(57)【要約】  ディジタル保護制御装置の保護処理部は、冗長化通信制御部によって通信フレームが遅延サンプル数内に受信された場合に、通信フレームを用いて電力系統の保護のための演算を行い、電力系統に接続された遮断器を制御して、電力系統を保護する。
2016181457.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力系統の保護に用いられるデータを含む通信フレームがバッファリングされるメモリと、
冗長化された複数の通信路を介して接続された他のディジタル保護制御装置に対して前記通信フレームを送信すると共に、前記他のディジタル保護制御装置によって前記通信路に送信された前記通信フレームのうち、先着した前記通信フレームを前記メモリにバッファリングし、後着した前記通信フレームを破棄する冗長化通信制御部と、
前記通信路の通信遅延時間を計算し、前記データの連続性及び同時性が保証される遅延サンプル数を算出する通信遅延時間計算部と、
前記冗長化通信制御部によって前記通信フレームが前記遅延サンプル数内に受信された場合に、前記通信フレームを用いて前記電力系統の保護のための演算を行い、電力系統に接続された遮断器を制御して、前記電力系統を保護する保護処理部と、を備える
ディジタル保護制御装置。
【請求項２】
前記メモリは、
前記電力系統から入力されるアナログ値をサンプリングしてディジタルデータに変換するアナログ入力部によって参照される値を格納するサンプルカウンタと、
先着した前記通信フレームを、前記通信フレームに付されたサンプルカウンタ毎、かつ、前記通信フレームを送信した前記他のディジタル保護制御装置毎にバッファリングする通信フレームバッファと、を備える
請求項１に記載のディジタル保護制御装置。
【請求項３】
前記通信路は、リング状のネットワークトポロジで構成され、
前記保護処理部は、前記サンプルカウンタの値から、前記通信遅延時間計算部が前記通信路の通信系統毎に計算した前記通信遅延時間の最大値だけ遅れたタイミングで、前記通信フレームバッファから前記通信フレームを読み出す
請求項２に記載のディジタル保護制御装置。
【請求項４】
前記冗長化通信制御部は、前記通信遅延時間を計算するための前記通信フレームを、前記２つの通信系統の片方向ずつ順に送信し、
前記通信遅延時間計算部は、前記冗長化通信制御部が送信した前記通信フレームを受信するまでの時間に基づいて前記通信系統毎に前記通信遅延時間を計算する
請求項３に記載のディジタル保護制御装置。
【請求項５】
さらに、先着した前記通信フレームが送信された前記通信路の通信系統を判定する通信系統判定部と、
前記通信系統判定部によって判定された前記通信系統に対して、前記冗長化通信制御部が前記他のディジタル保護制御装置との間で送受信した前記通信フレームにより、前記他のディジタル保護制御装置との間で前記メモリに管理される時刻を同期する時刻同期演算部と、を備える
請求項２に記載のディジタル保護制御装置。
【請求項６】
前記通信路は、２つの通信系統からなるネットワークトポロジで構成され、
前記冗長化通信制御部は、前記通信系統判定部によって判定された前記通信系統を通じて他のディジタル保護制御装置と前記通信フレームを送受信し、
前記時刻同期演算部は、前記冗長化通信制御部が前記他のディジタル保護制御装置との間で送受信した前記通信フレームの送信時刻及び受信時刻に基づいて算出した前記通信系統の通信遅延及び前記時刻の差分により前記時刻を同期する
請求項５に記載のディジタル保護制御装置。
【請求項７】
前記通信路は、リング状のネットワークトポロジで構成され、
前記冗長化通信制御部は、隣接する前記他のディジタル保護制御装置に対して、前記通信系統判定部によって判定された前記通信系統に前記通信フレームを送信し、前記通信系統から前記通信フレームを受信し、
前記時刻同期演算部は、前記冗長化通信制御部によって送受信された前記通信フレームの前記通信系統の通信遅延時間を経路遅延値として算出し、前記通信フレームの送信時刻及び受信時刻に基づいて算出した前記通信系統の経路遅延値及び前記時刻の差分により前記時刻を同期する
請求項５に記載のディジタル保護制御装置。
【請求項８】
前記時刻同期演算部は、前記通信遅延時間を計算するための前記通信フレームを前記冗長化通信制御部が送受信した時間により前記通信系統毎に前記経路遅延値を予め算出し、前記冗長化通信制御部が送受信する前記通信フレームの前記通信系統に対応する前記経路遅延値を選択する
請求項７に記載のディジタル保護制御装置。
【請求項９】
冗長化された複数の通信路を介して接続された他のディジタル保護制御装置に対して、電力系統の保護に用いられるデータを含む通信フレームを送信するステップと、
前記他のディジタル保護制御装置によって前記通信路に送信された前記通信フレームのうち、先着した前記通信フレームをメモリにバッファリングし、後着した前記通信フレームを破棄するステップと、
前記通信路の通信遅延時間を計算し、前記データの連続性及び同時性が保証される遅延サンプル数を算出するステップと、
前記通信フレームが前記遅延サンプル数内に受信された場合に、前記通信フレームを用いて前記電力系統の保護のための演算を行い、電力系統に接続された遮断器を制御して、前記電力系統を保護するステップと、を含む
電力系統保護方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、冗長化された通信路に用いられ、電力系統を保護するために用いられるディジタル保護制御装置及び電力系統保護方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数のディジタル保護制御装置（以下、「装置」とも略記する。）をネットワークで接続し、各装置が電力系統から計測した電流値をディジタル変換したデータを他の装置と通信路を介して送受信することが可能な通信システムがある。この通信システムでは、電力系統を保護するために、各装置が他の装置と送受信したデータから求めた差電流から電力系統に設けられる保護区間の系統事故を検出して事故除去を行う電流差動方式の保護手法が用いられていた。【０００３】
電流差動方式の保護手法では、例えば、ＰＤＨ(Plesiochronous Digital Hierarchy)やＳＤＨ(Synchronous Digital Hierarchy)等の伝送方式が多く使用されている。ＰＤＨやＳＤＨは、５４ｋｂｐｓ又は１．５Ｍｂｐｓの通信速度の専用同期通信網であり、データを所定の周期でサイクリック通信するための方式である。【０００４】
サイクリック通信では、一定時間内に所定の順番通りにデータが送信されるため、データの連続性と同時性が保たれているという特徴がある。しかし、ＰＤＨやＳＤＨで用いられる通信網は専用の特殊機器で構成されており、通信網の構築に必要な機器の生産量が、汎用品と比較し極めて少ないため、製品コストやメンテナンスに係る費用の増大が懸念されていた。【０００５】
そこで、通信システムにイーサネット（登録商標）を媒体とする通信ネットワーク（以下、「汎用ネットワーク」、「通信路」とも呼ぶ。）を用いることが検討されてきた。汎用ネットワークでは高速大容量化とコストダウンが進展しており、専用通信網との技術的及びコスト的なギャップが広がっていくことが予想される。そのため、電力系統の安定運用に対してミッションクリティカルである装置においても、汎用ネットワークを用いて通信を行う技術が提案されていた。例えば、特許文献１には、冗長化されていない汎用ネットワークにおいて、他局から送付されたアナログデータと自局で取り込んだアナログデータとのリレー演算の同時性を確保するための技術について開示されている。【０００６】
ただし、このような装置は、通信路に単一の異常が発生しても保護機能を継続することが必要であるため、汎用ネットワークを用いて行われる通信の信頼性を向上させる必要がある。汎用ネットワークを用いた通信の信頼性を向上させるための冗長化通信技術として、ＨＳＲ（High-availability Seamless Redundancy）及びＰＲＰ（Parallel Redundancy Protocol）がある。【０００７】
ここで、ＨＳＲとＰＲＰについて、図１と図２を参照して説明する。
図１は、ＨＳＲのネットワークトポロジの一例を示す構成図である。
ＨＳＲは、リング状に全てのディジタル保護制御装置１００（図中では、装置Ａ〜装置Ｄと記載する。）が接続されるネットワークトポロジであり、通信路Ｎ１０のように構成される。図１の説明では、通信路Ｎ１０に接続されるディジタル保護制御装置１００を、装置Ａ〜装置Ｄと略記する。【０００８】
装置Ｂから装置Ｄへフレームを送信する場合、装置Ｂに実装された２つのポート１０１、１０２から、各ループに対して同一内容の右回りフレームＦ１１と左回りフレームＦ１２が送信される。装置Ａは、受信した右回りフレームＦ１１が自装置宛てでないため、隣の装置Ｄへ右回りフレームＦ１１を転送する。また、装置Ｃは、受信した左回りフレームＦ１２が自装置宛てでないため、隣の装置Ｄに左回りフレームＦ１２を転送する。【０００９】
フレームの宛先である装置Ｄは、ネットワークが健全である場合、同一内容である右回りフレームＦ１１と左回りフレームＦ１２を二重で受け取る。仮に、装置Ａ−装置Ｄ間で通信異常が発生すると、装置Ｄは装置Ａから右回りフレームＦ１１を受信することはできないが、装置Ｃから左回りフレームＦ１２を受信可能であるため、通信路の単一異常時に信頼性が向上する。【００１０】
また、ＨＳＲでは、受信装置（例えば、装置Ｄ）が右回りと左回りで受信するフレームの内、先着フレームを使用し、後着フレームを破棄する仕様となっている。この仕様により、受信装置は先着フレームのみを処理するため、完全二重化の通信システムと比較して、受信装置が行うフレームの処理が半分になるという特徴がある。また、ＨＳＲでは、右回りフレームと左回りフレームはリングを一周せず、半周で宛先となる受信装置に到達するため、ネットワークのトラフィックも半減するという特徴がある。【００１１】
そして、受信装置がフレームの先着又は後着を判定するためには、右回りと左回りから受信したフレームのいずれが同一であるかを対応付けることが必要となる。このため、受信装置は、フレームの送信元ＭＡＣ（Media Access Control）アドレスとフレーム内に含まれるシーケンス番号が一致するものを同一フレームとして扱い、先着又は後着の判定に用いている。【００１２】
図２は、ＰＲＰのネットワークトポロジの一例を示す構成図である。
ＰＲＰは、物理的に分離したＡ系ネットワークとＢ系ネットワーク（以下、「Ａ系」、「Ｂ系」とも略記する。）の２つの通信系統で各装置が接続されるネットワークトポロジであり、通信路Ｎ２０のように構成される。図２の説明では、通信路Ｎ２０に接続されるディジタル保護制御装置１００を、装置Ａ〜装置Ｄと略記する。装置Ａ〜Ｃと装置Ｄとの間には、Ａ系を構成するＬ２スイッチ１１０と、Ｂ系を構成するＬ２スイッチ１１１とが設けられ、Ｌ２スイッチ１１０がＡ系にフレームを転送し、Ｌ２スイッチ１１１がＢ系にフレームを転送する。例えば、装置Ｂから装置Ｄへフレームを送信する場合、装置Ｂは、ポート１０１からＡ系に向けてＡ系フレームＦ２１を送信し、ポート１０２からＢ系に向けてＢ系フレームＦ２２を送信する。Ａ系フレームＦ２１とＢ系フレームＦ２２は同一内容である。ネットワークが健全である場合、Ａ系フレームＦ２１はＬ２スイッチ１１０で装置Ｄに転送され、Ｂ系フレームＦ２２はＬ２スイッチ１１１で装置Ｄに転送される。そして、各フレームの宛先である装置Ｄは、Ａ系フレームＦ２１とＢ系フレームＦ２２を二重で受信する。仮に、Ａ系に通信異常が発生すると、装置ＤはＡ系フレームＦ２１を受信できないが、Ｂ系フレームＦ２２を受信可能であるため、通信路の単一異常時に信頼性が向上する。【００１３】
またＰＲＰは、ＨＳＲと同様にＡ系とＢ系で先着フレームを使用し、後着フレームを破棄する仕様であり、受信装置が先着フレームだけを処理するため、完全二重化の通信システムと比較して、受信装置のフレーム処理が半分になるという特徴がある。先着又は後着の判定は、ＨＳＲと同様に、フレームの送信元ＭＡＣアドレスとフレーム内に含まれるシーケンス番号が一致するものを同一フレームとして扱う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特許第５５９２８４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
先に述べたような冗長化された通信路上で電流差動方式による保護システムを構築することで、汎用ネットワークを用いた通信の信頼性を向上させることが可能である。しかし、電流差動方式による保護演算では、同時にサンプリングされた全装置の電流データが揃い、且つそれらのデータの連続性が保たれていることが必須である。しかし、従来のサイクリック通信と異なり、汎用ネットワークを用いた通信ではデータの同時性、連続性が保証されていなかった。このため、汎用ネットワークに大量のデータが送信されていると、Ｌ２スイッチ内部のフレーム滞留に起因する通信遅延等によって一定の時間内に受信装置が全てのデータを受信できないことがあり、系統事故を検出し、事故除去を行うまでに時間がかかることがあった。【００１６】
特許文献１に開示された技術では、伝送遅延時間の変動は考慮されておらず、伝送遅延時間の変動が想定される汎用ネットワークへの適用は困難であった。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明に係るディジタル保護制御装置は、メモリと、冗長化通信制御部と、通信遅延時間計算部と、保護処理部と、を備える。
メモリには、電力系統の保護に用いられるデータを含む通信フレームがバッファリングされる。
冗長化通信制御部は、冗長化された複数の通信路を介して接続された他のディジタル保護制御装置に対して通信フレームを送信すると共に、他のディジタル保護制御装置が通信路に送信した通信フレームのうち、先着した通信フレームをメモリにバッファリングし、後着した通信フレームを破棄する。
通信遅延時間計算部は、通信路の通信遅延時間を計算し、データの連続性及び同時性が保証される遅延サンプル数を保護処理部に伝える。
保護処理部は、冗長化通信制御部によって通信フレームが遅延サンプル数内に受信された場合に、通信フレームを用いて電力系統の保護のための演算を行い、電力系統に接続された遮断器を制御して、電力系統を保護する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、ネットワークの伝送遅延時間に関わらず、冗長化通信制御部によって受信される通信フレームをメモリにバッファリングすることにより、データの連続性及び同時性を保証することが可能となり、系統事故の発生時に保護処理部が電力系統に接続された遮断器を制御するため、電力系統を確実に保護することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施の形態例の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】ＨＳＲのネットワークトポロジの一例を示す構成図である。
【図２】ＰＲＰのネットワークトポロジの一例を示す構成図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態例に係るディジタル保護制御装置の内部構成例を示すブロック図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態例に係るＨＳＲのネットワークトポロジの一例を示す構成図である。図４Ａは、通信路に異常が生じていない例を示し、図４Ｂは、装置Ａ−Ｂ間に異常が生じた例を示す。
【図５】本発明の第１の実施の形態例に係る通信路に異常が発生し、フレームの受信遅れが発生したときにおけるフレームのタイムチャートである。
【図６】本発明の第１の実施の形態例に係る装置Ｂの電流データフレームバッファにバッファリングされるフレームの例を示す説明図である。図６Ａはサンプルカウンタ“０”、図６Ｂはサンプルカウンタ“１”、図６Ｃはサンプルカウンタ“２”、図６Ｄはサンプルカウンタ“３”、図６Ｅはサンプルカウンタ“４”におけるバッファリングされたフレームの例を示す。
【図７】本発明の第１の実施の形態例に係る通信路の異常が回復したときにおけるフレームのタイムチャートである。
【図８】本発明の第１の実施の形態例に係る装置Ｂの電流データフレームバッファにバッファリングされるフレームの例を示す説明図である。図８Ａはサンプルカウンタ“２”、図８Ｂはサンプルカウンタ“３”、図８Ｃはサンプルカウンタ“４”におけるバッファリングされたフレームの例を示す。
【図９】本発明の第１の実施の形態例に係る装置Ａが算出した装置Ｂ、Ｃ、Ｄとの通信遅延時間の例を示す説明図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態例に係るディジタル保護制御装置の内部構成例を示すブロック図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態例に係る冗長化されていないネットワークにおけるＰＴＰの実行手順の例を示すフローチャートである。
【図１２】図１１の処理において、ＰＴＰのEnd To End-Delay Measurement方式により主局と従局の間で行われるメッセージ通知の一例を示すシーケンス図である。
【図１３】本発明の第２の実施の形態例に係るＰＲＰのネットワークに接続されるディジタル保護制御装置が行う時刻同期の実行手順の一例を示すフローチャートである。
【図１４】本発明の第２の実施の形態例に係る経路遅延の算出処理の一例を示すフローチャートである。
【図１５】図１４の処理において、ＰＴＰのPeer To Peer-Delay Measurement方式により従局と隣端の間で行われるメッセージ通知の一例を示すシーケンス図である。
【図１６】本発明の第２の実施の形態例に係る時刻差分の算出処理の一例を示すフローチャートである。
【図１７】図１６の処理において、ＰＴＰのPeer To Peer-Delay Measurement方式により主局と従局の間で行われるメッセージ通知の一例を示すシーケンス図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
［１．第１の実施の形態例］
以下、本発明の第１の実施の形態例に係るディジタル保護制御装置について説明する。本明細書及び図面において、実質的に同一の機能又は構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。
【００２１】
＜ディジタル保護制御装置の内部構成例＞
図３は、ディジタル保護制御装置１０の内部構成例を示すブロック図である。以下の説明では、図３に示すディジタル保護制御装置１０を「自装置」とも呼び、自装置に図４に示すような通信路を介して接続される他のディジタル保護制御装置１０を「他装置」とも呼ぶ。
【００２２】
ディジタル保護制御装置１０は、主制御部１、主記憶用メモリ２、Ｉ／Ｏ制御部３、入力変換器４、アナログ入力部５、冗長化通信制御部６、表示部７、操作部８、ＲＯＭ９を備え、各部はシステムバスＢ１によって互いに接続されている。そして、ディジタル保護制御装置１０は、冗長化された複数の通信路を介して接続された他装置に電流データフレーム（通信フレームの一例）を送信し、他装置によって通信路に送信された電流データフレームを受信する。
【００２３】
主制御部１は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）によって構成され、ディジタル保護制御装置１０内の各部の動作を制御する。この主制御部１は、通信遅延時間計算部１１、保護処理部１２を備える。
【００２４】
通信遅延時間計算部１１は、通信路の通信遅延時間を予め計算し、データの連続性及び同時性が保証される遅延サンプル数を算出して、この遅延サンプル数を保護処理部１２に伝える。
保護処理部１２は、冗長化通信制御部６によって電流データフレームが遅延サンプル数内に受信された場合に、電流データフレームを用いて電力系統の保護のための演算を行い、系統事故を検出すると電力系統に接続された遮断器２０を制御して、電力系統を保護する。このとき、保護処理部１２は、サンプルカウンタ２１の値から、通信遅延時間計算部が通信系統毎に計算した通信遅延時間の最大値だけ遅れたタイミングで、電流データフレームバッファ２２から電流データフレームを読み出す。
【００２５】
そして、保護処理部１２は、読み出した電流データフレームに含まれる、他装置が取り込んだ電流データを用いて、電力系統を保護するための電流差動リレー演算を行う。例えば、保護処理部１２は、自装置の電流データと、他装置の電流データを比較する演算により、比較結果が所定の閾値以内であれば電力系統に異常が生じておらず、比較結果が閾値を超過していれば電力系統に異常が生じていると判断する。そして、保護処理部１２は、演算結果に基づいて遮断器２０に与える遮断指令又は開放指令をＩ／Ｏ制御部３に出力する。なお、以下の説明では、電流データフレームを、「フレーム」と略記し、電流差動リレー演算を「リレー演算」とも略記する。
【００２６】
主記憶用メモリ２には、各種のデータの書き込み及び読み出しが行われるＲＡＭ（Random Access Memory）が用いられる。主記憶用メモリ２は、サンプルカウンタ２１、電流データフレームバッファ２２を備える。電流データフレームバッファ２２には、保護処理部１２のリレー演算に用いられるデータを含むフレームがバッファリングされる。また、主記憶用メモリ２には、主制御部１が用いるローカル時刻（時刻の一例）が管理されている。このローカル時刻は、例えば、ディジタル保護制御装置１０の電源がオンされると、“０”からカウントが開始される値であるが、ＧＭＴ（Greenwich Mean Time）であってもよい。
【００２７】
サンプルカウンタ２１は、主制御部１によって計数される“０”〜“１１”までの値を格納する。また、サンプルカウンタ２１の値は、主制御部１の制御により冗長化通信制御部６がフレームを他装置に送信する際に用いられ、他装置から受信したフレームを電流データフレームバッファ２２に書き込む際にも用いられる。また、サンプルカウンタ２１の値は、保護処理部１２が電流データフレームバッファ２２からフレームを読み出す際にも用いられる。
【００２８】
電流データフレームバッファ２２（通信フレームバッファの一例）は、先着したフレームを、フレームに付されたサンプルカウンタの値毎、かつ、フレームを送信した他のディジタル保護制御装置毎にバッファリングして記憶する。電流データフレームバッファ２２には、他装置がフレームの送信時に付与したサンプルカウンタ２１の値と、フレームの送信元である他装置の装置ＩＤとをインデックスとして記憶している。ネットワークの伝送遅延時間に関わらず、冗長化通信制御部６によって受信されるフレームを電流データフレームバッファ２２がバッファリングすることで、フレームから読み出される電流データの連続性及び同時性を保証することができる。
【００２９】
Ｉ／Ｏ制御部３は、保護処理部１２から遮断器２０への遮断指令を受け取ると、遮断器２０を遮断する制御を行う。また、Ｉ／Ｏ制御部３は、保護処理部１２から遮断器２０への開放指令を受け取ると、遮断していた遮断器２０を開放する制御を行う。
入力変換器４は、電力系統に接続されたＣＴ（Current Transformer）又はＶＴ（Voltage Transformer）から入力される電力系統の電流を、アナログ入力部５が扱うことのできるレベルのアナログ値（アナログデータ）に変換する。
【００３０】
アナログ入力部５は、入力変換器４から入力されたアナログ値に対してＡ／Ｄ変換を実施し、ディジタル化したサンプリングデータ（ディジタルデータ）をシステムバスＢ１に出力する。このサンプリングデータは、制御部１にてサンプルカウンタ２１が付与され、電流データとして用いられる。
【００３１】
冗長化通信制御部６は、例えば、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）によって構成されており、通信路インタフェースとして用いられる。そして、冗長化通信制御部６は、自装置のアナログ入力部５によって変換された電流データを載せたフレームを冗長化された通信路に送信する。また、冗長化通信制御部６は、他装置によって通信路に送信されたフレームのうち、先着したフレームを電流データフレームバッファ２２にバッファリングし、後着したフレームを破棄する制御を行っている。
【００３２】
この冗長化通信制御部６は、送信系として、第１送信用バッファ６１Ａ、第１送信部６２Ａ、第２送信用バッファ６１Ｂ、第２送信部６２Ｂを備える。また、冗長化通信制御部６は、受信系として、第１受信部６５Ａ、第２受信部６５Ｂ、先着後着判定回路６６、第１受信用バッファ６７Ａ、第２受信用バッファ６７Ｂを備える。また、冗長化通信制御部６は、送受信のためのインタフェースとして、第１通信部６３、第２通信部６４を備える。
【００３３】
第１送信用バッファ６１Ａは、第１通信系に送信されるフレームをバッファリングする。第２送信用バッファ６１Ｂは、第２通信系に送信されるフレームをバッファリングする。第１送信用バッファ６１Ａと第２送信用バッファ６１Ｂは、フレームの送信タイミングを調整するために設けられる。
【００３４】
第１送信部６２Ａは、第１送信用バッファ６１Ａにバッファリングされたフレームを第１通信部６３に送信する。第２送信部６２Ｂは、第２送信用バッファ６１Ｂにバッファリングされたフレームを第２通信部６４に送信する。
【００３５】
第１通信部６３は、第１通信系にフレームを送信すると共に、他装置によって第１通信系から送信されたフレームを受信する。第２通信部６４は、第２通信系にフレームを送信すると共に、他装置によって第２通信系から送信されたフレームを受信する。ＨＳＲで構成された通信路であれば第１通信部６３は右回りでフレームを送信し、第２通信部６４は右回りでフレームを受信するポートとして用いられる。また、第２通信部６４は左回りでフレームを送信し、第１通信部６３は左回りでフレームを受信するポートとしても用いられる。一方、ＰＲＰで構成された通信路であれば第１通信部６３はＡ系でフレームを送受信し、第２通信部６４はＢ系でフレームを送受信するポートとして用いられる。
【００３６】
第１受信部６５Ａは、第１通信部６３が受信したフレームを先着後着判定回路６６に受け渡す。第２受信部６５Ｂは、第２通信部６４が受信したフレームを先着後着判定回路６６に受け渡す。
【００３７】
先着後着判定回路６６は、第１受信部６５Ａから受信したフレームと、第２受信部６５Ｂから受信したフレームとの先着又は後着を判定する。
第１受信用バッファ６７Ａは、第１受信部６５Ａが受信したフレームをバッファリングする。第２受信用バッファ６７Ｂは、第２受信部６５Ｂが受信したフレームをバッファリングする。第１受信用バッファ６７Ａと第２受信用バッファ６７Ｂは、フレームの受信速度を調整するために設けられる。
【００３８】
表示部７は、例えば、液晶表示機が用いられ、ディジタル保護制御装置１０で行われる処理結果等をユーザに表示する。
操作部８は、例えば、スイッチが用いられ、ユーザが所定の操作入力、指示を行うことが可能である。
ＲＯＭ（Read Only Memory）９には、本実施の形態例に係る各機能を実現するソフトウェアのプログラムコードが記憶される。主制御部１は、ＲＯＭ９からプログラムコードを読み出して、所定の処理を実行することができる。
【００３９】
次に、ディジタル保護制御装置１０の動作例について、自装置が他装置にフレームを送信する例、自装置が他装置からフレームを受信する例の順に説明する。
【００４０】
まず、自装置が他装置にフレームを送信する例を説明する。
主制御部１は、アナログ入力部５で変換された電流データを、システムバスＢ１を介して電気角３０度ごとに受け取り、電流データと、自装置のローカル時刻より算出したサンプルカウンタ２１の値とを載せたフレームを作成する。このフレームは、ＨＳＲだけでなく、ＰＲＰにも用いられる。主制御部１が行うサンプルカウンタ２１の値の算出方法は任意である。例えば、交流波形の１周期を１２分割するために“０”〜“１１”のサンプルカウンタ２１の値を作成するためには、ディジタル保護制御装置１０が有するローカル時刻をサンプリング周期時間で除算し、さらにその値を“１２”で除算した余りを用いればよい。
【００４１】
主制御部１は、作成したフレームを、冗長化通信制御部６内の第１送信用バッファ６１Ａ及び第２送信用バッファ６１Ｂに書き込む。第１送信用バッファ６１Ａに書き込まれたフレームは、第１送信部６２Ａを経由して、第１通信部６３から通信路を経て他装置に送信される。一方、第２送信用バッファ６１Ｂに書き込まれたフレームは、第２送信部６２Ｂを経由して、第２通信部６４から通信路を経て他装置に送信される。このフレームはブロードキャスト又はマルチキャストで全装置に一斉送信されてもよいし、ユニキャストで個別の装置に向けて送信されてもよい。
【００４２】
次に、自装置が他装置からフレームを受信する例を説明する。
冗長化通信制御部６内の第１通信部６３が通信路から他装置によって送信されたフレームを受信すると、第１受信部６５Ａを経由して、先着後着判定回路６６へフレームが渡される。また、第２通信部６４が通信路から他装置によって送信されたフレームを受信すると、第２受信部６５Ｂを経由して、先着後着判定回路６６へフレームが渡される。
【００４３】
先着後着判定回路６６は、第１受信部６５Ａと第２受信部６５Ｂから受け取ったフレームの内、先着であると判定したフレーム（このフレームを「先着フレーム」と呼ぶ。）を、第１受信用バッファ６７Ａ又は第２受信用バッファ６７Ｂに書き込む。一方、先着後着判定回路６６は、後着であると判定したフレームを破棄する。
【００４４】
その後、主制御部１は、冗長化通信制御部６内の第１受信用バッファ６７Ａ又は第２受信用バッファ６７Ｂから先着フレームを読み込む。そして、主制御部１は、サンプルカウンタ２１の値と送信元装置ＩＤをインデックスとして付与して、電流データフレームバッファ２２にバッファリングする。送信元装置ＩＤは、送信元装置のＭＡＣアドレスや、送信元装置に一意に付番された装置番号等の、装置を特定できる唯一のものであれば種類は問わない。
【００４５】
＜ＨＳＲの問題点＞
次に、右回りと左回りとでフレームの通信遅延時間が大きく異なるＨＳＲの問題点について、図４〜図８を参照して説明する。
図４は、ＨＳＲのネットワークトポロジの一例を示す構成図である。図４Ａは、通信路に異常が生じていない例を示し、図４Ｂは、装置Ａ−Ｂ間に単一異常が生じた例を示す。
【００４６】
図４に示すＨＳＲで構成される通信路Ｎ１は、上述した図１に示したように、全てのディジタル保護制御装置１０（図中では、装置Ａ〜装置Ｄと記載する。）がリング状に接続されたものである。以下の説明では、通信路Ｎ１に接続されたディジタル保護制御装置１０を、装置Ａ〜装置Ｄと略記する。
【００４７】
図４Ａに示すように通信路Ｎ１では、装置Ａ−Ｂ間、装置Ｂ−Ｃ間の通信遅延時間は共に０．５ｍｓであるものの、装置Ａ−Ｄ間は２．０ｍｓ、装置Ｃ−Ｄ間は１．０ｍｓのように通信遅延時間が異なる。通信路が健全である場合、通信遅延時間が０．５ｍｓである左回りフレームＦ１が常に装置Ｂに先着し、バッファリングされる。その後、通信遅延時間が３．５ｍｓである右回りフレームＦ２が装置Ｂに後着すると、装置Ｂによって右回りフレームＦ２が破棄される。
【００４８】
図４Ｂに示すように装置Ａ−Ｂ間の通信路に異常が生じると、装置Ｂが装置Ａから受信するフレームは右回りフレームＦ２だけとなる。このとき、通信遅延時間は３．５ｍｓである。
【００４９】
＜通信路に異常が発生したときのフレーム＞
次に、フレームのタイムチャートについて説明する。
図５は、通信路に異常が発生し、フレームの受信遅れが発生したときにおけるフレームのタイムチャートである。
図６は、装置Ｂの電流データフレームバッファ２２にバッファリングされるフレームの例を示す。図６Ａはサンプルカウンタ“０”、図６Ｂはサンプルカウンタ“１”、図６Ｃはサンプルカウンタ“２”、図６Ｄはサンプルカウンタ“３”、図６Ｅはサンプルカウンタ“４”におけるバッファリングされたフレームの例を示す。
図５と図６において、サンプルカウンタ２１の値を「サンプルカウンタ」と記載する。
【００５０】
図５に示すタイムチャートは、アナログ入力部５が電流値を電気角３０度毎にサンプリングする“０”〜“１１”のサンプルカウンタ毎に、各装置がどのようにフレームを送信するかを表している。１つずつのサンプルカウンタの期間は、例えば、電力系統の電源周波数が５０Ｈｚのときに約１．６７ｍｓ（＝１／５０／１２）である。この例では、装置Ａ，Ｃ，Ｄが、それぞれ装置Ｂに送信するフレームが示される。図中に実線で示す矢印３１は、サンプルカウンタが“０”の時に装置Ａ、Ｃ、Ｄから送信された装置Ｂ宛のフレームである。破線で示す矢印３２は、サンプルカウンタが“１”の時に装置Ａ、Ｃ、Ｄから送信された装置Ｂ宛のフレームである。一点鎖線で示す矢印３３は、サンプルカウンタが“２”の時に装置Ａ、Ｃ、Ｄから送信された装置Ｂ宛のフレームである。図中の網掛け部は、装置Ａ−Ｂ間の伝送路で異常が発生し、フレームの送受信ができなくなっていることを表す。そして、両矢印３４は、装置Ｂが装置Ａのフレームを受信することができなくなる期間を表す。
【００５１】
図６には、装置Ｂが装置Ａ，Ｃ，Ｄから受信するフレームを電流データフレームバッファ２２にバッファリングするためのバッファ領域がサンプルカウンタ“０”〜“１１”に対応して設けられていることが示される。図中の塗りつぶしたバッファ領域には装置Ｂが受信したフレームがバッファリングされ、塗りつぶしていないバッファ領域にはフレームがバッファリングされていないことを表す。なお、電流データフレームバッファ２２には、装置Ｂ自身が作成し、他装置Ａ、Ｃ、Ｄに送信するフレームについてもバッファリングされている。
【００５２】
例えば、図５に示すサンプルカウンタ“０”の時に装置Ａ、Ｃ、Ｄが送信したフレームは、サンプルカウンタ“０”の間に装置Ｂで受信される。図６Ａに示すように装置Ｂの電流データフレームバッファ２２には、サンプルカウンタ“０”で装置Ａ、Ｂ、Ｃから送信されたフレームがバッファリングされる。このため、サンプルカウンタ“１”の時に装置Ｂが行うリレー演算には、サンプルカウンタ“０”で各装置が装置Ｂに送信したフレームに載せられた電流データが使用される。すなわち、このときの遅延サンプル数は“１”である。
【００５３】
同様に、図５に示すサンプルカウンタ“１”の時に、装置Ａ、Ｃ、Ｄが送信したフレームは、サンプルカウンタ“１”の間に装置Ｂで受信される。図６Ｂに示すように装置Ｂの電流データフレームバッファ２２には、サンプルカウンタ“１”で装置Ａ、Ｂ、Ｃから送信されたフレームがバッファリングされる。このため、サンプルカウンタ“２”のときに装置Ｂが行うリレー演算には、サンプルカウンタ“１”で各装置が装置Ｂに送信した電流データが使用される。このようにサンプルカウンタ“０”、“１”において、装置Ａ〜Ｄの全てのバッファ領域にフレームがバッファリングされている状態では、フレームの連続性を保証できている。
【００５４】
ここで、サンプルカウンタ“１”の途中で、装置Ａ−Ｂ間の通信路に異常が発生した場合を考える。
通信路に単一異常が発生すると、装置Ｂは、装置Ａからの左回りフレームＦ１を受信できなくなる。サンプルカウンタ“２”のときには、装置Ｂは装置Ａからフレームを受信できないため、装置Ｂのバッファ領域にフレームをバッファリングすることができない。なお、装置Ａは、サンプルカウンタ“２”の時に、右回りフレームＦ２を送信する。
その後、図６Ｃ、図６Ｄに示すようにサンプルカウンタが“２”、“３”に増加した後も、装置Ｂのバッファ領域にフレームはバッファリングされていない。
【００５５】
装置Ｂは、サンプルカウンタ“４”にならなければ、サンプルカウンタ“２”で装置Ａから送信されたフレームを受信することができない。装置Ｂは、サンプルカウンタ“４”になったタイミングで装置Ａがサンプルカウンタ“２”で送信した通信遅延時間の大きい右回りフレームＦ２を受信すると、図６Ｅに示すように装置Ｂのバッファ領域にフレームをバッファリングすることができる。このように通信路に単一異常が発生すると、装置Ｂが、サンプルカウンタ“１”のフレームを受信した後、サンプルカウンタ“２”のフレームを受信するまでの受信間隔が長くなってしまう。すなわち、遅延サンプルを“１”としていると、サンプルカウンタ“３”のときには、装置Ａのサンプルカウンタ“２”のフレームが受信されていないため、フレームの同時性を保つことができなくなる。
【００５６】
この受信間隔はフレームの右回りと左回りにおける通信遅延の時間差に依存している。この受信間隔が電流差動演算の周期より長くなった場合、装置Ｂには、全装置（装置Ａ，Ｃ，Ｄ）から送信されるフレームを揃えられない期間が発生し、その間は電力系統の保護機能がロックされる。保護機能のロック中に系統事故が発生した場合、電力系統に被害が及ぶ可能性がある。
【００５７】
＜通信路の異常が回復したときのフレーム＞
次に、通信路の異常が回復した場合におけるフレームのタイムチャートについて説明する。
図７は、通信路の異常が回復したときにおけるフレームのタイムチャートである。
図８は、装置Ｂの電流データフレームバッファ２２にバッファリングされるフレームの例を示す。図８Ａはサンプルカウンタ“２”、図８Ｂはサンプルカウンタ“３”、図８Ｃはサンプルカウンタ“４”におけるバッファリングされたフレームの例を示す。
図７と図８においても、サンプルカウンタ２１の値を「サンプルカウンタ」と記載する。
【００５８】
図７に示すタイムチャートにおいて、図中に実線で示す矢印４１は、サンプルカウンタが“２”の時に装置Ａ、Ｃ、Ｄから送信された装置Ｂ宛のフレームである。破線で示す矢印４２は、サンプルカウンタが“３”の時に装置Ａ、Ｃ、Ｄから送信された装置Ｂ宛のフレームである。一点鎖線で示す矢印４３は、サンプルカウンタが“４”の時に装置Ａ、Ｃ、Ｄから送信された装置Ｂ宛のフレームである。そして、両矢印４４は、装置Ｂが受信するフレームに不連続が発生する期間を表す。
【００５９】
図７に示すようにサンプルカウンタ“０”、“１”の期間で装置Ｂと装置Ａの間に発生した通信異常が継続している。ただし、図５に示したように装置Ｂと装置Ａの間における受信間隔が一時的に長くなった後は、通信路の異常が継続していても装置Ｂが装置Ａからの右回りフレームＦ２を受信するため、保護機能のロックは解除される。なお、サンプルカウンタ“０”、“１”の時にも装置Ａ、Ｃ、Ｄが装置Ｂにフレームを送信しているが、図７と図８では共に記載を省略する。
【００６０】
図７に示すようにサンプルカウンタ“２”、“３”の間で装置Ａ−Ｂ間の通信路の異常が回復した場合を想定する。このとき、装置Ｂでは、サンプルカウンタ“２”で装置Ａから送信された通信遅延時間の大きい右回りフレームＦ２を受信する前に、サンプルカウンタ“３”で装置Ａから送信された通信遅延時間の小さい左回りフレームＦ１を受信する。そして、図８Ｂに示すようにサンプルカウンタ“３”の時に装置Ｃ、Ｄが送信したフレームが装置Ｂで受信され、図８Ｃに示すようにサンプルカウンタ“４”の時に装置Ａ、Ｃ、Ｄが送信したフレームが装置Ｂで受信される。なお、図８Ｃでは、各フレームが装置Ｂに受信された順番をバッファ領域内に（１）〜（３）と示している。ここで、装置Ａ、装置Ｃから送信されたフレームは装置Ｂに同時に受信されるので、共に（１）としている。通信路の異常が回復した後、サンプルカウンタ“４”の時には、装置Ｂが“３”、“２”、“４”の順でフレームを受信するため、装置Ｂが受信したフレームに不連続が発生する。
【００６１】
しかし、冗長化された通信路の異常時に発生するフレームの同時性及び連続性を保証し、シームレスな運用を行うことが可能とすることが必要である。そして、ディジタル保護制御装置１０が電流差動方式のリレー演算を行うためには、自装置が他の全ての装置から同一のサンプルカウンタで送信されたフレームを受信して揃えなければならない。このため、主制御部１は、通信遅延時間を考慮して、サンプルカウンタ２１の値より遅れたタイミングで電流データフレームバッファ２２からフレームを読み出し、リレー演算を行う。
【００６２】
しかし、リレー演算で使用されるカウンタの遅れを、通信路が健全である時の最短値とすると、フレームの到着がわずかに遅れても、許容される通信遅延時間内に全ての装置から送信されたフレームを揃えられず、受信したフレームの連続性を保証できなくなる。このため、最大遅延時間に相当するサンプル数だけ、リレー演算で使用されるカウンタを遅らせておけば、通信路に異常が発生し、異常から回復した時であっても全ての装置から送信されたフレームを揃えることができる。
【００６３】
また、最大遅延時間の制約は余裕度が大きいため、実際の遅延時間とは乖離している。そして、受信装置がフレームを受信したタイミングが遅いと、このフレームから読み出した電流データを用いるリレー演算の開始も遅れてしまう。結果的に、系統事故が発生してから、保護処理部１２が遮断器２０の開放指令を出力するまでの時間が長くなるので、電力系統の保護の観点からは好ましくない。
【００６４】
このため、第１の実施の形態例に係るディジタル保護制御装置１０においては、通信路に適用されるネットワークトポロジに応じて、通信路に単一異常が発生した際の通信遅延時間を事前に算出しておく。そして、ディジタル保護制御装置１０は、算出した通信遅延時間に相当するサンプル数だけカウンタを遅らせる。これにより、主制御部１がリレー演算に使用するフレームの連続性を保証することが可能となり、かつリレー演算を無用に遅延させることが無くなる。
【００６５】
ＨＳＲにおいて通信遅延時間を算出する方法の一例を以下に説明する。
図４に示したように４台の装置Ａ〜ＤによってネットワークＮ１が構成されているものとする。ここでは、装置Ａに焦点を当てて説明する。
【００６６】
装置Ａは、通信路の通信遅延時間を計測するために用いる、遅延時間計測用フレームを全装置に向けて一定周期で送信する。この遅延時間計測用フレームには、装置Ａのローカル時刻が送信タイミングを示す情報として載せられているものとする。そして、装置Ａ〜Ｄのローカル時刻は、同期が確立している状態であるとする。
【００６７】
通常のＨＳＲでは、装置Ａが右回り及び左回りの両経路に同一データのフレームを送信するので、装置Ａは、通常時は遅延時間の早い経路を経由する先着フレームしか受信しない。しかし、本実施の形態例においては、装置Ａの冗長化通信制御部６は、右回り及び左回りの片方向ずつ順にフレームを送信することで、遅延時間の早い経路を経由する先着フレームばかりか、遅延時間の遅い経路を経由する後着フレームも受信する。これにより、装置Ａの通信遅延時間計算部１１は、冗長化通信制御部６が送信したフレームを受信するまでの時間に基づいて通信系統毎に通信遅延時間を計算する。すなわち、装置Ａは、右回りの遅延時間と、左回りの遅延時間とを個別に求めることが可能となる。
【００６８】
ここで、装置Ａに対する装置Ｂ、Ｃ、Ｄの通信遅延時間について説明する。
図９は、装置Ａが算出した装置Ｂ、Ｃ、Ｄとの通信遅延時間の例を示す説明図である。
【００６９】
装置Ａは、ネットワークに接続されている全ての装置Ｂ、Ｃ、Ｄから遅延時間計測用フレームを受信した時点で、右回りの経路と、左回りの経路の通信遅延時間を算出し、最大通信遅延時間を求める。右回りの経路と、左回りの経路の通信遅延時間の和が通信路全体の最大遅延時間である。
【００７０】
例えば、装置Ｂが送信したフレームが装置Ａに到達するまでの通信遅延時間は、装置Ｂを起点として右回りの経路であれば０．５ｍｓであり、左回りの経路であれば３．５ｍｓである。このため、最大通信遅延時間は、４．０ｍｓ（＝０．５ｍｓ＋３．５ｍｓ）となる。装置Ｃ、Ｄが送信したフレームが装置Ａに到達するまでの通信遅延時間についても同様に求められる。
【００７１】
そして、通信遅延時間計算部１１は、求めた最大遅延時間を１サンプルあたりの時間で割ることにより、通信路に単一異常が発生した場合でもフレームの連続性及び同時性が保証される遅延サンプル数を算出する。図４に示した例では、通信路全体の最大遅延時間は４．０ｍｓであり、この値を、例えば５０Ｈｚ系統における１サンプルあたりの時間（１．６７ｍｓ）で割ると約２．４サンプルとなる。このため、解（２．４サンプル）を切り上げた３サンプルだけ遅延させたサンプルカウンタ２１の値をリレー演算に用いればよい。なお、６０Ｈｚ系統では最大遅延時間（４．０ｍｓ）を１サンプルあたりの時間（１．３８８ｍｓ）で割ると約２．８サンプルとなる。この場合も、解（２．８サンプル）を切り上げた３サンプルだけ遅延させたサンプルカウンタ２１の値をリレー演算に用いればよい。
【００７２】
すなわち、サンプルカウンタ“３”であるリレー演算では、各装置がサンプルカウンタ“０”の時に送信したフレームから取り出した電流データを使用する。同様に、サンプルカウンタ“４”のリレー演算では、各装置がサンプルカウンタ“１”の時に送信したフレームから取り出した電流データを使用する。このように遅延させたサンプルカウンタ２１の値をリレー演算に用いることで、通信路のいかなる箇所に単一異常が発生し、回復しても、フレームの連続性を保ち、さらにはリレー演算で使用する電流データの連続性をも保つことが可能となる。
【００７３】
なお、全ての装置間でローカル時刻の同期が確立している状態であれば、装置Ａから遅延時間計測用フレームを受信した装置Ｂ〜Ｄであっても、自装置のローカル時刻との差分を取ることで、装置Ａとの通信遅延時間を求めることができる。ここでは装置Ａの送信に焦点を当てたが、全ての装置は上記のように遅延時間計測用フレームを送信することができる。
【００７４】
以上説明した第１の実施の形態例に係るディジタル保護制御装置１０によればＨＳＲで構成される冗長化された通信路に単一異常が発生した際に、電力系統の保護を継続するために必要なフレーム（データ）の連続性及び同時性を保証することができる。
【００７５】
また、ディジタル保護制御装置１０は、通信路に発生した異常が回復した後にも、フレーム（データ）の連続性及び同時性を保証することができる。このため、通信路の異常発生から回復に至るまでの間でフレーム（データ）の欠損がなくなり、シームレスな運用を行うことが可能となる。
【００７６】
なお、第１の実施の形態例では、ＨＳＲによる遅延時間計測を説明した。しかし、ＰＲＰはループのネットワークトポロジでない。このため、ＨＳＲでは通信路全体の最大遅延時間を右回りと左回りの通信遅延時間の和で求めたところを、ＰＲＰではＡ系とＢ系の通信遅延時間のうち、大きい通信遅延時間を最大通信遅延時間とすればよい。
また、第１の実施の形態例では、電流差動方式のリレー演算について説明したが、リレー演算の方式は問わない。
【００７７】
また、通信路全体の通信遅延時間が動的に変動する可能性がある場合は、各装置が周期的にネットワークの通信遅延時間を計測し、リレー演算で使用するサンプルカウンタを再計算してもよい。通信路全体の遅延が動的に変動する可能性がある場合は、ここで計算したサンプルカウンタに対して、さらに裕度を持たせてもよい。
【００７８】
また、第１の実施の形態例では、遅延時間計測のために専用のフレームを送受信する例を説明したが、他のフレームと兼用してもよいし、別の方法で遅延時間を求めることができればそれでもよい。
【００７９】
［２−１．第２の実施の形態例（ＰＲＰでの時刻同期）］
次に、本発明の第２の実施の形態例に係るディジタル保護制御装置について説明する。第２の実施の形態例に係るディジタル保護制御装置のローカル時刻と、他装置のローカル時刻は必ずしも同期していないため、自装置と他装置のローカル時刻を同期させることが必要となる。
【００８０】
＜ディジタル保護制御装置の内部構成例＞
図１０は、ディジタル保護制御装置１０Ａの内部構成例を示すブロック図である。ディジタル保護制御装置１０Ａが有する機能ブロックの内、第１の実施の形態例に係るディジタル保護制御装置１０と同じ符号を付した機能ブロックは実質的に同一の機能を有している。
【００８１】
主制御部１Ａは、上述した通信遅延時間計算部１１、保護処理部１２に加えて、受信ポート判定部１３、時刻同期演算部１４を備える。
【００８２】
受信ポート判定部１３は、冗長化通信制御部６が受信する先着したフレームが送信された通信系統がＡ系、Ｂ系のいずれであるかを判定する通信系統判定部の一例として用いられる。この受信ポート判定部１３は、ポートとして用いられる第１通信部６３と第２通信部６４のいずれがフレームを受信したかを判定することで、先着受信したフレームがＡ系又はＢ系のいずれの通信路を経たのかを把握することができる。そして、受信ポート判定部１３は、受信ポートの判定結果を時刻同期演算部１４に出力する。
【００８３】
時刻同期演算部１４は、受信ポート判定部１３によって判定された通信系統に対して、冗長化通信制御部６が他装置との間で送受信したフレームにより、他装置との間で主記憶用メモリ２に管理されるローカル時刻を同期する。例えば、時刻同期演算部１４は、フレームを受信したポート（第１通信部６３又は第２通信部６４）の情報に基づいて、Ａ系又はＢ系の通信路の経路遅延値を算出し、自装置が管理するローカル時刻を、他装置が管理するローカル時刻と同期する演算を行う。時刻同期演算部１４が行うローカル時刻の同期演算については詳細な処理を後述する。
【００８４】
電流差動保護方式による保護演算においては、冗長化された通信路で接続された全ての装置で同時にサンプリングされた電流データを使用する。このため、ネットワークに接続された全ての装置が有するアナログ入力部５のサンプルタイミングを高精度に同期させる必要がある。ネットワークを用いた時刻同期方式として、ＮＴＰ（Network Time Protocol）、ＳＮＴＰ（Simple Network Time Protocol）、ＰＴＰ（Precision Time Protocol）等が挙げられる。ネットワーク上でサンプルタイミングを同期させるための手法は種々ある。ここでは、その手法の１つであるＩＥＥＥ（Institute of Electrical and Electronics Engineers）１５８８−２００８で規定されるＰＴＰを用いた例を説明する。
【００８５】
ＰＴＰは、ローカル時刻の基準となる主局と、主局にローカル時刻を合わせる従局とで構成される。ＰＴＰは、主局と従局間および従局と従局間で時刻情報を交換することで通信遅延とローカル時刻の差分を計算し、ローカル時刻の差分だけ従局のローカル時刻を補正することにより、主局と従局のローカル時刻を同期する手法である。ＰＴＰにはEnd To End-Delay Measurement方式と、Peer To Peer-Delay Measurement方式とがある。ここでは、ＰＴＰのEnd To End-Delay Measurement方式について説明する。
【００８６】
＜ＰＴＰの実行手順＞
図１１は、冗長化されていない通信路におけるＰＴＰの実行手順の例を示すフローチャートである。
図１２は、図１１の処理において、ＰＴＰのEnd To End-Delay Measurement方式により主局と従局の間で行われるメッセージ通知の一例を示すシーケンス図である。図１２には、図１１において、主局と従局が互いにメッセージを通知する処理に対応するステップ番号が付されている。主局はＨＳＲ（図１を参照。）又はＰＲＰ（図２を参照。）における装置Ｂ、従局は装置Ｄとして良いが、主局と従局の関係は一意に定まるものではない。以下の説明で用いる時刻とは、主局と従局がそれぞれ管理するローカル時刻から求められた値を表す。メッセージは、主局と従局が互いに送受信するフレームに含まれているものとする。
【００８７】
始めに、主局は、従局にSyncメッセージを送信する（Ｓ１）。このとき、主局はSyncメッセージの送信時刻t1を記憶する（Ｓ２）。従局は、Syncメッセージを受信すると、Syncメッセージの受信時刻t2を記憶する（Ｓ３）。
【００８８】
主局は、次のいずれかの方法で送信時刻t1を従局に通知する（Ｓ４）。第１の方法は、Syncメッセージに送信時刻t1の情報を載せる方法（１ｓｔｅｐ方式）である。第２の方法は、Syncメッセージに続くFollow_upメッセージに送信時刻t1の情報を載せる方法（２ｓｔｅｐ方式）である。
【００８９】
続いて、従局は、主局にDelay_Reqメッセージを送信する（Ｓ５）。このとき、従局はDelay_Reqメッセージの送信時刻t3を記憶する（Ｓ６）。主局は、Delay_Reqメッセージを受信すると、Delay_Reqメッセージの受信時刻t4を記憶する（Ｓ７）。
【００９０】
そして、主局はDelay_Respメッセージに受信時刻t4の情報を載せ、受信時刻t4を従局に通知する（Ｓ８）。Delay_Respメッセージを受信した従局は、t1，t2，t3，t4から、主局と従局間の通信遅延、時刻の差分を計算する（Ｓ９）。通信遅延の計算に際して、主局と従局間の通信遅延が往復路で等しいという前提がある。従って、片道の通信遅延tdの計算は次式（１）で表され、主局と従局の時刻の差分tdiffは次式（２）で表される。そして、tdiffをもって、主局と従局は時刻を同期することができる。
【００９１】
td = { ( t4 − t3 ) ＋ （ t2 − t1 ） } ／ ２ …式（１）
tdiff ＝ ｛（t4 − t3 ） − （ t2 − t1 ） ｝ ／ ２ …式（２）
【００９２】
通常のスター型のネットワークトポロジであれば、通信路が冗長化されておらず主局と従局間の経路は唯一である。このため、図１１と図１２に示した手法で通信遅延を一意に計算することで、主局と従局の時刻同期を問題なく確立できる。しかし、ＰＲＰのように冗長化された通信路で上記手法を適用する場合、主局と従局間の経路が複数存在し、ネットワークのＡ系とＢ系で通信遅延時間は異なると考えられる。例えばSyncメッセージを先着受信した通信路系と、Delay_Reqメッセージを先着受信した通信路系が異なる可能性があり、通信遅延も唯一とはならない。そして、一組のSync，Delay_Reqを送受信する通信系統は同一でなければ、主局と従局は時刻同期を正しく行うことができない。
【００９３】
この解決策としてＩＥＣ（International Electrotechnical Commission）６２４３９−３には、ＨＳＲとＰＲＰにＰＴＰを適用する際の取り扱いが記載されている。ＩＥＣ６２４３９−３には、ＰＲＰは先着フレームを使用して、後着フレームは破棄するが、ＰＴＰで送信されたフレームについては、後着フレームの破棄をしてはならず、Ａ系及びＢ系の装置がそれぞれ同期手順を取ると規定されている。このため、従来、ＰＴＰで送信されたフレームには、ＨＳＲとＰＲＰの特徴であった先着フレームを使用し、後着フレームを破棄する原則を適用せず、複数ある経路のそれぞれで通信遅延を計測していた。また、フレームの先着後着判定は処理速度の観点からハードウェアで実装することが一般的であった。しかし、受信したフレームがＰＴＰで送信されたフレームか否かをハードウェアで判定することは、ハードウェアの複雑度が高くなるばかりか、製造コストが上昇する要因ともなっていた。また、従局が２系統の通信路からのＰＴＰメッセージを扱う必要があり、ソフトウェアの複雑度も増大する。
【００９４】
そこで、ディジタル保護制御装置１０Ａは、ＨＳＲ、ＰＲＰのように冗長化された通信路においてＰＴＰを用いて時刻同期を行う場合に、特殊なハードウェアを実装せずとも、時刻同期に用いるフレームをいずれのポートで受信したかを判定できるようにする。以下に、ディジタル保護制御装置１０Ａが、先着フレームを使用し、後着フレームを破棄するという基本を崩さずに、他装置との間で正しくローカル時刻の同期を取る方法を提案する。本実施の形態例ではＰＲＰで構成されたネットワークにおいてEnd To End-Delay Measurement方式を適用する。
【００９５】
＜ＰＲＰにおける時刻同期の実行手順＞
次に、ＰＲＰで冗長化された通信路に接続されたディジタル保護制御装置１０Ａが、ＰＴＰのEnd To End-Delay Measurement方式を使用して時刻同期を行う方法について説明する。
【００９６】
ＰＲＰにおいて、ディジタル保護制御装置１０Ａの冗長化通信制御部６は、受信ポート判定部１３によって判定された通信系統を通じて他装置とフレームを送受信する。時刻同期演算部１４は、冗長化通信制御部６が他装置との間で送受信したフレームの送信時刻及び受信時刻に基づいて通信系統の通信遅延及び時刻の差分を算出し、時刻を同期する。以下に詳細な処理を説明する。
【００９７】
図１３は、ＰＲＰのネットワークに接続されるディジタル保護制御装置１０Ａが行う時刻同期の実行手順の一例を示すフローチャートである。この実行手順では、図１２に示したＰＴＰのEnd To End-Delay Measurement方式により主局と従局の間で行われるメッセージ通知と同様の手順が用いられるため、図１３に対応するシーケンス図の記載は省略する。
【００９８】
始めに、主局は、Ａ系及びＢ系を通じて従局にSyncメッセージを送信し（Ｓ１１）、Syncメッセージの送信時刻t1を記憶する（Ｓ１２）。ここで、Ａ系は第１通信系統の一例であり、Ｂ系は第２通信系統の一例である。
【００９９】
従局は、Ａ系又はＢ系から先着したSyncメッセージを受信すると、Syncメッセージの受信時刻t2と、受信ポート判定部１３より判定された受信ポートを時刻同期演算部１４に入力する。時刻同期演算部１４は、Syncメッセージを受信した通信系統を示す値FlgSyncRXを記憶する（Ｓ１３）。従局は、Syncメッセージを受信した通信系統とは異なる通信系統から送信されたSyncメッセージは後着として破棄する。
【０１００】
主局は次のいずれかの方法で送信時刻t1を従局に通知する（Ｓ１４）。第１の方法は、Syncメッセージに送信時刻t1の情報を載せる方法（１ｓｔｅｐ方式）である。第２の方法は、Syncメッセージに続くFollow_upメッセージに送信時刻t1の情報を載せる方法（２ｓｔｅｐ方式）である。
【０１０１】
２ｓｔｅｐ方式の場合は、主局から従局へ向けてFollow_upメッセージが送信されるが、Follow_upメッセージはSyncメッセージの送信時刻t1を従局に通知することを目的としており、経路遅延時間を測定する目的のものではない。このため、従局は、Ａ系又はＢ系のどちらでFollow_upメッセージを受信しても構わない。
【０１０２】
従局は、主局にDelay_Reqメッセージを送信する際、主局からSyncメッセージをＡ系で受信したかどうかを判断する（Ｓ１５）。このとき従局は、FlgSyncRXを参照し、SyncメッセージをＡ系で受信していた場合はＡ系のみにDelay_Reqメッセージを送信する（Ｓ１５Ａ）。一方、従局は、SyncメッセージをＢ系で受信していた場合はＢ系のみにDelay_Reqメッセージを送信する（Ｓ１５Ｂ）。そして、従局はDelay_Reqメッセージの送信時刻t3を記憶する（Ｓ１６）。
【０１０３】
主局は、従局からDelay_Reqメッセージを受信すると、Delay_Reqメッセージの受信時刻t4を記憶する（Ｓ１７）。そして、主局はDelay_Respメッセージに受信時刻t4の情報を載せ、受信時刻t4を従局に通知する（Ｓ１８）。Delay_Respメッセージは、Delay_Reqメッセージの受信時刻を従局へ通知することを目的として通知されるものであり、経路遅延時間を測定することを目的としたものではない。このため、主局は、Ａ系及びＢ系にDelay_Respメッセージを送信してもよいし、従局からDelay_Reqメッセージを受信した系のみにDelay_Respメッセージを送信してもよい。
【０１０４】
Delay_Respメッセージを受信した従局は、t1，t2，t3，t4から、上式（１）を用いて主局と従局間の通信遅延を計算し、上式（２）を用いて時刻の差分tdiffを計算する（Ｓ１９）。そして、従局は、算出した時刻の差分tdiffに基づいて、主局の時刻と従局の時刻とを同期する。
【０１０５】
このようにＰＲＰにおけるディジタル保護制御装置１０Ａでは、冗長化通信制御部６がフレームを受信した通信系統を通じて他装置にメッセージを送信する。このメッセージには、他装置から受信したメッセージの受信時刻と、他装置に送信したメッセージの送信時刻とが含まれる。このため、ディジタル保護制御装置１０Ａは、メッセージを送受信した通信系統における他装置との通信遅延tdと、時刻の差分tdiffを算出し、他装置とローカル時刻を同期することができる。このようにディジタル保護制御装置１０Ａは、先着フレームを使用し、後着フレームを破棄するという基本の処理を崩すことなく、正しくローカル時刻の同期を行うことが可能となる。
【０１０６】
［２−２．第２の実施の形態例（ＨＳＲでの時刻同期）］
次に、ＨＳＲで冗長化された通信路において、隣接するディジタル保護制御装置１０Ａが、ＰＴＰのPeer To Peer-Delay Measurement方式を使用して時刻同期を行う方法について説明する。
【０１０７】
ＨＳＲにおいて、ディジタル保護制御装置１０Ａの冗長化通信制御部６は、隣接する他装置に対して、受信ポート判定部１３によって判定された通信系統にフレームを送信し、この通信系統からフレームを受信する。時刻同期演算部１４は、冗長化通信制御部６によって送信されたフレームの通信系統の経路遅延値を算出し、フレームの送信時刻及び受信時刻に基づいて算出した通信系統の通信遅延及び時刻の差分により時刻を同期する。ここで、時刻同期演算部１４は、通信遅延時間を計算するためのフレームを冗長化通信制御部６が送受信した時間により通信系統毎に経路遅延値を予め算出し、冗長化通信制御部６が送受信するフレームの通信系統に対応する経路遅延値を選択する。
【０１０８】
ＨＳＲでの時刻同期は、以下の図１４と図１５を参照して説明する経路遅延の算出処理と、図１６と図１７を参照して説明する時刻差分の算出処理とを組み合わせて行われる。
例えば、図４Ａに示した装置Ａが主局、装置Ｂ、Ｃ、Ｄが従局であるとする。装置Ｂは、隣接する装置Ａ、Ｃとフレーム（メッセージ）を送受信し、装置Ｂに隣接する装置Ａ，Ｃ間との経路遅延を求める。同様に、装置Ｃは、隣接する装置Ｂ、Ｄとフレーム（メッセージ）を送受信し、装置Ｃに隣接する装置Ｂ、Ｄ間との経路遅延を求める。ここで、装置Ｃに注目すると、装置Ｃは、装置Ａ−Ｃ間の通信遅延時間を求めるために、例えば、装置Ａから左回りでSyncメッセージを受信する。このSyncメッセージは、Syncメッセージの宛先ではない装置Ｂを経由する際に、装置Ｂによって、装置Ａ−Ｂ間の経路遅延が載せられる。このため、装置Ｃは、装置ＡからSyncメッセージを受信することで、このSyncメッセージが送信された通信系統における、装置Ａ−Ｃ間の経路遅延を取得し、この経路遅延に基づいて装置Ａとの時刻の差分を求め、装置Ａ、Ｃの時刻同期を行うことができる。以下に詳細な処理を説明する。
【０１０９】
＜ＨＳＲにおける経路遅延の算出例＞
始めに、ＨＳＲにおける経路遅延の算出手順を説明する。
図１４は、経路遅延の算出例を示すフローチャートである。
図１５は、図１４の処理において、ＰＴＰのPeer To Peer-Delay Measurement方式により従局とその隣接する装置の間で行われるメッセージ通知の一例を示すシーケンス図である。図１５には、図１４において、従局とその隣接する装置が互いにメッセージを通知する処理に対応するステップ番号が付されている。ここで、図１４と図１５に示す隣接する装置（図中では「隣端」と記す。）は主局、従局いずれでも構わない。
【０１１０】
まず、ＨＳＲで冗長化された通信路に接続される全てのディジタル保護制御装置１０Ａ（従局）は、隣接する他装置との経路遅延を測定するために、右回りの経路にPDelay_Reqメッセージを送信する（Ｓ２１）。このとき、従局は、PDelay_Reqメッセージの送信時刻t1を記憶する（Ｓ２２）。
【０１１１】
PDelay_Reqメッセージを送信した従局に隣接し、PDelay_Reqメッセージを受信した隣接する装置は、PDelay_Reqメッセージの受信時刻t2を記憶する（Ｓ２３）。続いて、隣接する装置は、PDelay_Respメッセージに受信時刻t2の情報を載せたPDelay_Respメッセージを従局へ通知し（Ｓ２４）、PDelay_Respメッセージの送信時刻t3を記憶する（Ｓ２５）。
【０１１２】
また、隣接する装置は、PDelay_Respメッセージを送信した直後に、送信時刻t3の情報を載せたPDelay_Resp_FollowUpメッセージを従局に通知する（Ｓ２６）。PDelay_Respメッセージを受信した従局は、受信時刻t4を記憶する（Ｓ２７）。
【０１１３】
ここで、経路遅延の計算に際して、通信遅延が往復路で等しいという前提がある。従って、隣接する装置からPDelay_Resp_FollowUpを受信した従局は、t1，t2，t3，t4から、隣接する装置との右回りの経路遅延λAを次式（３）により求める（Ｓ２８）。
【０１１４】
λA = {(t4 − t3) ＋ （t2 − t1）}／２ …式（３）
【０１１５】
さらに、従局は、左回りの経路に対しても上記と同様の処理（Ｓ２１〜Ｓ２８）を行って、左回りの経路遅延λBを求める。このようにして従局は、従局に隣接する２つの装置からの経路遅延λA、λBを求めることができる。
【０１１６】
＜ＨＳＲにおける時刻差分の算出例＞
次に、ＨＳＲにおける時刻差分の算出例を説明する。
図１６は、時刻差分の算出処理の一例を示すフローチャートである。
図１７は、図１６の処理において、ＰＴＰのPeer To Peer-Delay Measurement方式により主局と従局の間で行われるメッセージ通知の一例を示すシーケンス図である。図１７には、図１６において、主局と従局が互いにメッセージを通知する処理に対応するステップ番号が付されている。
【０１１７】
主局は、従局にSyncメッセージを送信する（Ｓ３１）。このとき、主局はSyncメッセージの送信時刻t5を記憶する（Ｓ３２）。例えば、図４Ａに示す主局（装置Ａ）が従局（装置Ｃ）に左回りで送信したSyncメッセージには、Syncメッセージの宛先ではない装置ＢがSyncメッセージを装置Ｃに転送する際に、装備Ｂによって装置Ａ−Ｂ間の経路遅延が載せられる。このため、従局（装置Ｃ）は、左回りの経路における装置Ａ−Ｃ間の通信遅延を経路遅延λBとして求める。一方、従局（装置Ｃ）が右回りで受信するSyncメッセージには、右回りの経路にある装置ＤがSyncメッセージを装置Ｃに転送する際に、装置Ｄによって装置Ａ−Ｄ間の経路遅延が載せられる。このため、従局（装置Ｃ）は、右回りの経路における装置Ａ−Ｃ間の通信遅延を経路遅延λAとして求める。
【０１１８】
従局がSyncメッセージを受信すると、Syncメッセージの受信時刻t6と、受信ポート判定部１３より判定された受信ポートの情報が時刻同期演算部１４に入力される。そして、従局の時刻同期演算部１４は、受信ポートの判定結果を示すFlgSyncRXを記憶する（Ｓ３３）。
【０１１９】
主局は、次のいずれかの方法で送信時刻t5を従局に通知する（Ｓ３４）。第１の方法は、Syncメッセージに送信時刻t5の情報を載せる方法（１ｓｔｅｐ方式）である。第２の方法は、Syncメッセージに続くFollow_upメッセージに送信時刻t5の情報を載せる方法（２ｓｔｅｐ方式）である。
【０１２０】
従局は、主局から右回りでSyncメッセージを受信したかどうかを判断する（Ｓ３５）。このとき従局は、FlgSyncRXを参照してSyncメッセージを受信した主局を判断する。そして、従局は、時刻t5，t6と経路遅延λA，λBから、主局と従局間の時刻の差分を計算する。従局と主局との時刻の差分tdiffは次式（４）で表される。
【０１２１】
tdiff = t6 - （ t5 ＋ λX ） …式（４）
【０１２２】
式（４）中のλXは、FlgSyncRXによって下記のように選択される。すなわち、FlgSyncRXが右回りを示す場合は、λXに経路遅延λAを使用する（Ｓ３５Ａ）。FlgSyncRXが左回りを示す場合は、λXに経路遅延λBを使用する（Ｓ３５Ｂ）。そして、従局は、算出した時刻の差分tdiffに基づいて、主局の時刻と従局の時刻とを同期する。
【０１２３】
このようにＨＳＲにおけるディジタル保護制御装置１０Ａでは、隣接した装置同士で経路遅延λA、λBを算出し、さらに時刻の差分tdiffを算出することで、他装置とローカル時刻の同期演算を行うことができる。
【０１２４】
そして、ディジタル保護制御装置１０Ａは、ＨＳＲ又はＰＲＰで構成されるネットワークであっても、先着フレームを使用し、後着フレームを破棄するという基本の処理を崩すことなく、正しくローカル時刻の同期を行うことが可能となる。
【０１２５】
また、このディジタル保護制御装置１０Ａは、通信系統を選択することで、冗長化された通信路における時刻同期をソフトウェアで実行することが可能である。すなわち、ディジタル保護制御装置１０Ａは、ハードウェア（冗長化通信制御部６）が行うＨＳＲ又はＰＲＰのフレームの先着後着判定処理を変更することなく、ソフトウェア（主制御部１）による時刻同期制御を行うことが可能となる。
【０１２６】
なお、第２の実施の形態例に係るディジタル保護制御装置１０Ａは、電力系統の保護以外の通信制御を行うための通信制御装置として用いられてもよい。
【０１２７】
また、上述した各実施の形態例では、通信フレームとして、電流データを載せた電流データフレームについて説明した。しかし、通信フレームとして、電力系統の電圧データを載せた電圧データフレームとしてもよい。
【０１２８】
また、本発明は上述した実施の形態例に限られるものではなく、請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りその他種々の応用例、変形例を取り得ることは勿論である。
例えば、上述した実施の形態例は本発明を分かりやすく説明するために装置及びシステムの構成を詳細且つ具体的に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施の形態例の構成の一部を他の実施の形態例の構成に置き換えることは可能であり、さらにはある実施の形態例の構成に他の実施の形態例の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態例の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
【符号の説明】
【０１２９】
１…主制御部、２…主記憶用メモリ、６…冗長化通信制御部、１０…ディジタル保護制御装置、１１…通信遅延時間計算部、１２…保護処理部、１３…受信ポート判定部、１４…時刻同期演算部、２１…サンプルカウンタ、２２…電流データフレームバッファ
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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