(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冗長通信能力をもつ保護継電器において、
配電ネットワーク内で保護及び制御機能を遂行するデジタル形継電器処理モジュールと、
配電系統内の線路に電気接続される接続部と、
複数の回線の内の１つを介して継電器データを通信する複数の通信ポートと
を有し、
該ポートは継電器によって１次通信回線に故障が検出されない場合には１次通信回線を介して通信し、継電器が１次通信回線に故障を検出した場合には２次回線を介して通信するように構成され、
前記１次及び２次通信回線の少なくとも一方がイーサネット回線であり、
前記１次通信回線が第１及び第２のイーサネット・プロトコルの間で選択可能であって、２次通信回線が第１及び第２のイーサネット・プロトコルの１つである、ことを特徴とする保護継電器。
【請求項２】
更に、１次通信回線の故障を検出して２次通信回線を介して通信するように継電器を切換える通信カードを有する、請求項１記載の保護継電器。
【請求項３】
前記通信カードが、継電器処理モジュールにトランスペアレントに故障の検出及び切換えを遂行する、請求項２記載の保護継電器。
【請求項４】
前記通信カードが約−４０℃乃至約＋８５℃の温度範囲に耐えるように耐久化されている、請求項２記載の保護継電器。
【請求項５】
前記１次通信回線がユーザによって決定される、請求項１記載の保護継電器。
【請求項６】
前記通信ポートがＩＥＥＥ ８０２．３ １０ＢａｓｅＴツイストペアインターフェース・ポート・ユニットを含む、請求項１記載の保護継電器。
【請求項７】
保護継電器が相手装置と継電器情報を通信する、請求項１記載の保護継電器。
【請求項８】
検出及び切換えが約１．５ｍｓ未満で遂行される、請求項２記載の保護継電器。
【請求項９】
デジタル形保護継電器に冗長通信を行わせる回路において、保護継電器情報を通信するために複数の通信回線の１つを選択することを含めて、デジタル形保護継電器とネットワークの間での保護継電器情報のやり取りを制御する直列インターフェース・アダプタ・トランシーバと、１次通信回線が選択されたとき、該１次通信回線を介して前記直列インターフェース・アダプタ・トランシーバと前記ネットワークの間で保護継電器情報を交換する第１のトランシーバと、２次通信回線が選択されたとき、該２次通信回線を介して、前記直列インターフェース・アダプタ・トランシーバと前記ネットワークの間で保護継電器情報を交換する第２のトランシーバとを有し、
前記１次及び２次通信回線の少なくとも一方がイーサネット回線であり、
前記１次通信回線が第１及び第２のイーサネット・プロトコルの間で選択可能であって、２次通信回線が第１及び第２のイーサネット・プロトコルの１つであることを特徴とする、回路。
【請求項１０】
前記直列インターフェース・アダプタ・トランシーバが１次の通信回線における故障又は干渉の存在に基づいて通信回線を選択する、請求項９記載の回路。
【請求項１１】
前記第１の通信回線がユーザによって決定される、請求項１０記載の回路。
【請求項１２】
前記複数の通信回線の少なくとも１つが１０ＢａｓｅＴイーサネット回線を含む、請求項９記載の回路。
【請求項１３】
前記複数の通信回線の少なくとも１つが１０ＢａｓｅＦＬイーサネット回線を含む、請求項９記載の回路。
【請求項１４】
前記第１のトランシーバが１０ＢａｓｅＴから１０ＢａｓｅＦＬへの変換器である、請求項９記載の回路。
【請求項１５】
前記第２のトランシーバが１０ＢａｓｅＦＬトランシーバである、請求項９記載の回路。
【請求項１６】
前記直列インターフェース・アダプタ・トランシーバが、前記第１のトランシーバとインターフェース接続されるツイストペアインターフェースと、前記第２のトランシーバとインターフェース接続されるＩＥＥＥ ８０２．３アクセス・ユニット・インターフェース・ポートとを含む、請求項９記載の回路。
【請求項１７】
前記回路がネットワーク内の相手装置と通信する、請求項９記載の回路。
【請求項１８】
前記回路が約−４０℃乃至約＋８５℃の温度範囲に耐えるように耐久化されている、請求項９記載の回路。
【請求項１９】
１次及び２次通信回線を含み、該１次及び２次通信回線の少なくとも一方がイーサネット回線である保護継電器からの保護継電器情報を送信する方法において、
送信すべき保護継電器情報を受取り、
１次通信回線に故障又は干渉状態があるかどうかを判定し、
前記１次通信回線が第１及び第２のイーサネット・プロトコルの間で選択可能であって、２次通信回線が第１及び第２のイーサネット・プロトコルの１つであり、前記１次通信回線に故障又は干渉状態がなければ、前記１次通信回線で保護継電器情報を送信し、１次通信回線に故障又は干渉状態がある場合、保護継電器情報の送信を２次通信回線に切換える工程を含む、方法。
【請求項２０】
前記１次通信回線及び２次通信回線の少なくとも１つがイーサネット回線である、請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
前記判定する工程が直列インターフェース・アダプタ・トランシーバによって遂行される、請求項１９記載の方法。
【請求項２２】
前記判定する工程が保護継電器に対してトランスペアレントである、請求項１９記載の方法。
【請求項２３】
前記切換える工程が約１．５ｍｓ未満で遂行される、請求項１９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【関連出願】
本発明は本願出願人に譲渡された下記の係属中の出願に関連する。
【０００２】
【発明の分野】
本発明は総括的にはインテリジェントネットワーク式保護継電器に関する。更に具体的には、本発明は保護継電器データのネットワーク通信の為の冗長通信方式を提供する。
【０００３】
【発明の背景】
配電系統の保護制御を一段と高める為、保護継電器データを通信する通信能力を具えたインテリジェント保護継電器装置が開発されている。今日まで、毎秒１メガビット未満のデータ速度を使い、ＲＳ−４８５、ＲＳ−２３２、光ファイバ非同期直列インターフェース又はＵＡＲＴインターフェースを使って、ネットワーク通信能力が実現されている。典型的には、ネットワーク式保護継電器の間の通信が、「マスタ−スレーブ」プロトコルを用いて実施されており、このときネットワークのある装置が優先権をもつ。例えば、Ｓｕｎ他の米国特許第４９７２２９０号には、保護継電器の遠隔監視及び制御が出来る配電系統が記載されている。この米国特許に開示されたシステムは、アナログ形保護継電器の活動を連続的に監視するスレーブ局と、監視するスレーブ局と通信してネットワーク継電器データを記憶するマスタ局とを含む。この米国特許には、ＲＳ−２３２通信回線を介しての継電器データの通信も開示されている。
【０００４】
通信能力をもつ保護継電器が望ましいことは認識されているが、保護継電器情報を通信する公知の方式には欠点がある。例えば公知の継電器通信方式は、雑音（例えば電磁妨害に由る）及び通信線路の故障に関係する潜在的な問題に適切に対処することができないだけでなく、（１Ｍｂｐｓを超える）高速通信能力を適切に得ることができない。更に、インテリジェント保護継電器が動作する環境は比較的広い温度変動を初めとする過酷な条件に曝されるので、保護継電器用の信頼性があって故障にも耐える高速通信方式を提供するという問題についての解決策を提供する上での設計上の問題となる。
【０００５】
【発明の要約】
本発明は配電系統内のネットワーク式制御装置に対する冗長通信方式を提供することによって、上述の問題を解決するとともに、その他の利点を達成する。本発明のある例示的な実施形態では、デジタル形保護継電器には、１次イーサネット通信回線を使ったネットワークを介して相手装置と継電器情報を通信できる冗長通信回路が設けられる。通信回路は、１次通信回線上の故障又は不良を検出して通信を１次回線から２次回線に切換えることができる。回路はこの検出と切換えをメイン継電器処理回路に対してトランスペアレントに遂行する。１次通信回線の形式は、継電器をリプログラミングせずに、ユーザによって選択できるのが好ましい。更に、通信回路は、約−４０℃から約＋８５℃までの温度範囲を含み得る電力変電所に関連する運転状態に耐えるように耐久化される。通信回路は、１個のカードに複数のファイバ通信ポートを提供することが有利である。
【０００６】
以下の好ましい実施形態についての詳細な説明を図面と共に参照することで本発明の理解を深めることができよう。
【０００７】
【詳細な説明】
図１には、デジタル形保護継電器用の通信回路１０を示した。回路は直列インターフェース・アダプタ／トランシーバ１２を含んでいて、この直列インターフェース・アダプタ／トランシーバ１２が、関連するデジタル形保護継電器に電気接続されたインターフェース・コネクタ１６を介して線ＴＸＤ、ＲＸＤ、ＴＥＮＡ、ＲＥＮＡ、ＣＬＳＮ、ＴＣＬＫ及びＲＣＬＫに複数の制御信号を受取る。直列インターフェース・アダプタ／トランシーバ１２は、保護継電器データを送信及び受信する第１のポート１４ａ及び第２のポート１４ｂを含んでいる。本発明の一つの実施形態では、通信回路１０はドータ・カードとして構成され、インターフェース・コネクタ１６が直列インターフェース・アダプタ／トランシーバ１２をデジタル形保護継電器のマザーボードとインターフェース接続する。直列インターフェース・アダプタ／トランシーバ１２は、モトローラＭＣ６８１６０エンハンスト・イーサネット・インターフェース回路又は他の適当な部品によって構成することができる。
【０００８】
データ・ポート１４ａ及び１４ｂは１次及び２次通信能力をもつ。データ・ポートは同一又は異なる通信プロトコルに従ってデータを送信並びに受信することができる。ある例示的な実施形態では、第１のデータ／ポート１４ａは、ユーザが選択したイーサネット通信回線を介して１次通信能力をもつが、これについては後で更に詳しく説明する。本発明の実施形態では、第２のデータ・ポート１４ｂはアクセス・ユニット・インターフェース（ＡＵＩ）ポートに関するＩＥＥＥ規格８０２．３に従い、第１のデータ・ポート１４ａは１０ＢａｓｅＴツイストペア（ＴＰ）インターフェース・ポートに関するＩＥＥＥ規格８０２．３に従う。
【０００９】
第１のデータ・ポート１４ａはパルス変成器及びフィルタ１８にインターフェース接続されており、幾つかの保護継電器装置を含むネットワークに接続された１次通信回線に送信或いはそれから受信するデータに対するアイソレーション及びノイズフィルタリングをする。１次通信回線は複数のユーザが選択可能な通信回線を含むことができる。図１に示す例では、ツイストペアインターフェースＴＰＴＸ＋、ＴＰＴＸ−、ＴＰＲＸ＋及びＴＰＲＸ−でパルス変成器／フィルタ１８と絶縁変成器２０のバンク及びプロトコル変換器２２とを接続している。絶縁変成器２０は第１の１次通信回線インターフェース２４（これは１０ＢａｓｅＴイーサネット・インターフェースとすることができる）に接続され、プロトコル変換器２２が第２の１次通信回線インターフェース２６に接続される。第１の１次通信回線インターフェース２４は、ネットワークに接続するためのＲＪ４５コネクタ又はその他の適当なコネクタを含んでいてよく、第２の１次通信回線インターフェースは光ファイバ送信器及び受信器２６ａ及び２６ｂをもっていてよい。プロトコル変換器２２が通信信号を第１及び第２の通信プロトコルの間（例えば、１０ＢａｓｅＴと１０ＢａｓｅＦＬイーサネット・プロトコルの間）で変換する。幾つかの１次回線インターフェースを使うことにより、ユーザが１次回線インターフェースの種類を選択することができることが理解されよう。更に、図１に示す形式は、設置業者が、保護継電器装置のプログラミングのやり直しをせずに、１次回線インターフェースの種類を制御することができることも理解されよう。プロトコル変換器２２は、ＭＬ４６６９集積回路又はその他の適当な部品によって構成することができる。
【００１０】
第２のデータ・ポート１４ｂが２次トランシーバ２８に接続され、これが２次光ファイバ送信器及び受信器２８ａ及び２８ｂを介して、ネットワークと通信信号を交換する。２次トランシーバ２８は、ＨＦＢＲ−４６６３集積回路又はその他の適当な部品で構成することができる。
【００１１】
直列インターフェース・アダプタ／トランシーバ１２は、送信ＬＥＤ（１２ａ）及び受信ＬＥＤ（１２ｂ）に作動的に接続されている。これらのＬＥＤが供給電圧に接続されて、直列インターフェース・アダプタ／トランシーバ１２が送信動作に関与しているのか受信動作に関与しているのかを表示する。
【００１２】
動作について説明すると、直列インターフェース・アダプタ／トランシーバ１２が、図２のフローチャートに示す例示的方法に従って、ネットワークを介して保護継電器データを送信する。工程２００で、直列インターフェース・アダプタ／トランシーバ１２が、インターフェース・コネクタ１６及び線ＴＸＤ、ＴＥＮＡ、ＴＣＬＫ等を介して、保護継電器情報及び制御信号を受取る。工程２０２で、直列インターフェース・アダプタ／トランシーバ１２が送信すべき継電器情報を第１の通信フォーマット（例えば１０ＢａｓｅＴ）に従って、第１のデータ・ポート１４ａを介して、１次通信回線に出力する。第１のデータ・ポート１４ａを通る継電器情報出力は、図１に示すようにフィルタにかけ、その後、保護継電器を設置する際に予め選ばれている１次通信回線に供給することができる。図１の例では、１次通信回線が１０ＢａｓｅＴと選ばれている場合、工程２０２を実行することは、線ＴＰＴＸ＋及びＴＰＴＸ−から絶縁変成器２０を介して第１の１次通信回線インターフェース２０より継電器情報を送ることを含む。１次通信回線が１０ＢａｓｅＦＬと選ばれている場合、工程２０２の実行は、継電器情報をプロトコル変換器２２に送ることを含み、この変換器が１０ＢａｓｅＴデータを１０ＢａｓｅＦＬデータに変換し、変換されたデータを第２の１次通信回線インターフェース２６に供給する。
【００１３】
工程２０４で、直列インターフェース・アダプタ／トランシーバ１２は、１次通信回線に通信の故障があるかどうかを判定する。この判定は、例えば、第１のデータ・ポート１４ａでの有効リンク・ビート又はフレームの存在の有無に基づいて下すことができる。１次通信回線に通信の故障がなければ、プロセスは工程２０２に戻り、１次通信回線で継電器情報の送信を続ける。アダプタ／トランシーバ１２が、工程２０４で、通信の故障（例えば閾値を超える障害）が存在すると判定すると、その後、工程２０６で、アダプタ／トランシーバ１２が送信過程を２次通信回線に切換える。本発明の一面では、アダプタ／トランシーバ１２は、保護継電器のメイン処理回路の介入なしに、１次通信回線から２次通信回線への切換えを自動的に実行する。換言すれば、この切換えはメイン保護継電器制御アルゴリズムに対してトランスペアレントである。通信回線の故障の検出及び切換えはメイン保護継電器のモジュールに対してトランスペアレントであるから、メイン保護継電器処理モジュールは、通信回線の監視及び切換えという余分の負担をせずに、保護及び制御アルゴリズムの実行にそのリソースを専用にすることができる。更に、故障の検出及び切換え動作をメイン保護継電器動作から分離することにより、検出及び切換を素早く遂行して、ネットワーク通信の信頼性を高めることができる。本発明の好ましい実施形態では、１次回線の故障を検出（工程２０４）して２次回線に切換える（工程２０６）工程が、約１．５ｍｓ未満で遂行される。
【００１４】
一旦アダプタ／トランシーバ１２が２次通信回線に切換わると、送信しようとする継電器情報が、適当なデータ・フォーマットで２次トランシーバ２８に供給され、これが今の例では、１０ＢａｓｅＦＬに従って、継電器情報をネットワークに送信する。
【００１５】
図２に示すように、第２の回線を介しての送信は、１次回線の故障がなくなるまで（例えば、アダプタ／トランシーバ１２が最早故障が残っていないと判定するまで）続けることができる。工程２０８で、まだ故障が残っていると判定されると、プロセスが工程２０６に戻る。工程２０８で、最早故障が残っていないと判定されると、プロセスが工程２０２に戻る（即ち、出力が再び１次回線に切換えられる）。この代りに、送信を２次回線で不定期間、又は少なくとも２次回線に故障が起こるまで、続けることができ、故障が起こったとき、送信を再び１次回線に切換えることができることが理解されよう。
【００１６】
説明を判り易くする為、継電器情報の送信だけを説明したが、ネットワークからの継電器情報の受信が送信と同様に進められ、送信と略同時に遂行することができることが理解されよう。
【００１７】
上に述べた通信回路はネットワークを介して直接的に相手装置と通信することができること、並びに中間のマスタ通信装置への信号の通信が不必要であることが理解されよう。
【００１８】
本発明の通信回路は、保護継電器に付設されたマザーボードとインターフェース接続される１個のドータ・カードに構成することが好ましい。ドータ・カードは、保護継電器全体と共に、約−４０℃から約＋８５℃までの温度に耐えることができるように、耐久化することが好ましい。
【００１９】
普通の商業用の等級（０℃乃至７０℃）ではなく、工業用の等級（−４０℃乃至＋８５℃）を使う他に、好ましい実施形態の耐久化された装置は、例えば電気的トランジェント（例えばＡＮＳＩ／ＩＥＥＥ  Ｃ３７．９０．１）、振動性トランジェント（ＡＮＳＩ／ＩＥＥＥ  Ｃ３７．９０．１）、絶縁抵抗（ＩＥＣ  ２５５−５）、絶縁耐力（ＩＥＣ  ２５５−６）、静電気放電（ＥＮ  ６１０００−４−２、レベル４）、サージイミュニティ（ＥＮ  ６１０００−４−５、レベル５）、磁界イミュニティ（ＥＮ  ６１０００−４−８）、電圧瞬断（ＥＮ  ６１０００−４−１１）、及び／又はＲＦＩ感度（ＡＮＳＩ／ＩＥＥＥ  Ｃ３７．９０．２、ＥＮ  ６１０００−４−３）に関係する種々の電気試験を受ける。これらの試験により、装置が配電系統に普通起こるような状態に耐えることが保証される。例えば、従来のイーサネット・カードはこのような試験に合格しない。
【００２０】
以上の説明から、本発明が、配電ネットワーク内の相手となる保護装置との間での高速（例えば１０Ｍｂｐｓ）で信頼性があって故障に強いネットワーク通信を行わせることが理解されよう。更に、本発明は、ネットワーク式保護継電器にファイバによる冗長通信能力をもたせる。
【００２１】
以上の説明には色々な細部及び仕様があるが、これらは例示の為であって、本発明を制約するものと解してはならないことを承知されたい。特許請求の範囲並びにその法律上の均等物によって定められるこの請求の範囲を逸脱せずに、色々な変更が容易に考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は本発明の実施形態による保護継電器の通信回路のブロック図である。
【図２】  図２は本発明による例示的な通信方式を示すフローチャートである。
【図１】
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【図２】
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