(57)【要約】  外部からの同期信号２００と内部で生成される動作クロックカウント６００とのクロック偏差を計算するクロック偏差測定部１０３と、前記クロック偏差から算出された補正データを用いて補正されたサンプリングタイミングを出力するサンプリングタイミング補正部１０４と、前記補正データを記録する補正データ記録部１０５と、前記同期信号の有無と前記補正データおよびシステムの初期設定情報から同期状態を判定する同期状態判定部１０９を備える。
2015063815.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部からの同期信号と内部で生成される動作クロックカウントとのクロック偏差を計算するクロック偏差測定部と、
前記クロック偏差から算出された補正データを用いて補正されたサンプリングタイミングを出力するサンプリングタイミング補正部と、
前記補正データを記録する補正データ記録部と、
前記同期信号の有無と前記補正データおよびシステムの初期設定情報から同期状態を判定する同期状態判定部を備えることを特徴とする信号処理装置。
【請求項２】
他の信号処理装置の同期状態を取得する他装置同期状態取得部を備え、前記同期状態判定部は、
前記同期信号の有無と前記補正データとシステムの初期設定情報および前記他の信号処理装置の同期状態とから同期状態を判定することを特徴とした請求項１記載の信号処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、信号処理装置の同期精度向上に関する。
【背景技術】
【０００２】
保護制御システムは、送電線や母線の特定の範囲（以下、系統と呼ぶ）における電気量（電圧値、電流値）を複数個所で収集する。保護制御システムは、収集した電気量から異常を検出すると、即座にその系統を遮断し、事故が他の範囲に波及することを抑制する。保護制御システムは、収集した電気量の位相ずれを低減するため、収集地点間で同期の取れた信号を電気量収集の基準として必要とする。【０００３】
保護制御システムの構成の１つとして、１台の演算装置（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ、以下ＩＥＤと呼ぶ）に対し、ローカルエリアネットワーク（以下、プロセスバスと呼ぶ）を介して複数のデータ収集装置（Ｍｅｒｇｉｎｇ Ｕｎｉｔ、以下ＭＵと呼ぶ）を接続するものがある。各ＭＵは、一定周期の同期信号、例えば、１ＰＰＳ（１ Ｐｕｌｓｅ Ｐｅｒ Ｓｅｃｏｎｄ）、ＩＥＥＥ１５８８等に基づき、タイミング同期をとることにより、他のＭＵと間で、電気量を収集する間隔（以下、サンプリングタイミングと呼ぶ）や電気量を収集した時刻（以下、タイムスタンプ値と呼ぶ）を一致させる。【０００４】
ＭＵは、同期信号の消失などの要因により、システムが要求する同期精度を保てなくなった場合、ＩＥＤに同期不良通知を行う。同期不良通知を受けたＩＥＤは、演算機能をロックし、不要な制御を実施しないようにする。【０００５】
ＭＵが、同期信号を消失した場合にでも、自身が収集した電気量と、他のＭＵが収集した電気量との差異、もしくは、他のＭＵが収集した電気量との位相差を比較することにより、同期精度を保つ手段が提案されている（例えば、特許文献１）。前記手段により同期精度が保たれている間、ＭＵはＩＥＤに同期不良通知を送信せず、同期状態と同様に処理を継続することが可能となる（以下、自走同期状態と呼ぶ）。ＭＵは、自走同期状態中に同期信号が復帰すれば、通常の同期状態に復帰する。ＩＥＤは、ＭＵが自走同期状態をとることによって、一時的な同期信号の消失に過度に反応せず、演算を継続して行うことが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−１８６１６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来では、ＭＵが同期信号を消失した際に、他のＭＵが収集した、同一のタイムスタンプを有する電気量との差異、もしくは、他のＭＵが収集した電気量との位相差を比較することで、自走同期状態を判定している。つまり、他のＭＵと接続されている必要があり、ＭＵが１台しかなかった場合、自走同期状態を判定することができないと言う課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明は、上記のような問題点を解消する為になされたものであり、ＭＵが１台しかない構成での自走同期状態の継続判定を可能とする信号処理装置の提供を目的とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、同期信号を消失しても、自走同期状態の継続判定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１を示すＭＵの構成図。
【図２】クロック偏差測定部におけるクロック偏差の測定手段を示す図。
【図３】サンプリングタイミング補正部がサンプリングタイミングを補正する手段を示す図。
【図４】この発明の実施の形態１における同期状態判定部にて同期状態の判定方法を示すフローチャート。
【図５】この発明の実施の形態２を示すＭＵの構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１は本実施の形態１に係るＭＵ１００の構成図を示す。
図１において、１００はＭＵ、２００はＭＵ１００に入力される同期信号、３００はプロセスバス、４００はＭＵ１００がサンプリングしたデータの結果を受け取り、演算処理を行うＩＥＤ、７００はＭＵ１００以外のＭＵ（図ではＭＵ２と表記）である。
同期信号２００は複数のＭＵ間で、タイミング同期をとることを目的にしており、ＧＰＳ受信機といった外部機器から一定周期でＭＵに入力する信号である。
プロセスバス３００は、例えば、イーサネット（登録商標）などで構成されるローカエルエリアのネットワークである。
ＩＥＤ４００はＭＵより送信されたデータを基に演算を行う機器であり、前記プロセスバス３００を経由して、ＭＵ１００とデータの送受信を行う。
【００１２】
次にＭＵ１００の構成要素について説明する。
ＭＵ１００は、外部より入力された同期信号２００を受信する同期信号受信部１０１、ＭＵ１００の内部で動作クロック信号を生成する動作クロック生成部１０２、同期信号２００と前記動作クロックとのクロック偏差を測定するクロック偏差測定部１０３、前記クロック偏差を基にサンプリングタイミングの同期ずれの調整に使用する補正データを生成するサンプリングタイミング補正部１０４、前記補正データを記録する補正データ記録部１０５、前記補正データを用いて前記動作クロックよりサンプリング信号を生成するサンプリング信号生成部１０６、前記サンプリング信号のタイミングで電気量を測定する電気量測定部１０７、同期状態判定部１０９が使用する各種設定を保管する設定データ部１０８、同期信号受信部１０１、補正データ記録部１０５、設定データ部１０８の情報を基に同期状態を判定する同期状態判定部１０９、前記測定した電気量と前記同期状態などのデータをプロセスバスに送信するためのパケットを生成するパケット生成部１１０、ＭＵ１００に対しプロセスバス３００より送受信するパケットを制御するパケット送受信部１１１、により構成される。
【００１３】
次にサンプリングタイミングを補正する手段について図２および図３を用いて説明する。
図２はクロック偏差測定部１０３におけるクロック偏差の測定手段を示す図である。図２において、６００（６００ａ、６００ｂ、６００ｃ、６００ｄ）は動作クロックのカウント、６１０（６１０ａ、６１０ｂ、６１０ｃ、６１０ｄ）はサンプリングカウント、２００ａと２００ｂは同期信号である。
以下、ＭＵ１００の動作クロック８０ＭＨｚ、同期信号２００の受信間隔を１秒、サンプリングを１秒に４０００回（サンプリング周期２５０マイクロ秒）する場合で説明する。
動作クロックカウント６００は、動作クロック生成部１０２で生成された動作クロックでカウントアップし、サンプリング周期２５０マイクロ秒（２００００カウント）分カウントアップ後、ゼロクリアするカウント値である（６００ａの右端の２００００の次は、６００ｂの左端の１となる）。このゼロクリアのタイミングで、サンプリング信号生成部１０６よりサンプリング信号が生成される。
サンプリングカウント６１０は、前記サンプリング信号毎にカウントアップし、１秒間のサンプリング回数である４０００カウント後、ゼロクリアするカウンタである（６１０ａからカウントアップし、４０００回目の６１０ｄで１秒となる）。サンプリングタイミング補正部１０４はサンプリングカウント０のサンプリングタイミングを同期信号の受信タイミングに同期させることで、他のＭＵとのサンプリングタイミング及びサンプリングカウントを同期させる。
つまり、最初の同期信号２００ａを受けてから、次の同期信号２００ｂを受けるまでの間、サンプリングカウントはちょうど４０００回、また、動作クロックカウントはリセットされた状態）となる。これに対し、図２の例では、最初の同期信号２００ａを受けてから、次の同期信号２００ｂを受けるまでの間、サンプリングカウントが３９９９回（６１０ｄ）、動作クロックカウントが１９６００回（６００ｄ）であった例を示している。
クロック偏差部１０３では、これらの情報より動作クロックのカウント数が同期信号２００ｂに対して４００カウント（４マイクロ秒）分遅いというクロック偏差情報を取得する。
【００１４】
図３は図２で測定したクロック偏差情報により、サンプリングタイミング補正部１０４がサンプリングタイミングを補正する手段を示す図である。図３において、６００（６００ｅ、６００ｆ、６００ｇ、６００ｈ）は動作クロックのカウント、６１０（６１０ｅ、６１０ｆ、６１０ｇ、６１０ｈ）はサンプリングカウント、２００ｃは同期信号である。尚、６００ｄ、６１０ｄ、２００ｂは、図２と同じである。
図３では、図２で受信した同期信号２００ｂ以降、２００ｃを受けるまでの間を用いて補正している様子を示している。
まず、サンプリングタイミング補正部１０４は、サンプリングカウント６１０ｅのサンプリング信号を４００カウント分早いタイミングで生成（６００ｅを１９６００で終了）することで、前回１秒間で発生した同期ずれを補正する。これを第一の補正と呼ぶ。
次に、今回の１秒間（同期信号２００ｂから２００ｃ迄の間）で発生が予想されるクロック偏差４００カウント分の遅れをサンプリング１０回に１回、動作クロックカウントを１カウント分、間引くことで補正を実施する。これを第二の補正と呼ぶ。
図３の例では、サンプリングタイミング補正部１０４が、同期信号２００ｂ以降、第一の補正と、第二の補正を行っている様子を示している。まず、サンプリングタイミング補正部１０４は、同期信号２００ｂを受け取った後の最初のサンプリングカウント６１０ｅで第一の補正を行っている。その後、サンプリングタイミング補正部１０４は、１０回目のサンプリングカウントに相当する６１０ｇにおいて、１回目の補正６００ｇを行い、４０００回目のサンプリングカウントに相当する６１０ｈでは、４００回目の補正６００ｈを行っている様子を示している。
尚、通常のサンプリングカウント６１０ｆに対応する、通常の動作クロックカウント６００ｆでは２００００カウントするのに対し、第二の補正を行う前記６００ｇ及び前記６００ｈでは、１カウント分差し引いた１９９９９カウントを行う。
上記補正後も４００カウントの遅れ(以下、ドリフト誤差と呼ぶ)が発生するため、サンプリングタイミング補正部１０４は、上記第二の補正のみを繰り返し実施し同期タイミングを調整していくことで同期信号との同期ずれを解消する。
【００１５】
次に本発明の動作について説明する。
図４は同期状態判定部１０９にて同期状態を判定するフローを示す図である。同期状態判定部１０９では、同期状態、非同期状態、自走同期状態の３つのいずれかの状態を判定する。
【００１６】
Ｓ１００で同期信号をシステムが許容するタイミング内で受信したかを判定する。例えば、システムが許容する同期精度を１マイクロ秒とした場合、一番目のサンプリングカウント６１０ａのサンプリングタイミングの±１マイクロ秒以内に同期信号を受信しているかで判定する。受信している場合は同期状態と判定する。
【００１７】
Ｓ１０１で現在、非同期状態かを判定し非同期状態の場合は、そのまま非同期状態を継続する。非同期状態の場合は、以降で実施する同期ずれ量の判定が不要なため、本判定を実施している。
【００１８】
Ｓ１０２の処理は、同期状態を継続していたが、同期信号がなんらかの要因で受信できなかった場合に到達する。Ｓ１０２では同期ずれ量を以下に示す２つの手段より算出する。
【００１９】
１つ目の手段は、サンプリングタイミングを補正する動作クロック１０２の分解能より同期ずれ量を算出する手段である。
例えば、８０ＭＨｚの動作クロックで前記補正手段を行った場合、同期信号とは１クロック分である１２．５ナノ秒単位での同期となる。仮に同期信号消失後に発生するドリフト誤差を０とし、同期信号消失時に消失直前のクロック偏差のデータに基づきサンプリングタイミングを補正した場合、１秒経過するごとに最大１２．５ナノ秒ずつずれることになる。システムが許容する同期精度を１マイクロ秒とした場合、同期信号消失時において最悪でも８０秒間（１マイクロ秒／１２．５ナノ秒）同期精度を保つことが可能であると計算することができる。システムが許容する同期精度はあらかじめ設定データ部１０８に保管しておく。
【００２０】
２つ目の手段は、１つ目の手段で考慮しなかった同期信号消失後に発生するドリフト誤差を推測する手段である。
ドリフト誤差を推測するためのデータとして、補正データ記録部１０５に記録されている補正データを活用する。例えば、前記１つ目の手段で算出した同期精度を保てている時間である８０マイクロ秒単位で過去の補正データの増減分を記録しておき、同期消失後はその最大値の同期ずれが発生するものとして同期ずれ量を算出する。
【００２１】
前記２つ目の手段で算出した同期ずれの最大値が５００ナノ秒とすると、同期信号消失からの経過時間をｎ秒とした場合、（５００ナノ秒＋１２．５ナノ秒×ｎ）が現在の同期ずれ量となる。
【００２２】
Ｓ１０３では、Ｓ１０２で算出した現在の同期ずれ量がシステムの許容する範囲内であるかを判定する。範囲内であれば自走同期状態、範囲外であれば非同期状態と判定する。例えば、システムが許容する同期精度を１マイクロ秒とした場合、４０秒間自走同期状態を継続することができる。
【００２３】
以上のように、過去の補正データに基づき同期ずれ量を動的に算出することで、システムが許容する同期精度を保つことが可能な自走同期状態の継続時間を判断することが可能となる。また、継続時間をあらかじめ固定された値に設定する手段と比較して、運用中に発生する温度変化や経年劣化に起因するクロック偏差の変動にも対応することが可能となる。
【００２４】
同期信号２００の種類や入力方法は、実施の形態１に記載した方法に限定されるものではなく、例えば、ＩＥＥＥ１５８８プロトコルなどを使用しプロセスバスを介して入力される構成であってもよい。
【００２５】
また、本実施の形態では、ＭＵとＩＥＤを別々の構成要素として説明したが、ＭＵとＩＥＤの機能を一つに持つ構成要素（同一の装置）であっても良い。
【００２６】
なお、本実施の形態では、同期信号受信部２００を介して、外部からの同期信号２００を受け取った後にクロック偏差測定部１０３と同期状態判定部１０９に同期信号２００を送る構成としているが、同期信号受信部２００を介さず直接、クロック偏差測定部１０３と同期状態判定部１０９に外部からの同期信号２００を送る構成としても良い。
また、本実施の形態では、動作クロック生成部１０２にて動作クロックカウント６００を生成し、クロック偏差測定部１０３とサンプリングタイミング補正部１０４に送る構成としているが、クロック偏差測定部１０３とサンプリングタイミング補正部１０４が内部で生成される動作クロックカウント６００を直接参照する構成としても良い。
【００２７】
実施の形態２．
以上の実施の形態１では、自ＭＵ内の情報に基づき自走同期状態の継続時間の判定をしていた。本実施の形態２では、他のＭＵの同期状態をも考量して、継続時間の判定を行う例を示す。
図５は本実施の形態２に係るＭＵ１００の構成図を示す。図５は、図１で示されているＭＵ１００の構成要素として、新たに、他ＭＵ同期状態取得部（他装置同期状態取得部）１１２が追加されている。
この他ＭＵ同期状態取得部１１２は、ＭＵ１００が、プロセスバス３００を介して、ＭＵ２(７００)が送信するパケットから、ＭＵ２の同期状態を入手する。
【００２８】
同期状態判定部１０９では、同期ずれ量の算出を行うため、前記他ＭＵ同期状態取得部１１２からＭＵ２（７００）の同期状態の情報を取得する。自ＭＵ１００及び，他のＭＵ２（７００）が共に自走同期状態の場合、自走同期状態中に発生する同期ずれの向きが逆方向の場合、例えば、他方が＋１マイクロ秒で、もう一方が−１マイクロ秒ずれた場合、合計して２マイクロ秒のずれとなってしまう。よって、自分だけではなく、他のＭＵも自走同期状態であった場合には、システムが許容する同期精度の半分の間のみ自走同期状態を継続するよう動作させる。
【００２９】
以上のように、他のＭＵの同期状態を取得し、他のＭＵも自走同期状態で有った場合、同期精度の半分の間のみを自走同期状態可能な期間とすることで、より正確に自走同期状態を継続することが可能となる。
【００３０】
なお、本実施の形態では、システムが許容する同期精度の半分の間、つまり、自走同期状態を最大限継続できる場合について説明したが、これよりも短い時間のみ自走同期状態を継続させるようにしてもよい。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成27年11月12日(2015.11.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部からの同期信号と内部で生成される動作クロックカウントとのクロック偏差を計算するクロック偏差測定部と、
前記クロック偏差から算出された補正データを用いて補正されたサンプリングタイミングを出力するサンプリングタイミング補正部と、
前記補正データを記録する補正データ記録部と、
前記同期信号の有無と前記補正データおよびシステムの初期設定情報を用いて、前記同期信号を有する同期状態と、前記同期信号を有しないが同期を保持する自走同期状態と、非同期状態のいずれであるかを判定する同期状態判定部を備えることを特徴とする信号処理装置。
【請求項２】
他の信号処理装置の同期状態を取得する他装置同期状態取得部を備え、前記同期状態判定部は、
前記同期信号の有無と前記補正データとシステムの初期設定情報および前記他の信号処理装置の同期状態とから同期状態を判定することを特徴とした請求項１記載の信号処理装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
従来では、ＭＵが同期信号を消失した際に、他のＭＵが収集した、同一のタイムスタンプを有する電気量との差異、もしくは、他のＭＵが収集した電気量との位相差を比較することで、自走同期状態を判定している。つまり、他のＭＵと接続されている必要があり、ＭＵが１台しかなかった場合、自走同期状態を判定することができないと言う課題があった。
この発明は、上記のような問題点を解消する為になされたものであり、ＭＵが１台しかない構成での自走同期状態の継続判定を可能とする信号処理装置の提供を目的とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本発明に係る信号処理装置は、外部からの同期信号と内部で生成される動作クロックカウントとのクロック偏差を計算するクロック偏差測定部と、
前記クロック偏差から算出された補正データを用いて補正されたサンプリングタイミングを出力するサンプリングタイミング補正部と、
前記補正データを記録する補正データ記録部と、
前記同期信号の有無と前記補正データおよびシステムの初期設定情報を用いて、前記同期信号を有する同期状態と、前記同期信号を有しないが同期を保持する自走同期状態と、非同期状態のいずれであるかを判定する同期状態判定部を備えることを特徴とする。
【国際調査報告】
2015063815.tif 000008
2015063815.tif 000009