(57)【要約】      （修正有）【課題】汎用的な通信装置を用いた保護リレーシステムの提供を図る。【解決手段】保護リレー１Ａ〜１Ｃは、各端子における系統の電気量のサンプリングタイミングを保護リレー１Ａ〜１Ｃ間で同期させる伝送・サンプリング同期制御部５を備える。この伝送・サンプリング同期制御部５は、スイッチングＨＵＢ２Ａ〜２Ｃから受け取った１ＰＰＳ同期クロック信号に基づきサンプリングタイミングを同期させる。また、スイッチングＨＵＢ２Ａ〜２Ｃは、時刻同期され、保護リレー１Ａ〜１Ｃにリレー演算に必要な電気量データを含むサンプリングパケットデータを送信する。これを受信した保護リレー１Ａ〜１Ｃがリレー演算を実行する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力系統の各端子に設けられた保護リレーを時刻同期された中継装置を介してネットワークで接続し、前記各保護リレーによって各端子における系統の電気量をサンプリングしてリレー演算を行う保護リレーシステムであって、
前記各保護リレーは、前記サンプリングのタイミングを前記保護リレー間において同期制御させる伝送・サンプリング同期制御部を備える
ことを特徴とする保護リレーシステム。
【請求項２】
前記伝送・サンプリング同期制御部は、前記中継装置から受け取ったクロック信号に基づき前記サンプリングのタイミングを同期させる
ことを特徴とする請求項１記載の保護リレーシステム。
【請求項３】
前記中継装置は、ＩＥＥＥ１５８８規格により時刻同期されていることを特徴とする請求項１または２に記載の保護リレーシステム。
【請求項４】
各保護リレー間において、前記各保護リレーが設けられた端子の電気量データを含むサンプリングパケットデータを前記中継装置経由で送受信し、
前記サンプリングパケットデータに含まれた電気量に基づき前記リレー演算を実行することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の保護リレーシステム。
【請求項５】
前記サンプリングパケットデータには、前記時刻同期の基準時計を持つ前記中継装置を特定する参照クロックＩＤと、前記中継装置の時刻同期の正常・異常を示す精度判定情報とが含まれ、
前記中継装置は、前記保護リレーに対してさらに前記中継装置間で時刻同期が目標精度以内か否かを示す同期クロック信号を送信し、
前記保護リレーは、前記同期クロック信号が目標精度以内でない場合と、前記各サンプリングパケットデータに含まれる参照クロックＩＤが一致しない場合と、前記サンプリングパケットデータに含まれる精度判定情報が異常の場合とにリレーロックを行うことを特徴とする請求項４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、伝送を用いた保護リレーシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
主にＰＣＭ（ｐｕｌｓｅ  ｃｏｄｅ  ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）電流差動保護継電装置において送電線の各端子に設けられた保護リレー（保護継電器）は、それぞれが専用装置と光ファイバーとによって接続されている。
【０００３】
ここでは各端末が同じ時刻でサンプリングした電気量を保護リレーで送受信し、その差電流を算出することで系統の事故を検出している。例えば特許文献１には、ＩＥＥＥ１５８８に規定する時刻同期と前記保護リレーとを結び付けて活用する際に時刻同期のタイミングを制御する技術が提案されている。
【０００４】
図３（ａ）は、特許文献１の４系統送電系統への適用例を示している。この送電系統は、４つの端子Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ間に設けられた送電線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３と、各端子Ａ〜Ｄに設けられた遮断器ＣＢおよび変流器ＣＴとを備えている。この変流器ＣＴにより各端子Ａ〜Ｄでの電流Ｉが検出され、遮断器ＣＴに対しては投入指令信号または引きはずし指令信号が与えられる。
【０００５】
端子ＡにはマスタユニットＭが設置され、端子Ｂ〜ＤにはスレーブユニットＳが設置されている（図中は、端子Ｂ〜Ｄ毎にスレーブユニットＳＢ〜ＳＤと示されている。）。このマスタユニットＭとスレーブユニットＳＢ〜ＳＤとの間には伝送路１６１〜１６３が設けられている。このマスタユニットＭはＩＥＥＥ１５８８の規格に合わせて時刻信号を送出するマスタ側に該当し、スレーブユニットＳＢ〜ＳＤは前記時刻信号を受信して時刻補正するスレーブ側に該当する。
【０００６】
各ユニットＭ，ＳＢ〜ＳＤでは、端子Ａ〜Ｄの電流Ｉと遮断器ＣＢの接点情報Ｘとを取り込み（図中は端子Ａ〜Ｄに応じて電流ＩＡ〜ＩＤ，接点情報ＸＡ〜ＸＤと示されている。）、スレーブユニットＳＢ〜ＳＤは取り込んだ情報を伝送路１６１〜１６３経由でマスタユニットＭに送信する。
【０００７】
マスタユニットＭでは、各端子Ａ〜Ｄにおける電流ＩＡ〜ＩＤの情報に基づき差動演算を実施し、最終的に各ユニットＭ，ＳＢ〜ＳＤから各端子Ａ〜Ｄの遮断器ＣＢに対して引きはずし指令Ｘを与える。
【０００８】
このようにマスタ／スレーブ関係のユニットＭ，ＳＢ〜ＳＤを送電線Ｌ１〜Ｌ３の各端子Ａ〜Ｄに対応させて配置し、その間を伝送路１６１〜１６３で接続することで送電線保護用の電流差動保護リレーシステムを構成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１１−２００１００
【特許文献２】特開２０１４−６４３９６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
（１）図３（ｂ）は、特許文献１のマスタユニットＭの構成を示している。ここではマスタユニットＭは、ＣＵＰ２１０，接点制御部２２０，Ａ／Ｄ変換部２３０，プロトコル制御部２４０，受信部２５１〜２５３，送信部２６０，物理層２７１〜２７３，時刻同期部２８０，周期生成部２９０を備えている。なお、スレーブユニットＳＢ〜ＳＤは、前記構成２１０〜２９０を備え、ほぼ同様に構成されている。
【００１１】
プロトコル制御部２４０は、各種フレームのデータ構造を作成し、送信部２６０に送信プロトコルデータ２４１を出力し、また受信部２５１〜２５３から受信プロコルデータ２５４〜２５６を入力する。
【００１２】
送信部２６０は物理層２７１〜２７３を介してスレーブユニットＳＢ〜ＳＤに送信データ２６１を出力し、受信部２５１〜２５３は同じく物理層２７１〜２７３を介してスレーブユニットＳＢ〜ＳＤからの受信データ２７４〜２７６を入力する。この物理層２７１〜２７３は伝送可能な電気信号への変換等を行って伝送路１６１〜１６３を通じて伝送を実行する。
【００１３】
（２）特許文献１の保護リレーシステムの構築にあたっては、端子Ａ〜Ｄに前記各ユニットＭ，ＳＢ〜ＳＤを設置する必要がある。すなわち、前記各ユニットＭ，ＳＢ〜ＳＤのような専用装置を用意しなければならず、システムの導入コストなどに問題があった。
【００１４】
特にマスタユニットＭは、スレーブユニットＳとデータ送受信を実行するためには、スレーブユニットＳの個数に応じた物理層を必要とし、スレーブユニットＳの増設に支障を生じるおそれもあった。
【００１５】
本発明は、このような従来の問題を解決するためになされ、専用装置ではなく、汎用的な通信装置を用いた保護リレーシステムの提供を解決課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、電力系統の各端子に設けられた保護リレーを時刻同期された中継装置を介してネットワークで接続し、前記各保護リレーによって各端子における系統の電気量をサンプリングしてリレー演算を行う保護リレーシステムに関し、前記各保護リレーは、前記サンプリングのタイミングを前記保護リレー間において同期制御させる伝送・サンプリング同期制御部を備える。
【００１７】
前記伝送・サンプリング同期制御部の一態様としては、前記中継装置から受け取ったクロック信号に基づき前記サンプリングのタイミングを同期させることができる。
【００１８】
前記中継装置は、ＩＥＥＥ１５８８規格により時刻同期されていることが好ましい。また、各保護リレー間において前記各保護リレーが設けられた端子の電気量データを含むサンプリングパケットデータを前記中継装置経由で送受信することが好ましい。この場合には前記サンプリングパケットデータに含まれた電気量に基づき前記リレー演算を実行する。
【００１９】
前記サンプリングパケットデータは、前記時刻同期の基準時計を持つ前記中継装置を特定する参照クロックＩＤと、前記中継装置の時刻同期の正常・異常を示す精度判定情報とを含ませることができる。
【００２０】
この場合には前記中継装置は、前記保護リレーに対してさらに前記中継装置間で時刻同期が目標精度以内か否かを示す同期クロック信号を送信する。また、前記保護リレーは、前記同期クロック信号が目標精度以内でない場合と、前記各サンプリングパケットデータに含まれる参照クロックＩＤが一致しない場合と、前記サンプリングパケットデータに含まれる精度判定情報が異常の場合とにリレーロックを行う。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、専用装置ではなく、汎用的な通信装置を用いた保護リレーシステムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態に係る保護リレーシステムの全体構成図。
【図２】同  保護リレーとスイッチングＨＵＢの詳細図。
【図３】（ａ）は特許文献１の全体構成図、（ｂ）は（ａ）のマスタユニットの詳細図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態に係る保護リレーシステムを説明する。ここでは特許文献１と同じ構成は、同一の符号を付して説明する。
【００２４】
≪構成例≫
図１および図２に基づき前記保護リレーシステムの構成例を説明する。図１は、前記保護リレーシステムの３端子送電系統への適用例を示している。ここでは送電線Ｌ１，Ｌ２の各端子Ａ〜Ｃのそれぞれに設けられた保護リレー１がスイッチングＨＵＢ２を介してそれぞれ接続され、特許文献１と同様に送電線保護用の電流差動保護リレー装置が構成されている。なお、図１中は、各端子Ａ〜Ｃに応じて保護リレー１Ａ〜１Ｃ，スイッチングＨＵＢ２Ａ〜２Ｃと示されている。
【００２５】
この端子Ａ〜Ｃ毎に保護リレー１およびスイッチングＨＵＢ２が設置され、各スイッチングＨＵＢ２間には伝送路１６１〜１６３が設けられている。この伝送路１６１〜１６３は、高価な専用の伝送回線ではなく、イーサネット（登録商標）などの安価な高速汎用伝送路が用いられている。
【００２６】
各端子Ａ〜Ｃには、遮断器ＣＢと変流器ＣＴとが設けられている。この変流器ＣＴにより各端子Ａ〜Ｃにおける電流Ｉが検出され、各保護リレー１から遮断器ＣＢに対して投入または引きはずし指令信号が与えられる。また、各保護リレー１Ａ〜１Ｃは、変流器ＣＴにて検出された端子Ａ〜Ｃの電流Ｉと、遮断器ＣＢの接点情報Ｘとを取り込む（図１中は、各端子Ａ〜Ｃに応じて電流ＩＡ〜ＩＣ，接点情報ＸＡ〜ＸＣと示されている。）。
【００２７】
この端子Ａ〜Ｃ毎に保護リレー１およびスイッチングＨＵＢ２が設置され、各スイッチングＨＵＢ２間には伝送路１６１〜１６３が設けられている。この伝送路１６１〜１６３は、高価な専用の伝送回線ではなく、イーサネット（登録商標）などの安価な高速汎用伝送路が用いられている。
【００２８】
また、各保護リレー１Ａ〜１Ｃは、変流器ＣＴにて検出された端子Ａ〜Ｃの電流Ｉと、遮断器ＣＢの接点情報Ｘとを取り込む。なお、図１中は、各端子Ａ〜Ｃに応じて電流ＩＡ〜ＩＣ，接点情報ＸＡ〜ＸＣと示されている。
【００２９】
スイッチングＨＵＢ２Ａ〜ＡＣは、レイヤー２／３のスイッチであればよく、ＩＥＥＥ１５８８に規定するＰＴＰ（Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  Ｔｉｍｅ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）の時刻同期機能を持つ。すなわち、ＰＴＰのマスタ／スレーブを自動的に選定する制御機能を備え、スイッチングＨＵＢ２Ａ〜２Ｃから基準時計が選定され、選定されたスイッチグＨＵＢ２がマスタとなる。
【００３０】
このマスタ／スレーブ関係の確立後にマスタ／スレーブ間にて「Ｓｙｎｃメッセージ（同期メッセージ）」，「Ｆｏｌｌｏｗ＿ｕｐメッセージ（同期メッセージ）」，「Ｄｅｌａｙ＿ｒｅｑメッセージ（遅延要求メッセージ）」，「Ｄｅｌａｙ＿ｒｅｓｐメッセージ（遅延応答メッセージ）」が交換される。
【００３１】
この「Ｓｙｎｃメッセージ」，「Ｆｏｌｌｏｗ＿ｕｐメッセージ」，「Ｄｅｌａｙ＿ｒｅｑメッセージ」の送受信の時刻に基づきメッセージ往復の遅延時間と時刻差（クロックのオフセット）とが算出され、スレーブ側の時刻がマスタ側の時刻に同期される。
【００３２】
保護リレー１Ａ〜１Ｃは、図２に示すように、変流器ＣＴにて検出された電流情報が入力されてＡ／Ｄ変換される入力部３と、遮断器ＣＢに対して投入または引きはずし指令信号を出力する出力部４と、サンプリング同期に必要な情報（以下、サンプリング同期情報とする。）Ｄ１，Ｄ２の送受信を制御する伝送・サンプリング同期制御部５と、入力部３の電流情報とサンプリング同期情報とに基づきリレー演算を実行する演算部（例えばＣＰＵなど）６とを有している。
【００３３】
このサンプリング同期情報Ｄ１には、各保護リレー１Ａ〜１Ｃがサンプリングタイミングを同期するために必要な１ＰＰＳ同期クロック信号と、スイッチングＨＵＢ２Ａ〜２Ｃ間において時刻同期が目標精度内か否かを示す同期クロック正常信号と、保護リレー１Ａ〜１Ｃにそれぞれ対応するスイッチングＨＵＢ２Ａ〜２Ｃの各種異常を通知する異常出力信号とが含まれる。
【００３４】
また、サンプリング同期情報Ｄ２には、スイッチングＨＵＢ２Ａ〜２Ｃ間の時刻同期に関するＰＴＰ情報パケットデータと、演算部６のリレー演算に必要な電気量データなどのサンプリングパケットデータとが含まれる。ここではＰＴＰ情報パケットデータは、スイッチングＨＵＢ２から保護リレー１に１秒おきに送信され、保護リレー１にデータを送信するスイッチングＨＵＢ２の内部時計のＩＤを示す自時計ＩＤを含んでいる。
【００３５】
サンプリングパケットデータは、各保護リレー１Ａ〜１Ｃ間においてスイッチングＨＵＢ２Ａ〜２Ｃ経由で送受信される。このサンプリングパケットデータは、図示省略のフレーム同期部と電気量部とサブコミ部とを有している。
【００３６】
このフレーム同期部には、前記自クロックＩＤと、前記基準時計として選定されたスイッチングＨＵＢ２のＩＤを示す参照クリックＩＤと、スイッチングＨＵＢ２の動作状態を示す動作モードの情報と、スイッチングＨＵＢ２の時刻同期の正常・異常を示す精度判定情報とが含まれる。
【００３７】
また、電気量部には各相の電気量データが含まれ、サブコミ部には保護リレー１の状態などの情報が含まれている。ここでは電気量部の電気量データには、入力部３に入力された電流Ｉの情報が含まれる。
【００３８】
したがって、例えば保護リレー１Ａの入力部３に入力された電流ＩＡの情報は、Ａ／Ｄ変換後にサンプリングパケットデータとして保護リレー１Ｂ，１Ｃに送信される。一方、保護リレー１Ａは、保護リレー１Ｂ，１Ｃの入力部３に入力された電流ＩＢ，ＩＣの情報をＡ／Ｄ変換後にサンプリングパケットデータとして受信する。
【００３９】
≪動作例≫
以下、前記保護リレーシステムの動作例を説明する。まず、系統の事故は、送電線Ｌ１〜Ｌ３の各端子Ａ〜Ｃに設けられた保護リレー１Ａ〜１Ｃで同じ時刻にサンプリングした電流の差電流により検出される。
【００４０】
したがって、各保護リレー１Ａ〜１Ｃ間においてサンプリングタイミングが同期されていなければならない。ここでは各保護リレー１Ａ〜１Ｃ間のサンプリングタイミングの同期制御は、スイッチングＨＵＢ２Ａ〜２Ｃから１ＰＰＳ（１秒間に１パルス）の信号を保護リレー１Ａ〜１Ｃが受信し、伝送・サンプリング同期制御部５にて実行される。
【００４１】
例えば１ＰＰＳ同期クロック信号から演算部６のＣＰＵが必要とするクロック周波数のクロック信号を生成し、生成された１ＰＰＳ信号に同期したクロック信号を使うことで保護リレー１Ａ〜１Ｃ間のサンプリングタイミングを同期させることができる。
【００４２】
このとき前記保護リレーシステムによれば、各保護リレー１Ａ〜１Ｃとレイヤー２／３のスイッチングＨＵＢ２Ａ〜２Ｃを用いるだけでサンプリングタイミングを同期させることができ、これにより専用装置ではなく、汎用的な通信装置を用いた保護リレーシステムの提供が可能となる。
【００４３】
そうすると既存の主に送電線保護を行うデジタル型電流差動リレーでは、保護リレー間の通信には特許文献１のように専用装置（マスタユニットＭ／スレーブユニットＳ）と光ファイバケーブルとが用いられているものの、汎用的な通信装置を用いてＩＰ網を構築して通信を行うことができ、システムの導入コストなどを削減することができる。この点で従来の専用線を用いた通信とＬＡＮ通信によるシステム構成の特許文献２のような導入コストの問題も解消できる。
【００４４】
つぎに各保護リレー２Ａ〜２Ｃの前記同期制御部５間にてサンプリングパケットデータを送受信し、演算部６にてリレー演算を実行する。ただし、次の場合は、正常なリレー演算ができないため、リレーロックにより誤トリップを防止する。
【００４５】
（１）同期クロック正常信号が異常を示している場合
例えばＰＴＰの時刻調整の際には、前記基準時計との調整量（秒）が記録される。この記録データの変動に基づき「最大調整量」を算出し、算出された「最大調整量」を推定精度とする。この推定精度が事前設定の「目標精度」以内か否かがスイッチングＨＵＢ２Ａ〜２Ｃにて判定され、「目標精度」以内であれば同期クロック信号を正常とする一方、「目標精度」以内でなければ同期クロック信号を異常とする。
【００４６】
（２）各サンプリングパケットデータに含まれる参照クロックＩＤが一致しない場合
通常はネットワーク上のスレーブは１つのマスタの基準時計を参照して時刻同期を実行する。ところがネットワーク異常等の原因により一度ネットワークが複数に分断され、その後再度ネットワークが復帰した際にスレーブが一時的に分断時のそれぞれ別のマスタを基準時計として参照する場合がある。この場合などに各参照クロックが一致しない状態が生じる。
【００４７】
（３）サンプリングパケットに含まれる精度判定情報が同期の異常を示している場合
例えばＰＴＰ時刻調整の際には、ＰＴＰパケットの最小往復時間と、実際にＰＴＰパケットが往復した伝送時間との時間差に基づき「測定誤差」が算出される。
【００４８】
この「測定誤差」と「推定精度」とを比較し、「推定精度」よりも「測定誤差」が大きくなければ、測定値（往復時間）を時刻補正に使用し、精度判定情報は同期の正常を示す。一方、「推定精度」よりも「今回の測定誤差」が大きければ、測定値（往復時間）は時刻補正には使用されず、精度判定情報は同期の異常を示す。
【００４９】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、各請求項に記載された範囲内で変形して実施することができる。例えば前記保護リレーシステムは、３端子送電系統だけではなく、特許文献１のような４端子送電系統などにも適用することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１…保護リレー
２…スイッチングＨＵＢ（中継装置）
５…伝送・サンプリング同期制御部
Ａ〜Ｃ…端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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