第章

3

電力流通の信頼度を
確保する

第３章

情報研究所

情報研究所

電力流通の信頼度を確保する ● 目

次

情報研究所

上席研究員

藤川

冬樹

情報研究所

上席研究員

黒野

正裕

通信制御担当（部長）上席研究員

芹澤

善積

情報研究所

主任研究員

大塚

彰男

情報研究所

主任研究員

大谷

哲夫

情報科学担当（部長）上席研究員

松井

正一

３−１

通信ネットワーク技術 …………………………………………………………………………………………………… 21

３−２

分散処理・セキュリティ技術 …………………………………………………………………………………………… 29

３−３

電力流通管理技術 ………………………………………………………………………………………………………… 33―――――――――――――――――――――――

コラム２：インテリジェント電波測定車「ARM 号」………………………………………………………………………… 28

コラム３： OPGW 伝搬光の偏波変動と電撃点標定…………………………………………………………………………… 40

芹澤 善積（12 ページに掲載）

松井 正一（12 ページに掲載）

黒野 正裕（1984 年入所）
入所以来、電気事業における光ファイバ通信、光応用計測技術に関する研究に従事。特に光マルチドロップ伝送やコヒーレント光通
信などの研究、光ファイバ伝搬光の偏波変動解析技術や偏波制御技術を開発。現在、電波・光技術を用いたアクセス通信網の研究に取り組んでいる。

大塚 彰男（電源開発（株）より出向）
無線通信の電波伝搬、地上波デジタル TV
放送に対する送電線影響予測に関する研究に従事。

20

藤川 冬樹（1995 年入所）
次世代電力通信ネットワークの研究に従事。
これまでに ATM 技術を用いた系統保護シス
テムの提案、MPLS 技術を用いた電力通信ネットワークの研究および高信頼化手法の開発を行った。現在は、電力用分散リアルタイム
ネットワークアーキテクチャの検討および大容量・広域ネットワーク技術の総合的評価手法の研究に取り組んでいる。

大谷 哲夫（1994 年入所）
入所以来、通信網運用管理システムの設計
構築技術、および運用業務支援に関する研究に従事している。近年は、電力用通信網における通信用ソフトウェアの開発や、需要地系
統監視制御システムの開発にも携わっている。

3 −１

通信ネットワーク技術
ータよりも劣る。

3-1-1 電力用 IP ネットワーク技術（2） 構成方式の比較評価
背景・目的

ａ．性能面からの比較

高い信頼性やセキュリティが要求される電力系統の監電力アプリケーションには、さまざまな監視・制御情

視制御用通信システムは、従来、アプリケーション毎、報があり、品質・信頼性に対する要件も多種多様である。

会社毎に個別・専用システムとして構築されてきたが、これらのアプリケーションを満足させるため、IP ルー

今後は低コスト化も考慮した汎用技術の導入や関連業界

タ、MPLS、広域イーサネットの各方式に対し、実際ののグローバル化も考慮した国際標準への準拠も必要とな

電力通信網に近い規模のネットワークモデルを用いたシっている。このため、当所ではインターネットで普及しミュレーションから以下の点を明らかにした。

ている IP（Internet Protocol）をベースにした電力用統合通信網の構成を検討している。電力用統合 IP ネット（i）伝送遅延とパケット廃棄

ワークの構成技術としては、IP ルータ、MPLS（Multi

・伝送遅延についてはいずれの方式においても電力アプ

Protocol Label Switch）、広域イーサネット（Ethernet）

リケーションの遅延要求を満足する。

などがあるが、これらの技術を適用するに当たっては、・回線の混雑による遅延増加やパケット廃棄についてはそれぞれ特長を活かした最適な構成とする必要がある。

優先制御を用いれば、３つの方式のいずれにおいてもそこで、IP ルータ、MPLS、広域イーサネットによる遅延増加や廃棄を抑制することができる。

構成法について、電力アプリケーションの収容、性能面、
網構成・運用面から比較評価を行い、各方式の適用分野

（ii）信

頼

性

を明らかにした。

・ IP ルータ方式では、OSPF（Open Shortest PathFirst）を用いてルーチングを行う。OSPF の場合、回（1） 通信技術の概要と特徴

線途絶時は、再度ルーチングを行うため、回線復旧ま

前述の３構成方式のうち、IP ルータ方式は、インタで数十秒を要する。しかしながら、OSPF におけるルーネット技術として広く普及しており、コストも安価でーチング範囲を適切に分割することにより、回線途絶ある。また、ネットワーク内のトラヒックの優先度を制

時間を数秒程度に抑制できることを示した。

御する技術も充実しており、VoIP（Voice over IP）技・ MPLS ルータでは、トラヒックエンジニアリングに術による音声伝送も実用化されている。しかしながら、

より、複数の通信路を前もって設定し、片方の通信路

信頼性の面から見ると IP アドレスを用いて動的にルーが途絶した場合でも、もう一方に切り替えることによ

チングを行うため、通信路を複数確保することは難しい。

り、通信を継続させることができる。具体的方法とし

MPLS 方式は、IP ルータを高信頼化した技術であり、ては、監視パケットによる回線切替方法と、SONET

トラヒックエンジニアリングと呼ばれる技術を用いて複（Synchronous Optical Network）と呼ばれる伝送技

数の通信路を設定することができる。優先制御と組み合術を用いた FRR（Fast Re-Route）と呼ばれる方法がわせれば、通信路に対する高い信頼性を保ちつつ、遅延ある。監視パケットによる方法では、数秒オーダの切が制御された高品質なネットワークを実現することがで替時間となり、FRR ではミリ秒オーダで回線の切替

きるが、機器コストは、IP ルータよりも高くなる。

が可能となる。

広域イーサネット方式はスイッチ技術を用いており、・広域イーサネットでは STP（Spanning Tree Protocol）

高速性を持ち、低コストで構成できる。その反面、優先と呼ばれる方式を用いた場合、回線切替に数十秒を要制御や通信路の設定の柔軟性は、IP ルータや MPLS ル

するが、STP の処理を高速化した手法を用いれば、

電中研レビュー No.50 ● 21

表3-1-1

構成・運用面における各方式の比較評価

構築コスト
ルート設定・管理
伝送媒体
拡 張 性
移 行 性
柔 軟 性
スター ループ/メッシュ スター/ループ メッシュ 自 由 度

方 式

監 視
制 御

IPルータ

○

△

○

△

○

○

○

○

MPLS

△

○

○

◎

◎

◎

○

○

広域
イーサネット

◎

◎

○

△

△

○

○

○

◎：優、○：良、△：可

数秒程度で切替られる。

や MPLS が優れる。

以上をまとめると､回線故障時に要する切替時間は、（3） 適用の考え方

MPLS の場合、数 m 秒〜数秒、広域イーサネット方式
では、高速 STP を用いることにより数秒である。

以上の検討結果より、IP ルータ、MPLS、広域イーサ

一方、IP ルータは、経路制御のエリア分割を適切に

ネットのいずれの方式においても電力通信網を構築する

行えば、切替時間は数秒である。通信途絶を許容しない

ことは可能であるが、コストを重視する場合は広域イーアプリケーションへは、３つの方式とも 2 ルート確保でサネット方式、運用管理の高度化を重視する場合は、IP対応する。

ルータや MPLS の選択となる。表 3-1-2 に各方式の適用の考え方と構成例を示す。基幹系ネットワークのコアはｂ．網構成・運用面からの比較

スター/ループ構成の場合は広域イーサネット方式が、網の構築コスト、ルート設定・管理、伝送媒体の自由

メッシュ構成の場合は MPLS 方式が適している。また、度、移行性、拡張性・柔軟性、監視制御性から比較評価

基幹系のエッジ部分は、系統運用の場合は主にマイクロを行った結果を表 3-1-1 に示す。構築コストでは、広域波無線を伝送媒体として使用するため、IP ルータ方式

イーサネット方式が優れている。マイクロ波回線の収容が適し、光通信を主体とする設備保全およびローカル系を行う場合には伝送媒体に自由度のある IP ルータ方式

については、広域イーサネット方式が適している。

表3-1-2

各方式の適用の考え方と構成例

適用の考え方
適用箇所

コ
ア

用 途

系統運用
設備保全

構 成 例
（参考：基幹系ネットワークのコア系がメッシュ構成の場合）

網構成

適用方式
広域Ethernet（IPルータ）※

通信拠点

スター

広域Ethernet（MPLS）※

通信拠点

ループ

メッシュ

MPLS

IPルータ
（マイクロ波無線）

スター
（主体）

IPルータ

通信拠点

通信拠点

基
幹

通信拠点

MPLS
（光通信＋マイクロ波無線)
通信拠点

IPルータ
（マイクロ波無線）

系
系統運用
エ
ッ
ジ
設備保全

ループ
（主体）

広域Ethernet (光通信)

A系 B系

広域Ethernet（IPルータ）※

各事業所（設備保全）

系統運用
設備保全

ループ
（主体）

発変電所
発変電所

22

発変電所

広域Ethernet (光通信)

広域Ethernet※高度な品質制御・伝送媒体の使い分け等が必要な場合

各事業所（系統運用）
各事業所（設備保全）

発変電所

ローカル系

A系 B系

制御所

各事業所
（系統運用）

発変電所

導体増幅器の 1.55 μｍ光透過性とを利用したカスケード

3-1-2

大容量光ファイバ通信技術

背景・目的

接続による 1.3/1.55 μｍ帯多重増幅技術を開発した。

ｃ．偏波制御技術

光ファイバ通信は他の伝送媒体と比べて低損失、広帯光ファイバ伝搬光を安定な偏波状態に制御できれば光域といった特長があり、遠方の発変電所や本支店間などの位相や干渉を利用した高感度光通信、２光波間の非線

基幹系通信の大動脈として増加してきた。また光ファイ

形相互作用による波長変換、偏波分散補償などへの応用

バには電気絶縁、無誘導といった特長もあり、電気所構が期待できる。このため、光ファイバに加わる振動や温内など強電磁環境下における通信手段としても重要であ

度変化により、様々に変動する偏波状態を常に一定状態る。最近はユーザに直結するアクセス系通信にも適用さに変換する偏波制御装置を開発した。

れ、光ファイバ通信は身近なものになってきている。当

本装置は、図 3-1-1 に示すように、光の偏波状態の高所では、電気事業における光ファイバの有効利用を目指

速測定部と、ｚ軸伝搬のニオブ酸リチウム（LN）結晶

して研究を進めている。

の 4 つの側面に電極を蒸着した四電極 LN 結晶により構成される。装置特性としては、制御速度 17 μ sec、出力（1） 基幹系光ファイバの長距離大容量化

光の消光比 20dB、挿入損失 2.9dB を達成しており、通信線路の伝送容量は一般に伝送損失（信号の減衰）

OPGW（光ファイバ複合架空地線）への落雷によってと分散（波形の歪み）により制限され、伝送距離（m）

生ずる高速な偏波変動にも対応できる見通しが得られた。

と伝送速度（bps）の積で表される。光ファイバは低損
失かつ低分散であり、極めて伝送容量の大きい伝送媒体であるが、最近の情報化の進展とともに更なる大容量化が必要となってきている。

ｄ．将来のフォトニックネットワークに向けて
将来は、更に超高速化に応えるため、光/電気変化を介さず光信号のままルーティングや交換を行うフォトニ
ックネットワークが期待されている。そのキー技術であａ．光増幅と分散補償技術

る光スイッチング技術は、入出力ポート数が増大すると、一般の石英光ファイバでは波長分散が波長 1.31 μｍで切替え素子や導波路の数が急増して極めて複雑になる。

ゼロとなるため、電気事業では 1.3 μｍゼロ分散光ファ

当所は簡易な光スイッチの開発に取り組んでいる。そのイバが使われている場合が多い。しかし、1.3 μｍ帯で一つとして、安価な波長フィルタ素子である光ファイバの無中継伝送距離は、数 10km 程度が限界であり、発変回折格子（FBG ： Fiber Bragg Grating）を利用して１

電所間や本支店間など長距離になると中継装置が必要と素子で４値の切替えができる方法を提案し、その動作をなる。このため、光ファイバ伝送損失が最低となる波長
1.55 μｍ光を既存 1.3 μ m ゼロ分散光ファイバへ適用する際の波長分散補償技術として、逆分散ファイバやチャ

ε：楕円率角θ：偏波主軸角ープドファイバグレーティングの特性を解析した。また、
EDFA （エルビウム添加ファイバ増幅器）による 1.55
μｍ帯中継増幅技術についても研究を行い、光増幅と波長分散補償とによる長スパン回線設計法を提案した。

ｂ．波長多重伝送技術［右回り円偏波］［水平偏波］
θ＝0°
ε＝45°
ε＝0°

［偏波任意］

光分岐器

４電極LN結晶

光出力
（3：1）
+Vy

-Vx +Vx -Vy +Vy

偏波状態
測定部

+Vx

-Vx

EDFA については、波長多重伝送の高度化に向けて、
高密度波長多重（DWDM）伝送時における EDFA の波

λ/4板

光入力

Amp
-Vy

演算部
（パソコン）

断面図

長間の利得競合などの特性を、他機関に先駆けて解明した。また、EDFA の 1.3 μｍ光の透過性と 1.3 μｍ用半

図3-1-1偏波制御装置

電中研レビュー No.50 ● 23

ａ．光電波融合通信システム構成技術実証した。
更に簡便な方法として、既存の光導波路を用いない光

当所では、基地局構成とともに光ファイバ伝送路の簡スイッチの実現に取り組んでいる。通常、空間を伝搬す

素化を考慮した光電波融合通信システムの経済的構成にる光ビームは回折効果により広がるが、空間光ソリトン

ついて評価してきた。その結果、光カプラによるマルチと呼ばれる現象を用いると、伝搬する光自身が媒体の屈ドロップ構成や半導体レーザ（LD）光源と光外部変調

折率を増加させて導波路を形成し、ビーム径が広がらず器による複合変調は現状の技術でも有効であることを示に伝搬する。SBN 結晶と波長 488nm の Ar イオンレーザした。また、ミリ波とマイクロ波とを同時に光ファイバ

光を用いた実験により、導波路形成を確認した。

で伝送する際、現状ではミリ波の素子は高価な場合が多

今後、スイッチング技術など要素技術の開発とともに、電気事業におけるフォトニックネットワークの構成法にいため、ミリ波用電気回路を極力排除した高効率構成法を提案した。

ついて研究を進める予定である。
ｂ．光電波融合通信システム伝送特性予測手法（2） アクセス系光通信技術

光電波融合通信システムは様々な構成法が可能であり、光ファイバは FTTH（Fiber To The Home）に代表

最適構成法を効率的に開発するため、シミュレーション

されるようにアクセス系にも普及しつつある。将来のアによる伝送特性予測手法を確立した。伝送品質に最も影

クセス通信網は、光ファイバ網による大容量アクセス時

響を与える電気/光変換部の非線形変換特性については、代とともに無線技術によりいつでもどこでも情報を得ら

高次多項式近似により伝送品質を求める手法を開発した。

れるユビキタス社会が到来すると予想されている。当所

これにより、複数波の信号間で生ずる３次相互変調歪み

では配電系統などの制御用光通信システムの開発、光無や多値 QAM 信号における符号誤り増加等を解明できる

線通信（光空間伝送）の評価や、光電波融合通信技術のようになった。また、ミリ波帯以上の周波数で問題とな開発を行ってきた。

る光ファイバ波長分散特性の影響については、両側波帯

光電波融合通信は、図 3-1-2 に示すように、無線電波
信号を光信号に変換する際、無線電波の波形のまま光強度を変調し、光ファイバの広帯域・低損失性を利用して遠方に伝送する技術であり、システム構成機器の簡素化の位相差による CN 低下とともに、信号帯域内での偏差による BER 劣化特性を解明できる。
この成果は、光電波融合通信によるリモートアンテナの特性評価に活用した。

や様々な変調方式への対応により、経済的なシステムが期待できる。特に、今後利用が進むと予想されるミリ波

ｃ．将来のユビキタスネットワークに向けて

帯は空間伝搬損失が大きく、またその指向性が強いこと

将来は FTTH の進展とともにアクセス系の光ファイから不感地域が多数発生する。その対策として光電波融バが無数に張り巡らされるようになると、光心線の管理

合通信技術の適用が期待されている。

や効率的な光ネットワーク構築法が益々重要な問題になると予想される。

基幹系ネットワーク

制御局

無線
変調器
無線
復調器

ベースバンド信号

光ファイバ

E/O

O/E

O/E

E/O

無線信号

図3-1-224

基地局

E/O : 電気/光変換器
O/E : 光/電気変換器

光電波融合通信の基本構成

無線端末このため当所では、波長多重と光分岐による高効率なジングである。回線設計に必要となるフェージングに関光アクセス網の構成や光クロージャの高機能化による効

わる伝搬路信頼度の予測手法について、アナログ方式時

率的な光ケーブル管理法などによる光ネットワークの高代からの受信電界変動特性の解析や伝搬路信頼度設計に

度化方策に取り組んでいる。

関する検討に加え、1980 年代にディジタル化されるにまた、光ファイバ資源・無線周波数資源ともに有効利用を図るため、図 3-1-3 のように、マイクロ波・ミリ波、当たって、周波数選択性のある多重波フェージングによる回線瞬断率の推定法を開発した。

光ディジタル信号、配電線搬送など、アクセス系の様々

また、マイクロ波無線回線のフェージング発生と気象な伝送メディアを統合したメディア融合型通信システム

条件の関係について明らかにし、電波屈折率パラメータの開発を目指し、現在その要素技術の開発を進めている。

（気温、気圧、水蒸気圧）と大気安定度パラメータ（日今後、伝送容量や伝送品質だけでなく経済性や利便性

射、風速）を用いてフェージング発生確率を予測する手を考慮した最適構成法や課題解決策について提案してい法を開発した。この他、長距離回線での集中豪雨に起因

く予定である。

する降雨減衰による瞬断の解明なども行ってきた。
電力用固定マイクロ波無線回線の一つの特徴は、山間3-1-3部にある発変電所との通信回線を安価に構成するため、

高信頼度無線通信技術

無給電中継方式である反射板を多用していることである。
背景・目的

当所では、各種形状の反射板利得の計算法のほか、アン

電気事業において用いられる無線通信システムには大テナと反射板間の距離が近く、フレネル領域で動作する

きく分けて、基幹系通信としての固定マイクロ波無線と近接型反射板（ビーム給電反射板）の精密な利得計算法

アクセス系通信としての移動無線があり、この他、衛星を開発し、50GHz 帯簡易無線によるモデル実験によりそ

無線や小電力無線なども用いられている。これらの無線の妥当性を明らかにした。最近では、高能率変調方式と通信システムを設計するには、フェージングなどの影響して 16 値や 128 値の QAM（直交振幅変調）を用いた大を考慮した伝送特性の予測・評価が非常に重要となる。

容量ディジタルマイクロ波無線回線への反射板中継の適用可能性を、現場実験により明らかにするとともに、無（1） 固定マイクロ波無線の伝送特性予測・評価

線局技術審査基準に反映し得る回線設計法を提案した。

電気事業において、最も重要な無線通信回線は、基幹
電力系統の保護や監視制御用情報伝送のための固定マイクロ波無線回線である。

（2） 移動無線の伝送特性予測・評価
電力用移動無線は、専用の周波数割当を受けており、

固定マイクロ波無線回線の伝送特性に大きく影響を与

他の通信の影響を受けることなく確実な通信が可能であえるのは、気象条件によって受信状態が変動するフェー

り、主に送配電線路の保安用連絡手段として、平常時はインターネット

移動無線
光ファイバ網CWDM/PON/P-P

FTTH

集線局

無線LAN
PHS

ITS

図3-1-3

PLC

ミリ波・光FWACWDM：Coarse Wavelength
Division Murtiplex
FTTH：Fiber To The HomeITS：Intelligent Transport Systems
PLC：Power Line Communication
FWA：Fixed Wireless Access
PON：Passive Optical Network
P-P：Point to Potint

アクセス系メディア融合通信の概念

電中研レビュー No.50 ● 25

・統計的なデータから実験式を導いた「奥村モデル」

もとより非常災害時においても有効に活用されている。
移動無線システムにおけるフェージングは、固定マイ開発手法には、図 3-1-4 に示すように、上記２モデル

クロ波無線のような気象条件よりも、地表付近での移を送受信点間の地形に応じて使い分けるものであるが、動受信に伴う周囲状況の変化の影響がはるかに大きい使い分けに当たっては、電波伝搬実測によって得た

ため、受信電界強度の予測を困難にしている。特に、1,300 ヶ所以上の実測データを用い、回折リッジの数や電力用移動無線の場合、送配電線が存在するあらゆる

土地利用データの分類毎に補正値を定め、補正を行う。

地域がサービスエリアの対象となり、また基地局の送このため、開発手法と従来手法とを誤差の絶対値の累積

信出力も大きく、広い地域をカバーする（大ゾーン構

分布で比較すると、図 3-1-5 に示すように、特にエリア成）ことが多い。このため、伝搬路にはさまざまな地

設計の良し悪しを左右する誤差 10dB 以内の領域で、従上妨害物（地物）や地形が存在し、精度の高い受信電来手法よりも予測精度が向上している。

界予測を行うためには、それらを考慮した計算が必要となる。移動無線システムの受信電界予測手法は、基100

地局から通信可能な範囲を予測するだけではなく、同累積分布（％）

一周波数を用いる他の基地局への干渉電力を算出するためにも、非常に重要である。
当所では、400MHz 移動無線機による電界強度測定結果に基づく、高精度な受信電界強度予測手法（電中研手8060
従来手法１（幾何学モデル）40

従来手法２（奥村モデル）
20
電中研手法

法）を開発した。これまで一般的に用いられてきた手法
0には以下の２モデルがある。

0

5

10

・大地や山稜のような地表面形状の違いによる電波の反
図3-1-5射や回折などを個別に考慮した「幾何学モデル」

15
20
誤差の絶対値（dB）

移動無線の受信電界予測手法の比較

送受信点間のプロファイル作成

YES

反射波
考慮？
NO

＜判定基準＞
奥村モデルの準平滑地形判定基準による。
・地形起伏高が20ｍ以下
・平均地表高が20ｍ以下＜判定基準＞
・地形的に反射波が存在する
・反射点に地物が存在しない
・受信点近傍に地物が存在しない（土地利用データにより判定）
YES

準平滑地形？
YES

NO
水面あり？
YES
回折地形？
NO
NO
・平面大地伝搬損
失：LLを求める
・受信点の土地利用データにより補正を行う：Lγ

・自由空間損失：Lfを基本に、リッジ回折損失等：LCを求める・受信点の土地利用データにより補正を行う：Lβ

Ｌ＝LL＋Lγ

Ｌ＝Lf＋LC＋Lβ

奥村モデルに沿った海上補正：LW・奥村−秦式を利用して伝搬損失LPを求める
・受信点の土地利用データにより補正を行う：Lα
L＝LP＋Lα

L＝LP＋Lα

送受信点間の総合伝搬損失L

図3-1-426

25

400MHz帯移動無線回線の伝搬損失算出フロー

Ｌ＝LP＋Lα＋LW

30

（3） 衛星通信回線の伝搬特性予測・評価

障害予測計算手法を開発し、電力会社などからの要請に衛星通信回線については非常災害時の臨時回線構成に応えて、送電線や建設クレーンなどによる伝搬障害予威力を発揮しており、降雨減衰特性の評価やデータ伝送

測計算を行ってきた。近年の大容量方式での直交偏波特性への影響評価を行い、適用可能性を示した。

のコチャンネル利用（偏波共用）に対応して、交差偏波識別度（XPD ；希望偏波（主偏波）成分の交差偏波（4） 無線回線の伝搬障害予測・評価手法

成分に対するレベル比）の算出手法を追加し、計算ツ電気事業が保有する送電線や鉄塔、煙突、風車などのール化した。本計算手法の適用例として、中部電力（株）

各種工作物が、電波伝搬上の障害物となることもあり得

において、パラボラアンテナ近傍にクレーンや敷鉄板る。当所では古くから送電線によるテレビ放送波の受信などの障害物を設置した実験が行われた際の実測障害

障害予測手法に取り組み、1970 年代に予測手法を確立

量（遮蔽損失）と予測計算結果を比較したものを図 3-

し、電力会社の現場で活用されてきた。近年では、電波1-7 に示す。

伝搬および散乱理論に、ディジタル信号伝送理論を付け
加え、ディジタル地上波テレビ電波の障害予測手法へと5発展させている。この他、各種業務用無線への鉄塔や風車などの影響、中波放送アンテナへの送電線の影響などってきている。
また、固定マイクロ波無線回線についても、アナログ回線での送電線障害予測手法から、ディジタル化に伴い、さらに鉄塔や遮蔽物などによる影響量を評価する手法へと発展させた。図 3-1-6 に示すように、ディジタルマイ

0
相対受信レベル（dB）

も、モーメント法などに基づく計算手法により評価を行

−5

−10

−15
計算値
実測値

クロ波無線回線の伝搬路内（あるいはその近傍）に導体や反射体が入った場合は、それらからの再放射波や反射

−20
−5

−4

波が受信点において直接波と干渉し、受信レベルの減衰や伝送路歪みを起こす可能性がある。このため、当所で図3-1-7アンテナ〜
敷鉄板距離：26.1m−3 −2 −10
12
3
伝搬路中心に対する敷鉄板高さ（m）

45

工事用敷鉄板による伝搬路遮蔽の影響

はディジタルマイクロ波回線に対する建造物による伝搬

建造物反射

伝搬路

建造物遮蔽

図3-1-6

鉄塔やクレーンなどの導体からの散乱波

固定ディジタルマイクロ波無線回線への建造物
による伝搬障害

電中研レビュー No.50 ● 27

コラム２：インテリジェント電波測定車「ARM 号」
電波測定車の役割
我々の生活では、地上波テレビ放送、携帯電話、
無線 LAN 等のさまざまな電波が利用されている。

送電線の障害予測計算ソフトと組み合わせることにより、現地で予測値との比較解析や、実測値に基づく再計算が実施可能である。

TV 局や携帯電話会社では、電波が受信できるエリア（サービスエリア）を、標高や土地利用区分等の地形情報から設定する。しかし、利用者の周り多目的な利用方法
ARM 号は搭載する測定器を変更することにより、には、ビルや送電鉄塔等さまざまな障害物があり、前に紹介した地上波ディジタル TV 放送の受信調査

TV 局や携帯電話会社の推測する電波の受信状況よだけでなく、以下のような様々な無線網の受信調りも劣悪な環境が数多くある。この場合、劣悪な査に利用することができる。

受信状態を確認し、良好な受信環境になるよう対①

ディジタル移動無線のエリア調査

策を講じなければならない。このため、車両に測②

屋外無線 LAN のエリア調査

定用電源やアンテナ支柱を搭載し、屋外で測定で③

携帯電話のエリア調査

きるようにしたのが電波測定車である。この電波

これらの調査は、これまでに開発した各種の予測定車により、電波の受信状況を確認し、受信対測ソフトを ARM 号に搭載することで、現地での基策のためのデータを取得することができる。

地局配置設計が可能となる。

これまでの電波測定車は、電波の受信状況を測定するだけの目的に作られているため、データの今後の展開

解析は、事務所で実施していた。解析の結果、さARM 号は、現在、地上波ディジタル TV 放送のらに詳細な再調査等が必要になった場合、改めて、受信調査で主に利用している。今後、これらの測現地で測定を実施するため、非効率な作業を余儀

定結果を基に当所の電波伝搬予測技術の高精度化なくされていた。

を図っていく予定である。

そこで、当研究所では、実測場所でデータを解

また、電波測定以外でもさまざまな場面での活析することのできるインテリジェント電波測定車用が考えられるため、測定環境の整備やここで紹ARM 号（Analyze, Run and Measure）を開発した。

介した使い方以外での活用方法についても検討し、この ARM 号は実測場所でデータ解析を実施するたさらに使いやすく役に立つ車にしていきたい。

め、再調査が必要かどうかの判断が、その場ででき、効率的な作業が可能になった。
インテリジェント電波測定車の機能
ARM 号に搭載している測定器、データ取得・解析ソフトは、Ethernet を利用した車内 LAN で連携している。このため、測定器、解析ソフト間でのデータの連携が容易に行え、現地でのデータ解析
が短時間に実施することができる。
また、測定ポール上部に測定景観確認用ビデオ
カメラを搭載しており、従来、地上からしか確認できなかった電波到来方向の障害物（ビル等）を、
受信アンテナの高さで確認できるようになり、障
害物の目視的確認が容易になった。さらに測定場所を把握するための GPS も搭載しており、位置情報を利用したデータ管理が可能となっている。
現在、当研究所では ARM 号を利用して、地上波
ディジタル TV 放送の受信調査を行っており、搭載している地上波ディジタル TV 放送測定器と建物や28

電波測定車 ARM 号３−２

分散処理・セキュリティ技術
ネントレベルにおける機能改修方法を開発した。

3-2-1 通信網運用管理システム構築技術

ソフトウェア設計レベルにおける機能改修では、標準として規定されたソフトウェア仕様に新たな処理やデー

背景・目的タを追加するためのソフトウェア仕様を用意した。この

電力用通信網の運用管理業務を支援するためのシス仕様に基づいた設計を行うことにより、標準仕様を改修

テム（通信網運用管理システム）は、電力各社が個別する作業を最小限にしつつ、必要とする処理やデータのに構築し、実用に供されてきた。一方、通信事業では、追加を容易に行えるようにした。

通信サービスの迅速な導入や異なる事業者間の相互運

実行形式のソフトウェアコンポーネントレベルにおけ用性を高めるため、業界における技術標準を定める動る機能改修方法は、コンポーネントの組み合わせによりきが活発に行われている。このうち、ITU-T（国際電通信網運用管理システムを構築するという標準仕様にお気通信連合 通信標準化部門）にて定められている技術

ける基本方針を利用する。図 3-2-1 のように、機能を追

標準仕様は、TMN（Telecommunications Manage-加あるいは変更するための独自コンポーネント（修正用ment Net-work）と呼ばれている。また、国際的な業界

コンポーネント）を、改修対象となる市販コンポーネン団体である TMF（TeleManagement Forum）では、相トの近辺に配置する。修正用コンポーネントは、市販コ互運用性を重視した技術仕様や運用管理業務のプロセ

ンポーネントに送られてくるデータを先取りし、必要なスなど、より包括的な仕様を策定しており、必要に応処理を行った後、市販コンポーネントに同一のデータをじてその一部が TMN に取込まれている。

送信する。市販コンポーネントの処理が必要ない場合に当所では、TMN および関連する業界標準技術を活用

は、データの転送を行わない。このような仕組みを持つ

し、電力用通信網における運用管理システムを低コストことによって、市販コンポーネントの改造を不要とする。

で構築するための標準仕様改修技術、システムの性能をまた、構築支援ツールを利用することによって、修正用

設計段階で評価するための設計時システム評価技術、おコンポーネント作成に関わる作業量を削減する。

よび管理機能をより効率的に利用するためのポリシーベースの管理手法を開発した。

いずれの方法も、標準技術に対する影響を最小限またはゼロにすることによって、開発者の権利に関わる部分の改修を避け、システム構築における追加コストの発生（1） 標準仕様改修技術
標準技術に基づいたソフトウェアが数多く登場し、そ通信網データ管理
市販コンポーネントの多くが部品化（コンポーネント化）されている。この

通信網データ

ような市販製品を最大限活用することにより、通信網運用管理システムの構築コストを削減することが期待できる。しかしながら、標準技術は通信網運用管理一般に必要な機能に関する仕様を定めているのであり、電力用通信や電力各社固有の管理機能については実現されておら

同一データ

修正用
コンポーネント

要求を満足するための新たな管理機能を追加

遅延差の分析
通信網データず、機能改修が必要となる。
市販製品を活用しながら低コストで機能改修を実現す
るには、標準技術に対する改修作業量を最小限にし、要求された機能を実現する必要がある。当所では、このよ

サービス品質管理
市販コンポーネント

汎用の管理機能

ビット誤り率の分析
遅延の分析
遅延ゆらぎの分析

うな要求を満たすため、ソフトウェアの設計レベルにおける機能改修方法と、実行形式のソフトウェアコンポー

図3 -2-1 修正用コンポーネント

電中研レビュー No.50 ● 29

を回避することができる。また、標準技術が更新された

けでなく次善策をもポリシーとして表現し、それらの中か場合でも、改修のために作成されたプログラムが、標準

ら通信網の状況に適したものを自動的に選択する手法を開仕様に対し、独立あるいは最小限の依存であるため、ソ発した。ポリシーは、関連する管理機能を起動することにフトウェア保守が容易になり、コスト抑止に貢献する。

より、自動制御や監視情報の表示などを行う。
本手法では、運用管理方針が変更になり、ポリシーの（2） 設計時システム評価技術
通信網運用管理システムは、その性質上、自ずと大規模内容が変わった場合でも、選択プログラムを再設計する必要がないため、変化への柔軟な対応が実現されている。

かつ分散処理を行うシステムになる。このようなシステムの処理能力を設計段階で見極めるのは非常に難しい。しか3-2-2

ネットワークセキュリティ技術

し、導入すべきハードウェアおよび監視データ伝送網の能力算定には、設計段階での処理能力見積りが重要である。

背景・目的

当所ではこのような問題に対処するため、監視データ

インターネット技術の普及に伴い、現在では社会の至を伝送する際に標準オブジェクトが送信するメッセージ

る所でネットワーク化された情報システムが不可欠なもの数を算出する方法と、処理時間を考慮したオブジェクのとなっている。ルータ、スイッチ、光ケーブルによるトの配置・接続決定手法を開発した。

ネットワークの上に構築されたインターネットで接続さメッセージ数算出法では、オブジェクト間の結びつき
やシミュレーションの測定結果から得られたヘッダ長おれた計算機群からなるサイバースペースの上に社会生活基盤が築かれていると言っても過言ではない。

よびデータ長などを基に、ある機能を発揮するためのオ電力各社でのインターネット利用の範囲は拡大しておブジェクト集合におけるメッセージ処理量を評価する手り、今後の電力自由化の進展により、インターネットを法を開発した。また、メッセージ数算出の作業を効率化

介しての他企業との緊密な連携もますます増加すると予するため、メッセージ伝達経路を整理し、経路ごとにメ想される。このため情報セキュリティ技術の重要性はまッセージ数を容易に算出できる方法を開発した。

すます増加する。セキュリティ技術の向上は着実に進ん

処理時間を考慮したオブジェクトの配置・接続決定手法

でいるが、攻撃の手口も同時に巧妙化している。

では、大量のデータ送信が一度に発生する障害通知に関わる
オブジェクトと、定期的に監視情報を収集するポーリングに関わるオブジェクトを、負荷分散の観点から適切なハードウ（1） サイバーテロ
2001 年９月 11 日に米国で発生した同時多発テロ以降、

ェア上に配置し、高速な処理を実現するためのシステム設計

重要インフラへのサイバーテロ防止のための様々な施策を支援する。この手法における作業の流れを図3-2-2に示す。

が実施されている。ホワイトハウスは 2003 年 2 月に

これらの技術は、通信網運用管理システムを対象とした

The National Strategy to Secure Cyberspace

研究の成果であるが、オブジェクトの仕様および処理の内た文書を発行し、今後の取り組みを明確にした。

容が明確になれば、分散システム一般に適用可能である。

と題し我が国においても、平成 12 年 2 月 29 日（2000 年 2 月 29日）付けの文書にて「情報セキュリティ対策推進会議」が（3） ポリシーに基づく管理手法

設置され、平成 13 年 10 月 10 日には「サイバーテロ対策に

通信網の運用管理業務は、未だに多くの段階で人間の係る官民の連絡・連携体制について」が公表されている。

判断を必要とする。これは、画一的な対応をシステム構

情報セキュリティの重要性は以前にも増して高まって築時にすべて想定することが不可能であり、かつ求めらいる。サイバーテロ防止の観点からは、以下の３点かられる管理機能が時間とともに変化するためで、容易にソ考える必要がある。

フトウェアにて実現できなかったことによる。

ａ．攻撃を防止する。

この状況を改善するために、当所では「〜ならば〜する」という表現形式を持つ「ポリシー」に基づく管理手法の開発に取り組んできた。これまでに、通常の運用管理方針だ

30

ｂ．脆弱性を低減する。
ｃ．万が一攻撃を受けた場合の被害を最小化すること、復旧時間を短縮すること。

メッセージフロー

配置・接続決定のための条件設定

メッセージ数
メッセージ処理時間
処理装置の数（初期値）
要求条件（システム処理時間上限値、ポーリング周期）

障害通知用オブジェクト配置案作成

ステップA
障害通知用
オブジェクト
配置決定

各サブシステムの処理時間の計算
オブジェクト配置評価
オブジェクト配置選択

ハードウェアの改良・処理装置追加

障害通知
要求条件

Bad

・管理情報通信網
の容量変更

Good

ポーリング用オブジェクト配置
階層間の通信処理時間の計算

ステップB
性能情報
ポーリング用オブジェクト
接続決定

オブジェクト接続評価
ハードウェアの改良
オブジェクト接続選択
ポーリング
要求条件
Good

ステップBにおけるハードウェア
改良の有無

Bad

・処理装置追加
・管理情報通信網
の容量変更

有り

無し
オブジェクト
配置・接続
決定結果

図3-2-2 オブジェクト配置・接続決定手法（2） インターネット
当所ではインターネットの民間利用の初期の段階から、ために、さまざまな技術が利用できる。
ネットワークセキュリティの三要素は、「機密性」、

インターネットとの安全な接続法に関する研究を実施し、「完全性」、「可用性」である。機密性と完全性を確保す研究所の LAN を安全な形でインターネットに接続する方るための基本技術は「暗号技術」であり、機密性と可用式を開発した。さらに、インターネット技術を利用して性を確保するための基本技術は「認証技術」である。

の分散型情報システムの利用拡大に伴い、分散型情報シ

機密性と完全性を確保するためには暗号技術の利用は必

ステムのセキュリティ維持管理方式についての検討、ネ須である。また、強力な認証システムのためにも暗号技術

ットワークセキュリティ技術についての動向調査を継続が必要である。強度の高い暗号が使えるようになっており、して実施している。近年では情報セキュリティ確保に、

高速処理可能な暗号の標準化も進展していることから、広さまざまな技術が利用できるようになってきたことから、

い範囲での強い暗号の利用が拡大すると考えられる。

それらの適切な使い方について明らかにした。

正当な利用者であることを確認するため、あるいは接続先が正しいものであることを確認するためには認証が（3） 情報セキュリティの確保
表 3-2-1 に示すように、情報セキュリティを確保する

必須である。従来のユーザ ID とパスワードの組合せによる認証では安全性に問題があることが多い。ネットワ

電中研レビュー No.50 ● 31

表3-2-1
レイヤ

レイヤ毎のセキュリティ技術
セキュリティ技術
認証技術 暗号技術

プロトコル，技術

セキュリティの３要素
可用性
機密性
完全性

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

○

暗号化メール（S/MIME, PGP）

○

○

○

○

SSL, TLS

○

○

○

○

SSH

○

○

○

○

IPSec

○

○

○

○

NAT

△

△

ネットワーク

L2TP○○

インタフェース層以下

VLAN

○

△

△

複数に跨るもの

ファイアウォール

○

○

○

OS
応用プログラム

アプリケーション層

トランスポート層

インターネット層

ネットワーク認証（Kerberos等）○

区画化による権限限定○（暗号化）ファイルシステム○

電子署名、認証局（PKI）

○

△

○

○は直接直接的な技術であることを意味し、△は間接的な技術であることを意味する。

ーク上ではパスワードを暗号化する認証方式、バイオメの３つを想定し、レイヤ毎に利用可能な技術の使い分け

トリック認証方式、個人だけでなく計算機も認証可能なを整理した（表 3-2-2 参照）。要求されるレベルに応じ方式などが利用可能である。これらの強力な認証方式をて複数のレイヤで暗号技術を利用することで、セキュリ

利用することで、厳重なセキュリティ確保が可能となる。

ティレベルを高める方式である。

ネットワークレイヤー毎に利用可能なセキュリティ技

現在の多くの環境で利用されている技術はセキュリテ術を⑴認証、⑵機密性、⑶完全性、⑷アクセス制御、⑸ィレベルとして「低」を確保するためのものと考えられ否認防止、⑹その他、の六つの機能に分類して整理した。

るが、今後は「中」レベルへの移行が必要と考えられる。

機能を配置するレイヤにより、導入費用・管理費用は異

また、インターネットに直結されている部分では、「高」

なるが、目的に合わせてレイヤ毎に適切な機能を配置すレベルへの移行を考えるべきであり、一般の Unix 系のることで、セキュリティ確保が可能となる。利用可能な

OS、Windows Server 系の OS から、より高度なセキュ機能を各々のレイヤに配置することで多重防御が可能とリティ技術を利用可能なセキュア OS などの利用が必要なり、非常に厳重なセキュリティ確保が可能となる。

と考えられる。

要求されるセキュリティレベルとして「低」「中」「高」

表3-2-2要求されるセキュリティレベル毎の技術の使い分け

レイヤ

OS

低

要求されるセキュリティレベル
中高

個人認証可能なOS

個人認証可能なOS

区画化による権限限定

繰り返し使えるパスワード

使い捨てパスワード

ネットワーク認証
バイオメトリック認証

応用プログラム

暗号化ファイルシステム
アプリケーション層

トランスポート層

通常のメールSSL, TLS

インタフェース層以下複数に跨るもの

想定環境

32

電子署名

暗号化メール

暗号化メールSSL, TLS

SSL, TLS

インターネットではSSHを利用
IPSec

IPSec/NAT

スイッチングHUB

VLAN

VLAN

無線LANでのWEPの利用

無線LANでのWEPの利用と無線LANは利用しない

インターネット層
ネットワーク電子署名

SSHによるトンネリング
ファイアウォール

ファイアウォール

ファイアウォール

ウィルス対策ソフト

ウィルス対策ソフト

ウィルス対策ソフト

通常のオフィス環境を想定

通常のオフィスより高いセ機密情報を扱うなどの厳重キュリティレベルが要求さなセキュリティが必要な環れる環境を想定

境を想定

３−３

電力流通管理技術
装置から構成する。事故判定論理には電流差動方式を適3-3-1用する。事故判定処理は、まず主保護と同じ送電線、母広域保護システムと時刻同期

線、変圧器単位（区間）に行う。最小範囲で保護リレー
背景・目的が動作しても、遮断失敗により事故が継続するときは、

現在の基幹電力系統用保護リレーシステムでは、主保護として端子間の通信回線を用いた高性能な電流差

複数範囲のデータを組み合せて事故判定し、遮断範囲を拡大する。

動リレーが、後備保護として自端情報のみで動作する
距離リレーが主に用いられている。しかし、距離リレ（2） 時刻同期方式

ー方式はリレー装置相互で整定の協調を必要とするた系統内の全ての状態データ（主に電流値）を高精度にめ、不確定性が増加すると予想される今後の系統構成利用するため、系統内にマイクロ秒オーダの精度で時刻に対しては、その調整が複雑になることや、動作時間

情報を分配し、系統状態データのサンプルタイミングを短縮が困難になるといった問題点が予想される。そこ一致させるとともに、取得データにはタイムスタンプをで、後備保護動作の高速化や遮断範囲局限化、主保護付加する。時刻情報分配（時刻同期）システムとしては、と後備保護の連携・統合化を目的に、系統大での時刻

汎用の GPS（全世界測位システム）とともに、システ

同期システムと高速通信網を活用した次世代型の広域ムの信頼性を考慮して、新たに開発した光ファイバディ

保護システムを開発した。

ジタル通信網（SDH 網）による時刻同期網を相互補完的に用いる。当所が開発した SDH 伝送網を用いた簡易（1） 保 護 方 式

な時刻同期網の特徴は、図 3-3-2 に示すように、既設装図 3-3-1 に広域保護システムの構成概念を示す。１シ

置を変更することなく、既存網へ時刻同期装置を外付け

ステムの保護範囲は電力系統の基本要素である母線を中する点にある。対向する局間で、SDH 伝送フレームの心に、隣接する電気所の母線の手前までとし、複数電気

オーバヘッド中の 576kbps データ通信回線（DCC）を所に亘って１台の中央装置と遮断器毎に設置される端末

用いて時刻信号を伝送し合い、往路と復路の伝送遅延の時 刻 同 期 網

時刻信号

電流情報

広帯域データ伝送網
中央装置

トリップ信号
端末装置
端末装置

端末装置

端末装置

送電線差動
保護範囲

端末装置

送電線差動保護範囲

隣接電気所

変圧器差動
保護範囲
端末装置

隣接電気所

母線差動保護範囲
端末装置

乙母線
甲母線

広 域 保 護 範 囲

図3-3-1 広域保護システムの構成と保護範囲

電中研レビュー No.50 ● 33

CSE
（マスタ局）

マスタ局

TSE（マスタ局）

M

S

S

S

S

S

SDH
伝送装置

スレーブ局
（1リンク目）

S

時刻情報

スレーブ局
（2リンク目）CSE（スレーブ局）

スレーブ局
S（3リンク目）TSE（スレーブ局）

スレーブ局
S（4リンク目）

SDH
伝送装置

時刻情報

時刻情報

各種アプリケーション
クロック

図3-3-2デ−タ

時刻同期システムの構成

計測結果に基づき、同期制御を行う。下位局側では、時電気所内は、情報パケット衝突による遅延時間への影響

刻信号を分岐し、さらに下位局と同様の動作を行うことを少なくするため、スイッチングハブを使用する。電気で、時刻同期網を構成する。時刻同期装置と SDH 伝送

所間はルータを介した広帯域通信網により伝送する。許路模擬装置を４リンク分試作し評価を行った結果、４リ

容伝送遅延時間は、主保護と後備保護の各種適用形態をンクで± 0.36 μ s 程度の時刻同期精度が得られた。また、考慮して決定する。

光伝送路の伝送遅延時間変動特性を測定した結果、時刻同期精度に影響を及ぼす往路と復路の伝送遅延の差は、（4） 機 能 検 証

時刻同期装置による誤差に比べ、小さいことが分かった。

大規模なモデル電気所を対象として、情報伝送系の特

この他、クロック供給装置のクロック位相変動を考慮し性を計算機シミュレーションした結果では、端末装置かても、電力用として十分な精度を持つ時刻同期網が構築

ら中央装置への遅延時間は 2ms 以下となり、伝送性能

可能な見通しが得られた。さらに伝送系や時刻同期装置に関する問題がないことを確認した。また、中央装置 1に起因する雑音成分を削減することで、時刻同期精度の台、端末装置 3 台を試作し、電力系統および通信網のシ向上が期待できる。

ミュレータと接続した検証試験（図 3-3-3）では、既存
主保護リレーや遮断器の不動作に対する後備保護動作、（3） データ伝送方式
外部からの高精度な時刻同期信号が供給されるため、データ伝送方式としては、従来の保護リレー用通信回線

既存主保護リレーを代替した動作などに関し、事故区間判定能力や事故除去時間などの点で期待通りの結果を得た。

に要求されたような厳しい遅延時間制約はなくなる。こ本システムは、あらゆる事故状況や遮断器動作状態にのため、系統内で同一タイミングでサンプルされたデー

対し、主保護や後備保護の基本機能を一元的かつ高速にタを必要個所に自在に集配信するため、保護装置には汎実行できるため、事故波及防止システムや監視制御シス

用性が高いイーサネット LAN インタフェースを備え、テムを含んだ総合的な系統保護監視制御システムへの発装置間を IP（インターネットプロトコル）方式により展が期待できる。

伝送する。ただし、他システムの情報と混在して伝送す
ることは伝送品質や信頼性上問題があるので、広域保護システム専用の IP 伝送回線として構成する必要がある。

34

端末1 電流
端末2 電流端末3 電流中央装置

87LP 動作
87LP O A 化
87LP トリップ指令送信
87BP 動作87BP O A 化
87BP トリップ指令送信

端末装置 1
端末装置 2
端末装置 3

トリップ指令受信
トリップ信号出力
トリップ指令受信
トリップ信号出力
トリップ指令受信
トリップ信号出力
20ms/div

図3-3-3

試作した広域保護システムの動作検証例（1） DRNA の適用対象と構成概念

3-3-2

DRNA においては、電力系統の監視制御だけでなく、分散リアルタイムネットワークアー
キテクチャ

関連する系統運用や設備保全・管理に関わるすべてのア
プリケーションを統合的に取り扱えるようにする観点か

背景・目的ら、表 3-3-1 に示すものを適用対象とした。このような高い信頼性やセキュリティが要求される電力系統の監統合的システム実現の要件は、表 3-3-2 に示すように、

視制御システムは、従来、アプリケーション毎、会社毎

オブジェクト指向に基づく計算機制御システムを構成し、に個別・専用システムとして構築されてきたが、今後は
表3-3-1

低コスト化も考慮した汎用技術の導入や、関連業界のグローバル化も考慮した国際標準への準拠を積極的に進めていく必要がある。また、情報通信技術の進展は著しく、最新の情報通信技術を適切に適用することが、監視制御

系統運用

DRNAの適用対象アプリケーション
給電運用

電力系統監視（需給調整）

自動給電

給電指令

給電用電話
電気所遠隔監視制御

監視制御の高度化や効率化には有効である。

配電自動化

以上のような背景を基に、当所では国際標準を考慮し映像遠隔監視保守業務支援（含設備DB）つつ、最新の情報通信技術を適切に取り入れた電力系統
監視制御システムに関する統一的構成手法（分散リアル

設備保全
設備保全・管理保安用電話
その他て開発を進めている。
表3-3-2目

系統現象情報収集
通信運用監視タイムネットワークアーキテクチャ； DRNA）につい項

変電所自動化

系統情報（給電情報）配信
他電力間データ交換

DRNAが満たすべき要件
内容と期待される効果

監視制御・通信装置構成のオー
プン化

監視制御システム構成仕様のオープン化や共通化による監視制御システム間や機器間の相互接続性の向上

計算機内で取り扱う系統機器情報モデルのオープン化

オブジェクト指向に基づく機器情報モデル定義の明確化や標準化、情報収配
信方法の革新によるアプリケーション間の情報連携度や共有度の向上

情報集配信機能の高度化

情報集配信処理の効率化や高機能化による、系統構成や制御方針の変化への監視制御システムの適応性、柔軟性、拡張性などの具備

性能・信頼度・セキュリティの確保

従来通りの情報通信・処理品質や信頼性の維持と情報セキュリティの確保

コスト低減

オープン化や共通化から導かれる監視制御システムの構築・運用・保守コストの低減

電中研レビュー No.50 ● 35

オープン化や情報集配信機能の高度化を実現すると共に、報モデルと制御所用の情報モデルの間にある不整合を解従来の性能や信頼度を確保することである。

消する機構の開発を行った。

このため、DRNA では、図 3-3-4 に示すような構成概
念を持つものとした。各構成要素の概要は次のとおりで

今後は、IEC における規格化の進展状況を把握しつつ、DRNA 開発に必要な情報モデルについて開発する。

ある。
・応用プログラム＋機器情報モデル：インテリジェント

ｂ．高度通信機能なディジタル制御機器やセンサならびに既設機器に対高度通信機能は、通信網の状況やシステム構成の変応するためのもので、オブジェクト指向に基づいた電更に対して自律的に動作し、QoS を保証しつつ、3 種類

力流通情報モデルから成る。

の通信手段（モバイルエージェント、メッセージ交換、・高度通信機能：分散処理・制御の機構やシステム間情

ストリーミング）を提供することを目的とする。その報連携・共有を実現するための機能で、オブジェクト

ため、高度通信機能は、応用プログラムからの通信要間通信技術、モバイルエージェント通信技術や分散デ求を受け、通信手段の選択や QoS 保証に関わる処理をータベース技術、および自律的 QoS 保証技術から成る。

行った後に、QoS 制御に必要な情報と送信すべきデー・伝達通信機能：情報量の増大や情報フローの複雑化に対応するための機能で、、リアルタイム性・信頼性・品タを伝達通信機能に渡す。その役割や位置関係から、
高度通信機能はミドルウェア 1 として実装される。

質などを保証する制御用 IP ネットワーク技術から成る。

ミドルウェアとして構築する時の内部構成とその動作・通信管理・セキュリティ機能：通信網の構成・性能・を図 3-3-5 に示す。まず、応用プログラムが初期化設定

障害管理を行う機能で、DRNA 全体の機能調整を行要求を出すと、設定プログラムが通信網の構成やトラヒ

う技術、および情報セキュリティ技術から成る。

ックなどの情報に基づいて通信手段と QoS 保証機能の設定を行う。監視制御データを送受信する場合には、応（2） 要素技術の開発

用プログラムから通信手段に直接データが渡され、QoS

これまでに、個別の要素技術を対象とした研究開発を保証機能の処理を行った後に、伝達通信機能へ送信デー
タを渡す。

行ってきた。

QoS 保証機能については、処理が終了しなければなら
ａ．応用プログラム＋機器情報モデル

ない時刻と優先度を考慮して受信側での処理の順序を決応用プログラム、通信インタフェース、電力機器など定する機能や、通信の経由ノード数を削減すると共にデをすべてオブジェクトとして定義し、異機種間分散環境ータ取得までの時間を短縮するための情報共有機能などにおいても統一的な情報共有や情報交換を可能とする方について検討した。今後はさらに、同一通信先へのデー法を検討した。オブジェクトとしての定義には、国際電タ転送時のオーバーヘッド削減を目的とした集約機能な

気標準会議（IEC）で規格化が進められている情報モデル

どを付加する予定である。

の適用を考慮した。これまでに、変電所構内における情ｃ．伝達通信機能
伝達通信機能は、3-1-1 項で紹介した技術を用いて、応用プログラム＋機器情報モデル

セ通
キ信
ュ管
リ理
テ・
ィ
機
能

高性能・高信頼の IP ネットワークによって実現する。
その使い分け方は、これまでの検討により、基幹系のコ
ア部分について、スターまたはループ構成の場合には広高度通信機能域 Ethernet 方式が、メッシュ構成の場合には MPLS が適していることが分かった。また、基幹系のエッジ部分

伝達通信機能について、系統運用の場合には主にマイクロ波無線を伝１

図3-3-436

DRNAの構成概念

OS 上で動作し、アプリケーションソフトウェアに対して OS
よりも高度で具体的な機能を提供するソフトウェア。

応用プログラム
高度通信機能が提供するインタフェース（API）
通
2-1 データ送信

1-1 初期化要求
信
管
イ通
理 ン信
タ管
フ理
機 ェ機
ー能
能 スが
提
供
す
る

1-2網構成
トラヒック
情報問合せ

設定
プログラム

通信手段
1-3
設定

2-3
QoS処理

2-2
データ送信

QoS保証要素

初期化に関する処理
高度通信機能データ送信に関する処理

2-4 データ送信伝達通信機能が提供するインタ
フェース
伝達通信機能図3-3-5

高度通信機能を実現するミドルウェア

送媒体として使用するため IP ルータ方式が適し、光通マス発電などの分散型電源が配電系統を中心に大量に連信を主体とする設備保全およびローカル系については、系される可能性がある。当所では、分散型電源の連系位

広域 Ethernet 方式が適している。

置および発電量に関する制約をなくし、配電系統へのフリーアクセスを可能とする需要地系統の開発に取り組ん

ｄ．通信管理・セキュリティ機能

でいる。

通信管理機能は、3-2-1 項で紹介した技術を活用して需要地系統内には、ループ系統を実現するためのルー実現する。DRNA においては特に、さまざまな応用プ

プコントローラ、分散型電源や負荷との情報交換を行う

ログラムを統合的に扱うことから、個別のサービス品質

需給インタフェース、ループコントローラや開閉器に囲に関する取り決めを定め、それらを厳格に満足できるよ

まれた区間の系統運用を担う運用管理サブシステムが分うな構成・性能・障害管理を実現する必要がある。

散配置される。また、１つの需要地系統全体に関する処

セキュリティ機能については、特に暗号化などの処理理を行う運用管理システムが１台設置される。

が、通信の遅延や QoS 制御に関する情報の受渡に対し需要地系統の監視制御には、地絡事故時の事故区間分てどのような影響を持っているかを評価し、用いるべき

離や事故復旧などリアルタイム性の強いものから、分散暗号化技術とその対象範囲について検討した。

型電源の発電量を計算するためのデータ収集のような処
理時間に余裕のあるものまであり、制御対象は、多岐に（3） 今後の展開
DRNA を統合的に実現した試験システムを作成し、亘る。一方、配電系統であることから、需給インタフェースなどの装置は膨大な数になり、その設置コストの抑その能力を検証する。また、電力系統の実運用者である制が重要になる。そのため、各装置の計算処理能力（演

電力会社から見た視点を取り入れ、実業務への導入を図

算速度や記憶容量）が限定される。また、上に示したさる際の問題点と解決法を明らかにする。

まざまな監視制御を１つの情報通信システムに統合することが必要となる。

3-3-3

需要地系統保護制御システム

以上のような要求を満たすため、当所では DRNA 開
発を通じて得られた要素技術を適用し、モバイルエージ

背景・目的
社会ニーズや消費者ニーズにより、燃料電池やバイオ

ェント技術に基づく需要地系統監視制御システムの開発に取り組んでいる。

電中研レビュー No.50 ● 37

（1） 要地系統の監視制御に対するモバイルエージェン
トの適性て３つの種類に分けて扱う。最も優先的に扱われるエー
ジェント（緊急処理エージェント）は、各装置に存在す

モバイルエージェントは分散システム内を自律的に移る別エージェントの処理を一時中断させ、自らの処理を動して処理を行うため、需給インタフェースなどの各装割込ませる。緊急処理エージェントは、事故区間分離や置に予めプログラムを準備しておく必要がない。また、事故復旧など、高いリアルタイム性が要求される処理を頻繁に情報交換を行う処理においても、通信相手の装置担う。

に移動してから情報交換を行うため、通信網に大量のト

中間の優先度を持つエージェント（迅速処理エージェ

ラヒックを発生させずに済む。これは、限定された処理ント）は、次に示す平常処理エージェントが処理を行っ能力しか持たない装置および通信網において、多様な処ている最中であっても、処理を一時中断させ、自らの処理を実現する可能性を持つ。

理を割込ませることができるが、緊急処理エージェント

一方で、リアルタイム性に厳しい要求を持つ処理を確が処理を開始すると、その処理を一時中断する。迅速処実に実施する品質制御方式の確立や、セキュリティの確

理エージェントは、周波数制御や電圧不平衡時など、事保が課題として残されている。

故時ほどのリアルタイム性は要求されないものの、その他の処理よりも早く処理すべき監視制御を担う。平常処（2） 品質制御方式

理エージェントは、上記２種類のエージェントが処理を需要地系統における多様な監視制御を統合して扱うモ

行っていない時間帯を利用して自らの処理を行う。

バイルエージェントシステムを実現するために、当所でいずれの場合も、同一装置内に同一優先度を持つエー

は需要地系統の要求にあった品質制御方式の開発に取りジェントが複数存在する場合には、それらが CPU の処組んでいる。これまでに、Java を用いたモバイルエー

理時間を均等に分け合って、並行して処理を行う。

ジェントシステムを開発し、実験室レベルで品質制御方
ｂ．受信側装置

式の有効性を確認した。
開発したシステムが備える品質制御方式は、優先制御

優先処理では、モバイルエージェントの他に、エージと自律的シェーピングの 2 つである。優先処理方式の概ェントの具体的な移動先となる受信部についても、２レ

要を図 3-3-6 に示す。

ベルの優先度を設定する。受信部は、エージェントが移動した際の受入主体となり、エージェントが自律的な活ａ．送信側装置

動を開始するまでの処理を担う。

優先制御では、モバイルエージェントを優先度に応じ緊急処理エージェントは、緊急処理用受信部に移動す緊急処理
エージェント
通信網：Java RM Iを利用

緊急処理用受信部
優先度高緊急処理エージェント
優先度高通常処理用受信部
優先度中迅速処理エージェント
優先度中迅速処理/平常処理
エージェント
受信側装置

平常処理エージェント
優先度低

直前の平常処理エージェントの移動時刻から一定時間経過した？

送信側装置

図3-3-638

需要地系統向けモバイルエージェントシステムにおける品質制御方式

る。緊急処理用受信部は、緊急処理エージェントと同じ

エージェントに設定された優先度が、TCP/IP 通信の中優先度を持つため、受信側装置において他のエージェン

では考慮されず、輻輳が発生すると緊急処理エージェン

トが処理を行っていても、自らの処理を割込ませること

トの処理が遅延してしまうため、これを防止する目的でができる。次に述べる通常処理用受信部に他のエージェ

具備されている。

ントが移動している最中でも、その処理を一時中断させる。
迅速処理および平常処理エージェントは、通常処理用
受信部に移動する。これは、迅速処理エージェントと同実験室レベルの能力検証では、最も短時間で処理を終了しなければならない地絡事故時の事故区間分離を、開閉器や分散型電源の予想動作時間を含んだ上で、１秒という要求時間内に完了すること確認した。

じレベルの優先度を有するため、受信側装置の平常処理
エージェントの処理を一時中断させて受信処理を行う。

（3） 今後の展開

このような設定になっているのは、移動してくるエージ

これまでに開発した品質保証方式について、電力系統

ェントが迅速処理であるか平常処理であるか、事前にはに接続した状態のシステムで検証する。また、品質保証

分からないためである。

をより確実なものにするため、現在、通常のデスクトッ
プ OS に実現しているモバイルエージェントシステムを、

ｃ．自律的シェーピング
自律的シェーピングとは、エージェントが自らの判断処理のスケジューリングをより厳格に設定できるリアル
タイム OS に移植する。

で、一度に多数のエージェントが移動することを防止す

一方、セキュリティの確保については、DRNA におる機能である。具体的には、直前のエージェント移動時

ける開発や汎用的なセキュリティ技術を活用することに刻から一定時間を経過するまで移動を控える。この機能

よって解決する。

は平常処理エージェントのみに備えられる。この機能は、電中研レビュー No.50 ● 39

コラム３： OPGW 伝搬光の偏波変動と電撃点標定
発変電所間をつなぐ頑強な通信設備として、送折性により伝搬光の偏波状態は、ランダムな状態

電線の頂上にある架空地線の中に光ファイバを組にある。また、光ファイバの偏波変動要因としてみ込んだ OPGW（Optical Ground Wire ；光ファイは、雷撃電流によるファラデー効果の他に、送電バ複合架空地線）が近年多く敷設されている。

線からの誘導電流、機械的応力による光弾性効果

OPGW は大容量通信線路としての役割と送電線へがあり、風や地震による機械的な揺れ、更には日の雷撃遮蔽の役割とを併せ持つが、一部の落雷は射や温度変化によっても偏波状態が変化する。

送電線を直撃し、送電停止に至る事故が発生してそこで、ランダムな偏波状態への対策として、いる。落雷事故があった場合、送電線設備への被偏波の変動量のみを算出する方法を開発し、変動

害状況を速やかに確認する必要があり、このため速度のピーク時点から雷撃点を正確に標定できるには落雷位置を正確に標定することが求められる。

ようにした。また、落雷以外の偏波変動要因については、変動周期の違いによって分離できること

OPGW への雷撃と偏波変動が分かった。これらにより雷撃点標定システムを

OPGW に落雷があると光ファイバに強い電磁界実現した。図２は実際に捕らえられた落雷によるが加わるが、光の強度には変化を与えないため通偏波変動波形とその標定結果（Lp ＝ 6.9km）であ信品質への影響はない。しかしながら、光の偏波る。

状態に着目すると、ファラデー効果と呼ばれる現象により偏波状態が変化する。
この偏波変動を利用すれば、専用のセンサや高電圧結合装置な

雷
観測点

電流

OPGW

電流

折返し点

どの設備を追加することなく、経済的な落雷検出システムが期

変電所

変電所

送電線
鉄塔

待できる。雷撃電流の立ち上がり時間はμ sec オーダであり、

距離Lp

また光ファイバ中の光伝搬速度は約 200 ｍ/μ sec である。この光源ため、例えば図１のように光をTd

伝搬遅延時間差Td

OPGW
光ファイバ

往復伝送させれば、往路と復路で偏波変動が生じ、２回の変動

遅延追加用
光ファイバ

偏波変動

偏波解析装置

信号が偏波解析装置に届くまで
図１ 雷撃点評定システム構成の伝搬時間差から場所を特定することができる。すなわち、光源から偏波解析装置までの全体
1動の時間差を T d とすると、雷撃点までの距離 Lp は、光ファイ
バ中の光伝搬速度ｖを用いて、観測波形の伝搬時間を To、２回の偏波変

0

S1
S2

S3

S3

S2

S1：水平偏波成分
S2：±45ﾟ偏波成分
S3：円偏波成分
S3
S1

-1

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

で求めることができる。
偏波変動の検出一般の通信用光ファイバでは僅かに存在するランダムな複屈

偏波変動速度dβ（ﾟ/μs）

Lp ＝（To − Td）
v/2
8

To
Td

6
4

１回目

2
0

0

0.2

２回目

２回目
Lp＝6.9km

0.4
0.6
時間 t（msec）

１回目
S2
始点

S1>0 軌跡
S1<0
0.8

1.0

図２ 落雷による偏波変動量の波形

40S1

球面上の移動速度
のみ抽出