端末局１がこの４台の端末局のマスタクロックとなる。【００２４】
さらに端末局を増やした構成を図３に示す。この例では、さらに端末局１Ａのダウンリンクを用いて、端末局１Ａを中間局として構成することにより端末局１ＡＡ，端末局１ＡＢ，端末局１ＡＣという３台の端末局を拡張している。【００２５】
この例では、さらに、端末局１ＡＡに従属する端末局１ＡＡＡを接続した例を示している。この場合、端末局１ＡＡＡは端末局１ＡＡのクロックに同期し、端末局１ＡＡ，端末局１ＡＢ，端末局１ＡＣは端末局１Ａに同期し、端末局１Ａ，１Ｂ，１Ｃは端末局１に同期し、システム全体のサンプリング同期が確保される。さらに端末局１のアップリンク側から、あらたな端末局のダウンリンクへ接続することで、さらに上位のクロックへ同期させることや、端末局１Ｂ，１Ｃ，端末局１ＡＡ，１ＡＢ，１ＡＣ，１ＡＡＡのダウンリンクへ新たな端末を配置することによりシステムのサンプリング同期を確保しつつ端末の増設が可能である。【００２６】
本構成では、図１に示したシステム構成で、最上位から末端の端末局までを構築した例を示したが、末端の端末局にはダウンリンクは不要である。一方、最上位の端末局にはアップリンクは不要である。従って、図４に示すように、図１の端末局構成からダウンリンクの機能を撤去した末端の端末局専用の構成や、図５に示すように、逆に図１の構成からアップリンクを撤去した最上位の端末局専用の構成を用いてもよい。さらに、最上位の端末局から、アナログ入力部を撤去し、演算部と入力回路と出力回路を残した構成であってもよい。【００２７】
図７は中間端末局の専用の構成であり、アップリンクとダウンリンクは図１と変わらないが、アナログ入力部を排除した構成である。図８は、最上位の端末局６に図６に示す端末局を配置し、中間端末局７Ａ，７Ｂ，７Ｃに図７に示す中間端末専用の端末局を配置し、中間端末局７Ａの下位端末に配置した最下位端末局４Ａ，４Ｂ，４Ｃに図４に示す末端装置専用の端末局を配置した例である。【００２８】
中間端末局７Ｂ，７Ｃから、さらに下位の端末に接続する通信ポート７Ｂ−１，７Ｂ−２，７Ｂ−３および７Ｃ−１，７Ｃ−２，７Ｃ−３は、その後の記載を省略しているが、中間端末局の構成の端末が接続されても、末端専用の端末が接続されても構わない。【００２９】
このように本発明の端末局は、サンプリング同期の基準となるクロックを装備し、このクロックに従属させる端子向けの下位局向け用の通信ポートであるダウンリンクを少なくとも２つ以上備え、さらに、このクロックを通信相手先のクロックに従属させるための上位局向け用の通信ポートであるアップリンクを１つ備える。そして、各通信ポート間の伝送情報の中で、端末間の時刻あるいはクロックの情報を送信し合い、下位局側が上位局に対して、同時刻にデータサンプリングできるように時刻合わせ、あるいはクロック合わせを実施する。【００３０】
また、本端末局を用いて構成するシステムでは、最下位となる末端の端末局を除いて、ダウンリンクは必ず、通信相手先のアップリンクに接続する。一方、最上位の端末局を除いて、アップリンクは、通信相手先のダウンリンクに接続する。このようにツリー状のトポロジーの端末局を接続したシステムを構成することで、システム全体のサンプリング同期がツリーの頂点側に同期合わせされ、システム全体のサンプリング同期データに基づくシステムの構築が可能であり、端末局の拡張も容易となる。【００３１】
次に、本発明のシステム構成の端末局により、さらに好適な多端子の送電線用の電流差動保護リレーシステムを実現する手法について述べる。【００３２】
電流差動保護リレーでは、サイクリックに全端子の同時刻の電流データを用いた電流差動演算を実施する必要がある。しかし、端子数が増加するにしたがって、取扱するデータの量も端子数倍で多くなるため、同様に通信の受信処理や受信したデータに基づくリレー演算処理も増やす必要があり、端子数を増加する上での制約となっている。【００３３】
例えば、従来のループ方式の伝送路構成では、端子数が増えるにしたがって、伝送路を通過するデータ量が端子数分増えていくため、伝送容量の限界を超えた端子数の追加が困難となる。また、従来の代表端判定方式でも同様に、端子数の増加にしたがって、端子ごとの受信処理や演算処理が増えるのは自明のことである。したがい、受信処理や演算処理の限度を超えた端子が困難となる。【００３４】
本発明による端末局を用いた電流差動保護リレーシステムでは、例えば図９のようにシステムを構築することによって、端子数が増えても伝送の通信容量を増やすことなくシステムを構築できる。【００３５】
図９に９端子の送電線と本発明のリレー端末局により、ツリー状のトポロジーにて端末間の伝送路を構築した例を示す。本発明のシステム構成により、全端末局のサンプリング同期は、ツリーの最上位に位置するマスタ端末局９−１−７に同期する。したがい、送電線の末端に配置した９台の端末局９−１−３，９−２−３，９−３−３，９−４−３，９−５−３，９−６−３，９−７−３，９−８−３，９−９−３のサンプリング同期が確保される。【００３６】
ここで単純に、上位側にすべてのデータを転送したのでは、上位側で扱うデータは掛け算で増えることになり、さらに上位側にデータを受け渡すためには、上位側ほど伝送容量を増やす必要が出てくる。【００３７】
この対策として、本発明では、中間端末局は、下位端末局からの受信情報を単純に上位側に受け渡しするのではなく、下位端末局側から受信したサンプリング同期が確保された電流データにより、電流のベクトル和とリレー演算に必要な抑制量のみを演算し、上位端末局側に演算結果のみを送信する構成とする。さらに上位の端末側では、下位側の複数の端末局より受信した電流のベクトル和に対してさらに加算処理と抑制量の算出を実施し、さらに上位の端末局に送信する構成とする。最終的に、最上位の端末局が、各中間端末局により演算された、電流のベクトル和と抑制量のスカラ和を受信し、このデータに基づいて全サンプリング電流のベクトル和から、差電流の大きさとスカラ和を算出し、リレー演算が実施可能である。【００３８】
この構成により、端子数が増え、伝送路構成が多段となった場合であっても、上位側の伝送容量を増やさずに、多端子の電流差動リレーが実現可能である。この構成をとることにより、上位側への伝送量は、リレー１要素について電流ベクトル和１量と抑制量１量のまま変わらず、端子数に依存しないシステム構成が実現できる。【００３９】
次に、具体的なリレー演算手法を、９端子の送電線を例にとって説明する。９端子の送電線における電流差動リレーの演算式は以下となる。各端子の電流情報をＩ1〜Ｉ9とすると、差電流動作要素Ｉｄは、各電流のベクトル和の大きさで定義される（式１０−００１）。【００４０】
実際の演算手法としては、各末端の端末において同時刻にサンプリングされた電流の瞬時値を全て加算した結果に対して、実効値演算を実施することで算出している。実効値の演算手法については、二乗値の加算平均や、絶対値の加算近似等の手法がある。さらに、リレー特性に比率を持たせる抑制量は、各電流のスカラ和で定義される（式１０−００２）。【００４１】
この算出の方法についても、実効値演算等により各電流の大きさを算出することで実現可能である。式１０−００１および式１０−００２を９端子分に展開した式が、式１０−００１ａと１０−００２ａとなる。【００４２】
Ｉｄ＝｜ΣＩi｜  （式１０−００１）
Ｉｄ＝｜Ｉ1＋Ｉ2＋Ｉ3＋Ｉ4＋Ｉ5＋Ｉ6＋Ｉ7＋Ｉ8＋Ｉ9｜
（式１０−００１ａ）
ＩR＝Σ｜Ｉi｜  （式１０−００２）
ＩR＝｜Ｉ1｜＋｜Ｉ2｜＋｜Ｉ3｜＋｜Ｉ4｜＋｜Ｉ5｜＋｜Ｉ6｜＋｜Ｉ7｜
＋｜Ｉ8＋｜Ｉ9｜                      （式１０−００２ａ）
電流の大きさに従って、リレー感度に比率を持たせたリレー特性は、最小動作電流Ｋ２と比率Ｋ１を用いて、
Ｉｄ＞Ｋ１・ＩR  （式１０−００３）
Ｉｄ＞Ｋ２       （式１０−００３Ａ）
で与えられる。図１０に差電流動作要素Ｉｄと抑制量ＩRの関係を示す電流差動リレーの特性図の例を示す。通常、差電流動作要素Ｉｄは、各送電線の端子の電流の瞬時値のベクトル和を合成し、そのベクトルの大きさにより算出される。また、抑制量ＩRは、各送電線の端子の電流の大きさを単純加算した値等を使用し、電流が大きくなるにつれて、差電流動作要素が大きくならない動作しないよう抑制する。【００４３】
実際には、さらに電流の大きさに応じて、中電流域や大電流域の比率特性を複数持たせたリレー特性が知られているが、本発明の実施を阻害するものではない。以下、多端子送電線用の電流差動リレーを実現する本発明の演算手法を述べる。【００４４】
中間端末局において、下位端末局より送られてくる電流情報に対して、ベクトル和と抑制量のスカラ和の演算までを実施し、さらに上位端末局へこの演算結果のみを送信することで情報の圧縮を行うものとする。【００４５】
中間端末局での電流ベクトル和とスカラ和を以下定義する。【００４６】
ＩｄINT＝Ｉ1＋Ｉ2＋Ｉ3  （式１０−００４）
ＩRINT＝｜Ｉ1｜＋｜Ｉ2｜＋｜Ｉ3｜  （式１０−００５）
式１０−００４は各末端の端末において同時刻に取得された電流データの瞬時値を加算したものである。式１０−００５は各末端の端末において取得された電流データのスカラ和を示す。この算出方法は、式１０−００２と何ら変わらない。【００４７】
仮に中間端末局１が端子１から３、中間端末局２が端子４から６、中間端末局３が端子７から９までの端子情報を取得したとし、各中間端末局において演算された差電流ベクトル和とスカラ和をそれぞれ、ＩｄINT1，ＩRINT1，ＩｄINT2，ＩRINT2，ＩdINT3，ＩRINT3，と定義すると、
ＩｄINT1＝Ｉ1＋Ｉ2＋Ｉ3  （式１０−００６）
ＩRINT1＝｜Ｉ1｜＋｜Ｉ2｜＋｜Ｉ3｜  （式１０−００７）
ＩｄINT2＝Ｉ4＋Ｉ5＋Ｉ6  （式１０−００８）
ＩRINT2＝｜Ｉ4｜＋｜Ｉ5｜＋｜Ｉ6｜  （式１０−００９）
ＩｄINT3＝Ｉ7＋Ｉ8＋Ｉ9  （式１０−０１０）
ＩRINT3＝｜Ｉ7｜＋｜Ｉ8｜＋｜Ｉ9｜  （式１０−０１１）
この演算結果を受信する上位局では、３つの中間端末局からの情報より、同様の手順にて差電流ベクトル和とスカラ和を算出する。この結果をＩｄMST，ＩRMSTとすると、
ＩｄMST＝ＩｄINT1＋ＩｄINT2＋ＩｄINT3  （式１０−０１２）
ＩRMST＝ＩRINT1＋ＩRINT2＋ＩRINT3  （式１０−０１３）
以上より、これらを展開すると、
ＩｄMST＝Ｉ1＋Ｉ2＋Ｉ3＋Ｉ4＋Ｉ5＋Ｉ6＋Ｉ7＋Ｉ8＋Ｉ9
（式１０−０１４）
ＩRMST＝｜Ｉ1｜＋｜Ｉ2｜＋｜Ｉ3｜＋｜Ｉ4｜＋｜Ｉ5｜＋｜Ｉ6｜
＋｜Ｉ7｜＋｜Ｉ8＋｜Ｉ9｜              （式１０−０１５）
を得る。さらに式１０−０１４の結果に対して、実効値演算を実施することで、図１０に示すリレー特性を実現可能な電気量をそろえることができる。【００４８】
これは、伝送構成が、３段以上になった場合も変わらず、中間端末局では、常に、下位の端末局において実施された一部の電流情報による電流ベクトルの和とスカラ量の和の演算のみ実施して、さらに上位の端末局へ受け渡す処理を実施し、最上位の端末局においては、電流ベクトル和とスカラ和演算を実施した上で、電流ベクトル和の演算結果に対する実効値演算を実施することによって、多端子の電流差動リレー演算が実現できる。【００４９】
このリレー演算の実施結果を逆の通信ルートを辿って、最上位端末局から中間端末局、さらに、中間端末局から末端の端末局へと受け渡しすることで、電流差動リレーの演算結果をシステム全体に通知可能である。末端の端末局において、電流差動リレーの演算結果に従い、遮断器の引き外し制御を実施する点は、既存の代表端判定方式の電流差動リレーシステムと同様である。【００５０】
上記のように、中間端末局での、電流ベクトル和とスカラ和の実施により、上位側の伝送容量を増やさず、最上位の端末局にて電流差動リレーの演算を可能とし、多端子の電流差動リレーが実現可能である。また、上位側の伝送量は、電流ベクトル和１量と抑制量１量であるが、これは、端子数が増え、伝送路の段数が増えても変わることがない。この構成により、端子数の増加に対しても、柔軟に増設対応が可能な多端子の電流差動リレーシステムが実現可能である。【００５１】
以上本実施例では、送電線電流差動リレーの多端子化における問題を解決し、端子数が増えても伝送の通信容量を増やすことなく、また、端子数が増えた場合も特別なハードウェアの開発を必要とせず、また、ソフトウェアの処理負担を増やすことなく、多端子化に対応可能な電流差動リレーシステムを提供できる。
【実施例２】
【００５２】
本発明により、端末を多段に通信接続しても、全端末のサンプリング同期が確保されることから、その応用として多区間の送電線に適用可能な区間保護システムを構成した例を図１１に示す。【００５３】
送電網を構成する区間電気所１１−Ａ，１１−Ｂ，１１−Ｃ，１１−Ｄ，１１−Ｅは、送電網を構築する開閉所の電気所であるが、開閉設備のある変電所であってもよい。本例では、電気所１１−Ａから電気所１１−Ｅまでが送電線１本で結ばれた構成としている。１１−Ｓ０１を送電線区間１、１１−Ｓ０２を送電線区間２、１１−Ｓ０３を送電線区間３、１１−Ｓ０４を送電線区間４とする。電流情報Ｓ０１Ａ，Ｓ０１Ｂは区間１の両端の電流情報であり、センサあるいは、ＣＴから取込まれる。同様に電流情報Ｓ０２Ａ，Ｓ０２Ｂは区間２、電流情報Ｓ０３Ａ，Ｓ０３Ｂは区間３、電流情報Ｓ０４Ａ，Ｓ０４Ｂは区間４の両端の電流情報である。【００５４】
各電気所には、それぞれ、本発明の端末局を配置する。端末局１１−００１は電気所１１−Ａ、端末局１１−００２は電気所１１−Ｂ、端末局１１−００３は電気所１１−Ｃ、端末局１１−００４は電気所１１−Ｄ、端末局１１−００５は電気所１１−Ｅに配置し、さらに、各々に各電気所に存在するセンサあるいはＣＴにより送電線の両端の電流情報を取込みするものとする。【００５５】
本実施例では、端末局１１−００１をツリーの頂点とした通信接続を実施するものとして説明する。端末局１１−００１から順に接続され、本例における末端は端末局１１−００５である。この伝送構成により、端末局１１−００１を基準クロックとしたサンプリング同期が確保される。【００５６】
本例では、各送電区間の電流差動リレー機能を、送電線両端に設置されている端末のうちクロックの優先順位が高い側に持たせるものとする。この例では、送電線区間１１−Ｓ０１の電流差動リレー機能を端末局１１−００１に実装する。同様に、送電線区間１１−Ｓ０２の電流差動リレー機能を端末局１１−００２に、送電線区間１１−Ｓ０３の電流差動リレー機能を端末局１１−００３に、送電線区間１１−Ｓ０４の電流差動リレー機能を端末局１１−００４に実装するものとする。【００５７】
本構成により、各端末局からアップリンクを通して上位側に送る電流情報は、１端子分の情報のみでよく、例えば、端末局１１−００５は電流情報Ｓ０４Ｂを取込み電流情報Ｉ−Ｓ０４Ｂとして端末局１１−００４へアップリンクを通して送信する。端末局１１−００４では、自端にてサンプリングされた電流情報Ｓ０４Ａと受信した電流情報Ｉ−Ｓ０４Ｂにより電流差動リレー演算が可能である。端末局１１−００４はリレー演算結果ＲＹ−Ｓ０４を、ダウンリンクを通して端末局１１−００５へ送信することで、リレー動作時には両端の引き外し制御が可能である。【００５８】
以上により区間４の電流差動リレーシステムが構築可能である。同様の手順にて他の区間についても電流差動リレーシステムが構築可能であり、例えば、端末局１１−００４では、端末局１１−００３に電流情報Ｉ−Ｓ０３Ｂを送信する。端末局１１−００３は自端でサンプリングされた電流情報Ｓ０３Ａと受信した電流情報Ｉ−Ｓ０３Ｂにより電流差動リレー演算を実施し、リレー演算結果ＲＹ−Ｓ０３を端末局１１−００４に送信することで、区間３の電流差動リレーシステムが構築できる。他の区間についても同様である。【００５９】
従来、複数の区間を持つ送電線に対して、電流差動リレーシステムを適用する場合は、区間ごとに送電線の両端に他の区間とは独立した電流差動リレー装置を設置する必要があったが、本発明の端末局により、設置するリレー端末は、各電気所に１台でよく、安価な電流差動リレーシステムを構築できる。【００６０】
さらに発明の構成では、どの端末もアップリンク側の接続がない場合は、基準クロックとして機能するため、万一、通信が分断されたり、端末の故障が発生した場合も、健全な端末間の電流差動リレーとしての機能は維持されるため、全機能が影響を受けることはなく、信頼性の高いリレーシステムを提供できる。【００６１】
さらに、本例では、単純な２端子の１回線の送電線を示したが、送電線は複数回線であっても、多端子の構成であっても、端末をツリー状に拡張することで、容易に対応が可能である。
【実施例３】
【００６２】
送電線電流差動用の保護リレー装置は、以上の実施例でも述べたように、その原理上、サンプリング同期を確保した相手端の電流情報が必要であり、通信機能を装備しているが、レーザダイオードやフォトダイオード等から構成される通信用の光インターフェイスは、光ファイバによる光信号の減衰のため、無中継の伝送距離には制限がある。【００６３】
このため、従来は、専用の通信機器により信号中継を実施することで、長距離対応を図ってきた。通信機器は、信号多重化装置等で構築され、電話用やデータ送信用として発展を遂げてきたが、ＩＰ技術の進展により、ＰＤＨ網のようなサイクリックな通信網から、高速なパケット通信にとって変わられる状況にある。このため、マイクロセカンドオーダのサンプリング同期性能を必要とする保護リレーシステムと遅延時間がトラフィック依存し、通信時間が確率的に変動しうるパケット通信網から構成される通信機器の組み合わせは将来的に大きな問題を含んでいる。【００６４】
本実施例では、本発明の端末局を用いることで、通信路を端末局で多段に構成してもサンプリング同期の確保が容易であり、同一の端末局で中継することにより、容易に通信距離の延長が可能なシステムについて説明する。【００６５】
この構成を図１２に示す。端末局１２−０１および端末局１２−０２は、図４に示した本発明のリレー用の端末局である。さらに端末局１２−０３および端末局１２−０４は図７に示した本発明の端末局である。この構成では、端末局１２−０１がシステム全体の基準クロックとなり、このクロックにしたがい、端末局１２−３，端末局１２−４そして端末局１２−０２がサンプリング同期を確立する。【００６６】
本実施例では、端末局１２−０３および端末局１２−０４は単なる中継器として機能するため、端末局１２−０２が、系統側からサンプリングした電圧や電流等の系統情報をダウンリンクから受信し、アップリンク側に順次送信し、最終的に、端末局１２−０２にてサンプリングした情報が、端末局１２−０１に受け渡され、リレー演算が実施可能である。リレー演算結果は、端末局１２−０１のダウンリンクから順次下位側に送信され、最終的に端末局１２−０２に転送され、保護リレーとしての制御が可能となる。以上示したように、本発明の端末構成により、サンプリング同期を確保しつつ、伝送の中継が容易に実現可能である。【００６７】
以上示した実施例のように、本発明によって、多端子の電流差動リレーシステムを構成する端末局の標準化が可能となる。これによって、端子数が増加しても同一のシステム構成の端末局を多段に組み合わせることで、電流差動リレーの端子数を拡張可能である。【００６８】
また、本発明の端末局によって送電線の形態に合致したハードウェア構成の端末を開発しなくとも、容易に代表端判定方式の電流差動リレーシステムが構築可能である。【００６９】
また、本発明の端末局を用いたシステムでは、下位局側から受信したサンプリング同期が確保された電流データにより、電流のベクトル和と最終的なリレー演算に必要な抑制量のみを演算し、上位局側に演算結果のみを送信するシステムを構成し、さらに上位の端末局側では、下位側の複数の端末局から受信した電流のベクトル和に対してさらに加算処理と抑制量の算出を実施し、さらに上位の端末局に送信する構成とすることにより、端子数が増え、システム構成が多段となった場合であっても、上位側の伝送容量を増やさずに、多端子の電流差動リレーが実現可能である。【００７０】
以上の実施例では、電流情報を通信する電流差動リレーについて述べたが、本発明の端末局は、広域のサンプリング同期データを収集可能であり、異地点の電力系統の電圧や電流のサンプリング情報を必要とする保護リレーシステムや安定化装置，故障点標定装置等のアプリケーションに応用が可能である。また、電流や電圧等のサンプリング情報のみならず、機器情報やリレーの演算結果等を集約した広域保護システム等への応用も可能である。
【符号の説明】
【００７１】
１，１Ａ〜１Ｃ，１ＡＡ，１ＡＢ，１ＡＣ，１ＡＡＡ，９−１−３〜９−９−３，１１−００１〜１１−００５，１２−００１〜１２−００４  端末局
１−０１，４−０１，５−０１，６−０１，７−０１  演算部
１−０２，４−０２，５−０２，６−０２，７−０２  システムバス
１−０３，４−０３，７−０３  アップリンク
１−０４，１−１５−１，１−１６−１，１−１７−１，４−０４，５−１５−１，５−１６−１，５−１７−１，６−１５−１，６−１６−１，６−１７−１，７−０４，７−１５−１，７−１６−１，７−１７−１  送信インターフェイス部
１−０５，１−１５−２，１−１６−２，１−１７−２，４−０５，５−１５−２，５−１６−２，５−１７−２，６−１５−２，６−１６−２，６−１７−２，７−０５，７−１５−２，７−１６−２，７−１７−２  受信インターフェイス部
１−０６，４−０６，７−０６  クロック制御回路
１−０６ａ，４−０６ａ，７−０６ａ  タイミング制御信号
１−０７，４−０７，７−０７  基準クロック部
１−０７Ｒ，５−０７Ｒ，６−０７Ｒ，７−０７Ｒ  同期基準信号
１−１，４−１１，５−１１  サンプルホルダ回路
１−１０  Ａ／Ｄ変換器部
１−１１ＳＰ，４−１１ＳＰ，５−１１ＳＰ  サンプリング基準信号
１−１２，４−１２，５−１２  アナログフィルタ部
１−１３，４−１３，５−１３，６−１３，７−１３  入力回路
１−１４，４−１４，５−１４，６−１４，７−１４  出力回路
１−１５，１−１６，１−１７，５−１５，５−１６，５−１７，６−１５，６−１６，６−１７，７−１５，７−１６，７−１７  ダウンリンク
４−１０，５−１０  Ａ／Ｄ変換器
４Ａ〜４Ｃ  最下位端末局
５−０７，６−０７  全端末のマスタとなる基準クロック部
６  最上位の端末局
６Ｌ−１  最上位の端末局６から下位の中間端末局７Ａに接続する通信ルート
６Ｌ−２  最上位の端末局６から中間端末局７Ｂに接続する通信ルート
６Ｌ−３  最上位の端末局６から中間端末局７Ｃに接続する通信ルート
７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，９−１−４〜９−１−６  中間端末局
７ＡＬ−１  中間端末局７Ａから最下位端末局４Ａに接続する通信ルート
７ＡＬ−２  中間端末局７Ａから最下位端末局４Ｂに接続する通信ルート
７ＡＬ−３  中間端末局７Ａから最下位端末局４Ｃに接続する通信ルート
７Ｂ−１，７Ｂ−２，７Ｂ−３  中間端末局７Ｂから、さらに下位の端末に接続する通信ポート
７Ｃ−１，７Ｃ−２，７Ｃ−３  中間端末局７Ｃから、さらに下位の端末に接続する通信ポート
９−１，９−２，９−３，９−４，９−５，９−６，９−７，９−８，９−９  送電線９−１Ｌの末端にある変電所
９−１Ｌ  ９端子の送電線
９−１−１  端子９−１の送電線の末端の電流を計測するためのＣＴ
９−１−２  ９−１−１のＣＴからリレー９−１−３に接続するＣＴ２次ケーブル
９−１−７  マスタ端末局
９−１−３Ｕ，９−２−３Ｕ，９−３−３Ｕ，９−４−３Ｕ，９−５−３Ｕ，９−６−３Ｕ，９−７−３Ｕ，９−８−３Ｕ，９−９−３Ｕ  下位の端末局と中間端末局を接続する伝送路
９−１−４Ｕ，９−１−５Ｕ，９−１−６Ｕ  中間端末と最上位の中間端末９−１−７を接続する通信路
１１−Ａ，１１−Ｂ，１１−Ｃ，１１−Ｄ，１１−Ｅ  電気所
１１−Ｓ０１  送電線区間１
１１−Ｓ０２  送電線区間２
１１−Ｓ０３  送電線区間３
１１−Ｓ０４  送電線区間４
Ｉｄ  差電流動作要素
ＩR  抑制量
Ｓ０１Ａ〜Ｓ０４Ａ，Ｓ０１Ｂ〜Ｓ０４Ｂ，Ｉ−Ｓ０１Ｂ〜Ｉ−Ｓ０４Ｂ  電流情報
ＲＹ−Ｓ０１〜ＲＹ−Ｓ０４  リレー演算結果
【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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【図１２】
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