(57)【要約】【課題】改善された差動保護システムを提供する。【解決手段】多端子送電線用の電流差動保護システムは、ローカル端子の電流を感知する電流センサと、ローカル端子とリモート端子とを時刻同期させる制御器と、差動電流が閾値を超えた場合に、多端子送電線における障害を検出する障害検出モジュールとを含む。この制御器は、タイムスタンプデータをリモート端子と交換する時刻測定値交換モジュールと、タイムスタンプデータをリモート端子と交換する上側レンジクロックと、ローカル端子の電流にインデックスを付与する下側レンジクロックとを含む。上側レンジクロックの第１の時間周期は、下側レンジクロックの第２の時間周期のＮ倍であり、Ｎは多端子の個数である。この制御器は、リモート端子からのタイムスタンプデータ、およびローカル端子からのタイムスタンプデータに基づいて、平均時間オフセットを求めるクロックオフセット計算モジュールを含む。【選択図】図１
2014093942.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ローカル端子の電流を感知する電流センサと、
前記ローカル端子とリモート端子とを時刻同期させる制御器であって、
タイムスタンプデータをリモート端子と交換する時刻測定値交換モジュールと、
前記時刻測定値交換モジュールにローカル時刻測定値を供給する上側レンジクロックと、
前記ローカル端子の前記電流にインデックスを付与する下側レンジクロックであって、前記上側レンジクロックの第１の時間周期が、前記下側レンジクロックの第２の時間周期のＮ倍であり、Ｎが前記多端子システムの端子の個数である、下側レンジクロックと、
リモート端子からのタイムスタンプデータ、および前記ローカル端子からのタイムスタンプデータに基づいて、平均時間オフセットを求めるクロックオフセット計算モジュールと、
前記平均時間オフセットに基づいて、前記上側レンジクロックおよび前記下側レンジクロックについて位相信号および周波数信号を求める位相−周波数ロックループと
を備える制御器と、
差動電流が閾値を超えた場合に、前記多端子送電線における障害を検出する障害検出モジュールと
を備える、多端子送電線用の電流差動保護システム。
【請求項２】
前記クロックオフセット計算モジュールが、前記ローカル端子と、前記リモート端子のそれぞれとの間の通信時間遅延を平均することによって、前記平均時間オフセットを求めるように構成される、請求項１記載の電流差動保護システム。
【請求項３】
前記時刻測定値交換モジュールが、前記ローカル端子のメッセージ送信時刻およびメッセージ受信時刻を含む前記タイムスタンプデータと、リモート端子のメッセージ送信時刻およびメッセージ受信時刻を含む前記タイムスタンプデータとを交換するように構成される、請求項２記載の電流差動保護システム。
【請求項４】
前記クロックオフセット計算モジュールが、前記リモート端子の前記メッセージ送信時刻と前記メッセージ受信時刻との合計と、前記ローカル端子の前記メッセージ送信時刻と前記メッセージ受信時刻との合計との減算に基づいて、前記ローカル端子と、前記リモート端子のそれぞれとの間の前記通信時間遅延を求めるように構成される、請求項３記載の電流差動保護システム。
【請求項５】
前記クロックオフセット計算モジュールが、前記上側レンジクロックのロールオーバ事例に基づいて、前記通信時間遅延を求めるように構成される、請求項４記載の電流差動保護システム。
【請求項６】
前記クロックオフセット計算モジュールが、前記上側レンジクロックが前記メッセージ送信時刻と前記メッセージ受信時刻との間でロールオーバしている場合、前記上側レンジクロックの前記第１の時間周期によって前記メッセージ受信時刻を調整するように構成される、請求項５記載の電流差動保護システム。
【請求項７】
前記クロックオフセット計算モジュールが、前記上側レンジクロックが前記メッセージ送信時刻の前にロールオーバしている場合、前記通信時間遅延を調整するように構成される、請求項６記載の電流差動保護システム。
【請求項８】
前記障害検出モジュールが、ローカル端子の前記電流と、前記リモート端子の少なくとも１つの第２の電流とのベクトルの加算によって、前記差動電流を求めるように構成される、請求項１記載の電流差動保護システム。
【請求項９】
前記障害検出モジュールが、前記多端子送電線を流れることができる最小差動電流と、前記最小差動電流を超えて許容される抑制電流との和によって、前記閾値を求めるように構成される、請求項１記載の電流差動保護システム。
【請求項１０】
前記ローカル端子の前記電流をサンプリングするアナログ−デジタル変換器をさらに備える、請求項１記載の電流差動保護システム。
【請求項１１】
前記制御器が、前記アナログ−デジタル変換器のサンプリング周波数に基づいて前記ローカル端子の前記電流にインデックスを付与するように構成される、請求項１０記載の電流差動保護システム。
【請求項１２】
ローカル端子の電流を感知する段階と、
タイムスタンプデータをリモート端子と交換する段階と、
上側レンジクロックを用いてローカル時刻測定値を供給する段階と、
下側レンジクロックを用いて前記ローカル端子の前記電流にインデックスを付与し、前記上側レンジクロックの第１の時間周期が、前記下側レンジクロックの第２の時間周期のＮ倍であり、Ｎが前記多端子システムの端子の個数である段階と、
リモート端子からのタイムスタンプデータ、および前記ローカル端子からのタイムスタンプデータに基づいて、平均時間オフセットを求める段階と、
前記平均時間オフセットに基づいて、前記上側レンジクロックおよび前記下側レンジクロックについて位相信号および周波数信号を求める段階と、
差動電流が閾値を超えた場合に、前記多端子送電線における障害を検出する段階と
を含む、多端子送電線を保護する方法。
【請求項１３】
前記平均時間オフセットを求める段階が、前記ローカル端子と、前記リモート端子のそれぞれとの間の通信時間遅延を平均する段階を含む、請求項１２記載の多端子送電線を保護する方法。
【請求項１４】
前記タイムスタンプデータを交換する段階が、前記ローカル端子のメッセージ送信時刻およびメッセージ受信時刻と、リモート端子のメッセージ送信時刻およびメッセージ受信時刻とを交換する段階を含む、請求項１３記載の多端子送電線を保護する方法。
【請求項１５】
前記平均時間オフセットを求める段階が、前記リモート端子の前記メッセージ送信時刻と前記メッセージ受信時刻との合計と、前記ローカル端子の前記メッセージ送信時刻と前記メッセージ受信時刻との合計との減算に基づいて、前記ローカル端子と、前記リモート端子のそれぞれとの間の前記通信時間遅延を求める段階を含む、請求項１４記載の多端子送電線を保護する方法。
【請求項１６】
前記平均時間オフセットを求める段階が、前記上側レンジクロックのロールオーバ事例に基づいて、前記通信時間遅延を求める段階を含む、請求項１５記載の多端子送電線を保護する方法。
【請求項１７】
前記平均時間オフセットを求める段階が、前記上側レンジクロックが前記メッセージ送信時刻と前記メッセージ受信時刻との間でロールオーバしている場合、前記上側レンジクロックの前記第１の時間周期によって前記メッセージ受信時刻を調整する段階を含む、請求項１６記載の多端子送電線を保護する方法。
【請求項１８】
前記平均時間オフセットを求める段階が、前記上側レンジクロックが前記メッセージ送信時刻の前にロールオーバしている場合、前記上側レンジクロックの前記第１の時間周期によって前記通信時間遅延を調整する段階を含む、請求項１７記載の多端子送電線を保護する方法。
【請求項１９】
前記多端子送電線における前記障害を検出する段階が、ローカル端子の前記電流と、前記リモート端子の少なくとも１つの第２の電流とのベクトルの加算によって、前記差動電流を求める段階を含む、請求項１２記載の多端子送電線を保護する方法。
【請求項２０】
前記多端子送電線における前記障害を検出する段階が、前記多端子送電線を流れることができる最小差動電流と、前記最小差動電流を超えて許容される抑制電流との和によって、前記閾値を求める段階を含む、請求項１２記載の多端子送電線を保護する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本システムの実施形態は、一般に電力系統に関し、より具体的には電力系統の保護システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電力系統の監視、保護、および制御機能の多くは、複数位置での電力系統デジタル測定値が同期していると、より効率的に、かつより正確に実施することができよう。通常、かかる測定値は、ほんの幾分しか同期されておらず、その理由は、物理的に長距離離れたサンプリングクロックを正確に同期させるのは困難であるからである。デジタル通信を用いて遠隔位置にあるサンプリングクロックを同期させる従来の手法では、メッセージ配信時間が不正確であるため、精度に限界がある。特に、デジタル通信では、１対の位置間で、方向が異なると遅延が異なることがあり、その結果クロック同期に誤差が生じることになる。
【０００３】
クロック同期は、多端子送電線にとって重要な上に、電力継電器、事象の順序決定、経済給電、およびクロックの同期が必要となる他の任意の状況など、他の多くの用途においても重要となる。地理的位置測位システム（ＧＰＳ）の利用は、一解決策ではあるが、追加のハードウェアが必要となり、費用が増大する。別の解決策として、様々な位置の様々な端子間で通信を行うという策があるが、通信における主な課題は、クロックロールオーバによって生じる。通常、通信帯域幅を節約するためにビット数が制限されたクロックが使用され、したがってこのクロックで測定できる最大時間に制約が課される。クロックの最大時間に制約があるので、独立したクロックロールオーバが生じることになり、その結果、多端子クロックは、安定はしているが非同期の状態に集束されることになり、すなわちクロックが全クロック範囲にわたって一様に分散した状態になる。
【０００４】
上記およびその他の理由で、差動保護システムの改善が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第８１５４８３６号公報
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一実施形態によれば、多端子送電線用の電流差動保護システムが提示される。この電流差動保護システムは、ローカル端子の電流を感知する電流センサと、ローカル端子とリモート端子とを時刻同期させる制御器と、差動電流が閾値を超えた場合に、多端子送電線における障害を検出する障害検出モジュールとを含む。この制御器は、タイムスタンプデータをリモート端子と交換する時刻測定値交換モジュールを含む。この制御器はまた、時刻測定値交換モジュールにローカル時刻測定値を供給する上側レンジクロックと、ローカル端子の電流にインデックスを付与する下側レンジクロックとを含む。上側レンジクロックの第１の時間周期は、下側レンジクロックの第２の時間周期のＮ倍であり、Ｎは多端子システムの端子の個数である。この制御器は、リモート端子からのタイムスタンプデータ、およびローカル端子からのタイムスタンプデータに基づいて、平均時間オフセットを求めるクロックオフセット計算モジュールと、この平均時間オフセットに基づいて、上側レンジクロックおよび下側レンジクロックについて位相信号および周波数信号を求める位相−周波数ロックループとをさらに含む。
【０００７】
本発明の別の実施形態によれば、多端子送電線を保護する方法が提示される。この方法は、ローカル端子の電流を感知する段階と、タイムスタンプデータをリモート端子と交換する段階とを含む。この方法は、上側レンジクロックを用いてローカル時刻測定値を供給する段階と、下側レンジクロックを用いてローカル端子の電流にインデックスを付与する段階とをさらに含み、上側レンジクロックの第１の時間周期は、下側レンジクロックの第２の時間周期のＮ倍であり、Ｎは多端子システムの端子の個数である。この方法はまた、リモート端子からのタイムスタンプデータ、およびローカル端子からのタイムスタンプデータに基づいて、平均時間オフセットを求める段階と、この平均時間オフセットに基づいて、上側レンジクロックおよび下側レンジクロックについて位相信号および周波数信号を求める段階と、差動電流が閾値を超えた場合に、多端子送電線における障害を検出する段階とを含む。
【０００８】
本発明の上記およびその他の特徴、態様、および利点は、添付の図面を参照しながら以下の詳細な説明を読めば、よりよく理解されるものであり、図面を通して同じ符号は同じ部品を示す。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】多端子送電系統のブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態による多端子送電系統の各端子で使用される制御器のブロック図である。
【図３】２つの端子クロック間の時間シフト誤差を表すグラフである。
【図４】クロックロールオーバシナリオにおける２つの端子間の通信遅延を表すグラフである。
【図５】ある端子におけるロールオーバを、それぞれのメッセージ送信時刻、およびメッセージ受信時刻とともに表すグラフである。
【図６】本発明の一実施形態による、２つの端子間の通信時間遅延を求める方法に関与する諸段階を表す流れ図である。
【図７】本発明の一実施形態によるクロック同期システムの概略図である。
【図８】３端子システム向けのクロック同期のシミュレーション結果を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本明細書に記載の実施形態は、送電系統の多数の端子でクロックの同期を可能とする電力系統保護システムを対象とする。クロック同期の実施形態について、送電系統の例をとって説明するが、このシステムは、配電系統、電力継電器、事象の順序決定、経済給電、およびクロックの同期が必要となる他の任意の状況など、他の用途にも使用できることが当業者には理解されよう。
【００１１】
本明細書では、用語「モジュール」または「制御器」は、ソフトウェア、ハードウェア、もしくはファームウェア、またはこれらの任意の組合せ、あるいは本明細書に記載の工程を実施する、または容易にする任意のシステム、工程、または機能を指すものである。
【００１２】
図１は、３つの端子４６、４８、および５０を含み、それらの端子間に電源線５８、および通信線６０ａ、６０ｂ、および６０ｃがある多端子送電系統３０のブロック図である。一実施形態では、通信冗長化の目的で、２つの端子間に２本の通信線を使用することができる。電流センサ５２、５４、および５６は、それぞれのローカル継電器または制御器４０、４２、および４４に電流信号を供給する。一実施形態では、制御器４０、４２、および４４は、リモート端子、ならびに関連するローカル端子からの電流測定値を受け取り、電源線５８における障害状態を識別する。一般に、電流差動リレーは、キルヒホッフの電流則の基本的な応用例である。したがって、制御器４０、４２、および４４は、ローカル電流とリモート電流との差に基づいた障害検出論理を応用している。
【００１３】
障害検出論理の簡単な一例を本明細書に挙げる。この例では、ローカル位相電流Ｉ１と、リモート位相電流Ｉ２およびＩ３との差である差動電流Ｉdiffが、閾値Ｉtを超えると、障害が検出される。本明細書では、リモート端子のリモート電流Ｉ２およびＩ３は逆方向に測定され、したがってその極性は反転していることに留意されたい。したがって、差動電流Ｉdiffは、以下の通り３つの電流のベクトルの和として得られる。
【００１４】
【数１】
2014093942.tif 000003
しかし、リモート端子でもやはり、電流がローカル端子と同じ方向に測定されている場合、差動電流は、３つの電流のベクトルの差となる。閾値は、送電線を流れることができる最小差動電流Ｉminと、最小差動電流Ｉminを超えて許容されるバイアス値である抑制電流Ｉrとの和である。
【００１５】
【数２】
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抑制電流Ｉrは、次式から得られる。
【００１６】
【数３】
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式中、ｋは、差動電流の値に依存して、定数値でも、または変数でもよい。抑制電流Ｉrを求める他の方法として、次式も挙げられる。Ｉr＝ｋ*ｍａｘｉｍｕｍ（Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３…）、およびＩr＝ｓｑｒｔ（Ｉ１*Ｉ１＋Ｉ２*Ｉ２＋Ｉ３*Ｉ３）。
【００１７】
各端子４６、４８、および５０は、それぞれの電流センサに加えて、他にも構成要素はあるが、回路遮断器４６ａ、４８ａ、および５０ａ、ならびにバス４６ｂ、４８ｂ、および５０ｂをそれぞれ含む。回路遮断器４６ａ、４８ａ、および５０ａは、障害が生じた場合に、それぞれのバス４６ｂ、４８ｂ、および５０ｂと電源線５８との間の接続を遮断する。送電線が三相を有する一実施形態では、電流センサ５２、５４、および５６はそれぞれ、３つのセンサを含み、各センサは、送電線のそれぞれの位相電流を感知する。
【００１８】
一実施形態では、制御器４０、４２、および４４はそれぞれ、それだけに限られるものではないが、少なくとも１つのマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、図形プロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、または他の任意の種類のプロセッサまたは処理回路などのプロセッサを含むことができる。プロセッサは、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、フラッシュメモリ、１つまたは複数のハードドライブ、および／または取り外し可能な媒体および表示装置を扱う１つまたは複数のドライブをさらに含むことができる。
【００１９】
図２は、本発明の一実施形態による多端子送電系統の各端子で使用される制御器８０のブロック図である。制御器８０は、それぞれの電流センサ（図示せず）から電流信号８４を受け取るアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換器８２と、リモート端子から時刻信号８７およびインデックスが付与された電流信号８８を受け取る受信器８６とを含む。各端子では、三相電流、すなわちフェーザを、１サイクルにつき、ある回数（Ｋ）でサンプリングする。制御器８０は、クロック９０、ならびにタイムスタンピングおよび同期モジュール９４をさらに含む。クロック９０は、一般的な任意のクロックではなく、カウンタに基づいたクロックであり、このクロックは、通信帯域幅を節約するために最大時間が制限されている。一実施形態では、クロック９０は、後段で説明するデュアルレンジクロックである。
【００２０】
一実施形態では、タイムスタンピングおよび同期モジュール９４は、３つの機能を有する。これらの３つの機能とは、ｉ）異なる２つの端子間のクロック同期、ｉｉ）フェーザのタグ付け、およびローカル電流測定値のインデックス付与、およびｉｉｉ）ローカル端子のインデックスが付与された電流測定値と、リモート端子のインデックスが付与された電流測定値との整合である。クロック同期は、位相−周波数ロックループ（ＰＦＬＬ）によって実現される。インデックス付与および整合は、ローカルフェーザにシーケンス番号をタグ付けすることによって実現される。例えば、最大シーケンス番号がＫである場合、各時間サイクルにおいて、フェーザをＫ回サンプリングし、適切なインデックス番号でタグ付けする。したがって、異なる２つの端子にある２つのクロックが同期しておらず、時間差がある場合、または一方の端子からもう一方の端子へ信号を送信する際に時間遅延がある場合、インデックスに不整合が生じることになる。
【００２１】
差動電流計算器９６によって、ローカル端子からの電流測定値と、リモート端子からの電流測定値との整合を利用し、差動電流値を求める。さらに、障害検出論理９８によって、この差動電流値を閾値と比較し、出力信号１００を回路遮断器に送信するものであり、障害指示を表示することもできる。送信器１０２は、インデックスが付与された電流測定値１０４、およびローカル時刻信号１０６を他の端子に送信する。本明細書に示す制御器８０の構成要素は例示の目的で示すものにすぎず、これらの構成要素のいくつかは、必要に応じて改変、追加、または削除できることに留意されたい。例えば、一実施形態では、受信器８６は、２つ以上の端子から信号を受け取ることができ、それに応じて構成要素が改変されることになる。
【００２２】
図３は、２つの端子クロック間の時間シフト誤差を表すプロット図１２０を示す。プロット１２０では、横軸１２２は実時間を表し、縦軸１２４はクロック時間を表す。２つのクロック、すなわちクロックＡおよびクロックＢがあり、１つが端子Ａに、１つが端子Ｂにそれぞれある。これらのクロックは、周期Ｔclockでロールオーバする（すなわち、時間周期Ｔclock後、クロックのカウンタはリセットされる）。図示の実施形態では、クロックＢは、クロックＡに対して時間ＴBAだけ遅れている、または時間シフトしている。これは、クロックＢの周波数がクロックＡの周波数と同期しており、通信遅延のため、クロックＢは、クロックＡがロールオーバした後にロールオーバしているからである。しかし、別の実施形態では、両クロックとも互いに同期しているので、クロックＡがクロックＢに対して遅れていると考えることもできる。本明細書では、一実施形態において、同期とは、通信遅延を各制御器でＰＦＬＬへの入力として供給し、それに応じてそれぞれのクロック時刻を調整することを意味することに留意されたい。したがって、ＴBA値は、クロックＢがクロックＡの後にロールオーバする場合は正の値となり、クロックＢがクロックＡの前にロールオーバする場合は負の値となる。さらに、この論理では、ＴBA値は常に、−Ｔclock／２よりも大きく、かつＴclock／２よりも小さくなる。プロット１２０から分かるように、時刻ｔ１では、クロックＡのカウンタはＮ１を指し、クロックＢのカウンタはＮ２を指す。したがって、端子ＡおよびＢの電流信号ＩAおよびＩBは、上記に従ってインデックスが付与されることになる（すなわち、時刻ｔ１では、ＩAはＩA（Ｎ１）とインデックスが付与され、ＩBはＩB（Ｎ２）とインデックスが付与される）。このため、同じインデックスが付与された２つの端子からの電流信号（ＩA（Ｎ１）およびＩB（Ｎ１））は、同じ時刻ｔ１から得られたものではないのに、一緒に比較されると、誤差が生じることになり、したがって誤った障害検出または誤った回路遮断器の引き外しが行われることになり得る。したがって、２つのクロックの時刻同期は重要である。
【００２３】
図４は、クロックロールオーバシナリオにおける２つの端子間の通信遅延を表すプロット図１３０を示す。プロット１３０には、端子ＡおよびＢの２つのクロックに関連する２つのクロック時間１３２および１３４がそれぞれ示されている。端子Ａと端子Ｂとの間の各往復メッセージ交換で、４回のローカル時刻測定が行われる。例えば、端子Ａと端子Ｂとの間での１往復のメッセージ交換では、以下の４回の測定が行われる。
ｉ）Ｔ１  −  メッセージが端子Ａから端子Ｂに送信されたときの、クロックＡで測定した時刻。
ｉｉ）Ｔ２  −  端子Ａからメッセージを受信したときの、クロックＢで測定した時刻。
ｉｉｉ）Ｔ３  −  返送メッセージが端子ＢからＡに送信されたときの、クロックＢで測定した時刻。
ｉｖ）Ｔ４  −  返送メッセージを受信したときの、クロックＡで測定した時刻。
【００２４】
端子Ａからの端子Ｂへの通信遅延が、端子Ｂから端子Ａへの通信遅延と同じであるとすると、ＡのＢに対する位相誤差（すなわち端子Ｂと端子Ａとの間の通信時間遅延）は、次式から計算することができる。
【００２５】
【数４】
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上式は、時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、およびＴ４をカウンタ値とみなすとより理解しやすいであろう。しかし、クロックのロールオーバ状態により、電流測定のタイミングに対するロールオーバ事象のタイミングに依存して、いくつかの異なる解が得られることがあり、これはクロック間の相対的なオフセット、通信遅延、および処理遅延を含めたいくつかの変数に依存する。実際の電流測定時刻と、メッセージがリモート端子に実際に送信された時刻とで時間差があることに留意されたい。例えば、１〜１０のカウントベースでは、Ｔ１がカウント８に等しい場合、実際の電流測定は、カウント７で行われた可能性がある。
【００２６】
差動電流の計算に影響を及ぼし得るロールオーバとして、以下の２つの事例がある。ｉ）１対の測定値のうちの第１の測定値の前（すなわち、Ｔ１またはＴ２の前）のロールオーバ、ｉｉ）１対の測定値間（すなわちＴ１とＴ４との間、またはＴ２とＴ３との間のいずれか）でのロールオーバ。
【００２７】
説明の目的で、第１のケースについて図５ａに、第２のケースについて図５ｂに例示する。図５ａは、端子における実際の電流測定時刻Ｔ０前のクロックロールオーバのプロット１４２を示す。プロット１４２はまた、メッセージが端子２で受信された時刻ｔ２を示す。プロット１４２から分かるように、ロールオーバ事例がＴ０とＴ１との間で生じている。図５ｂは、端子Ａにおけるクロックロールオーバを、実際の電流測定時刻Ｔ０、ならびにメッセージ送信時刻Ｔ１および受信時刻Ｔ４とともに示すプロット１４４を示す。両プロット１４２および１４４とも、横軸１４８は実時間を秒で表し、縦軸１４６はクロック時間をカウント数で表す。ロールオーバ事例がＴ１とＴ４との間で生じた場合に、Ｔ１の値がＴ４の値よりも大きくなることが、プロット１４４から分かる。これは、クロックＡのカウンタが時刻Ｔ１で最大カウント付近であり、その後、Ｔ４では新しいカウントが始まっているため生じている。したがって、クロックＡのＴ１とＴ４との間のロールオーバを検出し、補償するアルゴリズムは、以下の通りである。
（Ｔ１＞Ｔ４）の場合、（Ｔ４＝Ｔ４＋Ｔclock）  （５）
同様に、クロックＢのＴ２とＴ３との間のロールオーバを検出し、補償するアルゴリズムは、以下の通りである。
（Ｔ２＞Ｔ３）の場合、（Ｔ３＝Ｔ３＋Ｔclock）  （６）
第１のケースでは、クロックＡがＴ１よりも先にロールオーバすることによって、Ｔ１およびＴ４の両方において−Ｔclockの誤差が生じることになり、クロックＢがＴ２よりも先にロールオーバすることによって、Ｔ２およびＴ３の両方においてＴclockの誤差が生じることになり、したがってＴABに−Ｔclockの誤差が生じることになる。ＴABの有効範囲が−Ｔclock／２からＴclock／２であるので、＋または−Ｔclockの誤差によって、結果が上記範囲から外れることになる。したがって、以下の補正を使用する。
（ＴAB＞Ｔclock／２）の場合、（ＴAB＝ＴAB−Ｔclock）  （７）
（ＴAB＜−Ｔclock／２）の場合、（ＴAB＝ＴAB＋Ｔclock）  （８）
図６は、上記で論じた２つの端子間の通信時間遅延を求める方法の流れ図１５０を示す。この方法は、段階１５１で、Ｔ１とＴ４とを比較することによって、Ｔ１とＴ４との間でロールオーバが生じているかを判定する段階を含む。ロールオーバが生じている場合、この方法は段階１５２に進み、そうでない場合には段階１５３に進む。段階１５２で、Ｔ１とＴ４との間でロールオーバが生じている場合、すなわちＴ１がＴ４よりも大きい場合、時刻Ｔ４をＴ４＋Ｔclockに修正する。段階１５３で、Ｔ２とＴ３との間でロールオーバが生じているかを判定し、回答が「はい」である場合、この方法は段階１５４に進み、そうでない場合には段階１５６に進む。段階１５４で、Ｔ２とＴ３との間でロールオーバが生じている場合、すなわちＴ２がＴ３よりも大きい場合、時刻Ｔ３をＴ３＋Ｔclockに修正する。この方法は、段階１５６で、式ＴAB＝（Ｔ１＋Ｔ４−Ｔ２−Ｔ３）／２を使用することによって、第１の時間遅延を求める段階をさらに含む。段階１５７で、ＴABがＴclock／２よりも大きいか判定することによって、クロックロールオーバがＴ１の前に生じているかを判定し、クロックロールオーバが生じている場合、この方法は段階１５８に進み、そうでない場合には段階１５９に進む。段階１５８で、第１の遅延をＴAB＝ＴAB−Ｔclockに修正する。段階１５９で、ＴABが（−Ｔclock／２）よりも小さいか判定することによって、クロックロールオーバがＴ２の前に生じているか否かを再度判定し、「はい」の場合、この方法は段階１６０に進み、そうでない場合には、この方法は終了する。最後に、段階１６０で、クロックロールオーバがＴ２の前に生じている場合、時間遅延ＴABを、ＴAB＝ＴAB＋Ｔclockにさらに修正する。次いで、結果として得られる時間シフト推定値または修正した時間遅延をＰＦＬＬへの位相入力として用いて、２つの端子のクロックを同期させ、通信遅延を補償する。
【００２８】
図６で論じたアルゴリズムは、２端子システムで機能する。３つ以上の端子を有する多端子システムでは、リング通信システムを使用することができる。この場合、クロックは、リングの形で互いに同期し、その結果時間遅延が第１のクロックから最後のクロックへと伝播する。一例として、３端子システムでは、端子Ａが端子Ｂとの間でメッセージを送受信し、端子Ｂが端子Ｃとの間でメッセージを送受信し、端子Ｃもやはり端子Ａとの間でメッセージを送受信する。このような場合、時間遅延が、あるクロックから別のクロックへと伝播するので、第１のクロックから最後のクロックまでの全遅延は高くなる。さらに、時間遅延が高いため、クロックの時間周期Ｔclockが小さくなった場合には、クロックが互いに同期することがなくなることがあり得る。その結果、フェーザが誤ってタグ付けされ、回路遮断器が誤って引き外されるおそれがある。
【００２９】
本発明の一実施形態によれば、デュアルレンジクロックを用いてクロックを同期させる。このデュアルレンジクロックには、上側レンジクロックおよび下側レンジクロックが含まれる。図６で説明したように、下側レンジクロックを用いてフェーザにタグ付けし、上側レンジクロックを用いて時刻またはクロックの同期を行う。さらに、各端子は、リング通信網上の最も近い２つの端子と同期する。例えば、端子Ａ、Ｂ、Ｃ、およびＤがその順序で通信網上にあるとすると、端子Ａは、端子ＢおよびＤと同期し、端子Ｂは、端子ＡおよびＣと同期する、といった具合である。
【００３０】
図７は、本発明の一実施形態によるクロック同期システム１８０を示す。クロック同期システム１８０は、異なる２つの端子に配置された２つの制御器１８２、１８４を含む。制御器１８２、１８４はそれぞれ、時刻測定値交換モジュール１８６、クロックオフセット計算モジュール１８８、位相−周波数ロックループ（ＰＦＬＬ）１９０、ならびに上側レンジおよび下側レンジをそれぞれ有するデュアルクロック１９２および１９４を含む。制御器１８２、１８４はまた、図２に示す他の構成要素も有する。しかし、分かりやすいように、この図では、クロック同期に関連する構成要素のみ示してある。時刻測定値交換モジュール１８６は、リモート端子からの時刻信号（例えばＴ１、Ｔ２、Ｔ３など）を受信し、送信する。図７には、ただ２つの端子間の通信を示しているが、時刻測定値交換モジュール１８６は、３つ以上の端子と通信し、時刻信号を交換することができる。一例として、時刻測定値交換モジュール１８６が３つの端子と通信していると仮定する。その場合、クロックオフセット計算モジュール１８８で、図６のアルゴリズムを使用し、３つの端子間での時間遅延を平均することによって、全体の時間遅延をさらに求める。３つの端子システム（Ａ−Ｂ−Ｃ）では、クロックオフセット計算モジュール１８８によって、まず図６のアルゴリズムを用いて２つの時間遅延ＴABおよびＴACを求め、次いで以下の関係を用いて平均時間遅延ＴA、BCを求める。
ＴA、BC＝（ＴAB＋ＴAC）／２  （９）
したがって、クロックオフセット計算モジュール１８８は、平均時間オフセットまたは全体の時間遅延をＰＦＬＬ１９０への位相入力として供給する。例示的なＰＦＬＬ１９０が、Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｍｐａｎｙに譲渡された発行済の米国特許第５，９５８，０６０号に開示されており、該特許を参照により本明細書に組み込む。ＰＦＬＬ１９０は、クロック１９２、１９４の周波数を調整するように、それらのクロックに信号を供給する。次いで、クロック１９４は、フェーザにタグ付けする第１のクロック信号を供給し、クロック１９２は、クロック同期を目的とする第２のクロック信号を時刻測定値交換モジュール１８６に供給する。
【００３１】
クロック１９２の第１の時間周期は、クロック１９４の第２の時間周期のＮ倍に等しくなるように維持され、Ｎはクロック同期に使用される端子の個数である。一例として、端子が４個あり、クロック１９４が１２カウントに等しい時間周期を有する場合、クロック１９２は、４８カウントの時間周期を有することになり、すなわち、クロック１９４は、１２カウント後にロールオーバすることになり、一方クロック１９２は、４８カウント後にロールオーバすることになる。
【００３２】
図８は、３端子システム向けのクロック同期のシミュレーション結果の２つのプロット図２００および２０２を示す。プロット２００および２０２の横軸２０４は実時間を秒で表し、縦軸２０６はクロック時間をカウント数で表す。プロット２００は、クロック同期に使用する、３端子の上側レンジクロックに関連する３つのクロック波形２０８、２１０、および２１２を示し、プロット２０２は、フェーザのタグ付けに使用する、３端子の下側レンジクロックに関連する３つのクロック波形２１４、２１６、および２１８を示す。クロック波形２１４、２１６、および２１８は、Ｔ＝１６カウントに連動した時間周期を有し、クロック波形２０８、２１０、および２１２は、ＮＴ＝３*１６＝４８カウントに連動した時間周期を有する。クロック波形２０８、２１０、および２１２が互いに同期していなくとも、クロック波形２１４、２１６、および２１８は、間もなく確かに同期しており、したがってフェーザのタグ付けが同期していることが分かる。
【００３３】
本発明のデジタル電流差動保護システムの利点の１つとして、地理的位置測位システム（ＧＰＳ）を使用せずに、多端子のクロックを同期させることができるという利点が含まれる。さらに、このデジタル電流差動保護システムは、いくつの端子にも応用することができる。
【００３４】
本明細書では、本発明のある特徴についてのみ例示し、説明してきたが、多くの改変形態、および変形形態が当業者には想到されよう。したがって、添付の特許請求の範囲は、かかる改変形態および変形形態は全て、本発明の真の趣旨の範囲内に含まれるものとして網羅するものであることを理解されたい。
【符号の説明】
【００３５】
３０  多端子送電系統
４０、４２、４４、８０、１８２、１８４  制御器
４６、４８、５０  端子
４６ａ、４８ａ、５０ａ  回路遮断器
４６ｂ、４８ｂ、５０ｂ  バス
５２、５４、５６  電流センサ
５８  電源線
６０ａ、６０ｂ、６０ｃ  通信線
８２  アナログ−デジタル変換器
８４  電流信号
８６  受信器
８７  時刻信号
８８  インデックスが付与された電流信号
９０  クロック
９４  タイムスタンピングおよび同期モジュール
９６  差動電流計算器
９８  障害検出論理
１００  出力信号
１０２  送信器
１０４  インデックスが付与された電流測定値
１０６  ローカル時刻信号
１２０、１３０、１４２、１４４、２００、２０２  プロット
１２２、１４８、２０４  横軸
１２４、１４６、２０６  縦軸
１３２、１３４  クロック時間
１５０  流れ図
１５１、１５２、１５３、１５４、１５６、１５７、１５８、１５９、１６０  段階
１８０  クロック同期システム
１８６  時刻測定値交換モジュール
１８８  クロックオフセット計算モジュール
１９０  位相−周波数ロックループ（ＰＦＬＬ）
１９２、１９４  デュアルクロック
２０８、２１０、２１２、２１４、２１６、２１８  クロック波形
【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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【外国語明細書】
2014093942000001.pdf