JP2005269759A - サンプリング同期方式および時間管理方式 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の監視制御信号の有効活用および一括した時間管理を容易にする。また、複数の保護継電装置間のサンプリング同期を容易にする。
【解決手段】ＧＰＳ受信機を有する１つの監視制御装置はマスター局１１とし、他の監視制御装置は該マスター局とはバス接続またはスター接続の通信手段で接続されたスレーブ局１２₁〜１２_Nとし、各装置間の時刻管理をＧＰＳから受信する絶対時刻情報を利用した時間管理を行う。また、絶対時刻情報の補正をバイオレーションで行うことも含む。
また、マスター局がＧＰＳに同期した系統の基本波周波数５０Ｈｚ、６０Ｈｚを同期タイミング信号に使用することで、マスター局とスレーブ局のサンプリング同期を各信号を逓倍することで可能にすると共に、絶対時刻情報の補正をこの同期タイミング信号にバイオレーションをかけることによって実現する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電力系統や電力機器の電圧／電流を同時にサンプリングして系統や機器を保護するディジタル形保護継電システムや故障点標定システムなど、複数の計測信号を同期して取得するためのサンプリング同期方式、および電力系統や電力機器を監視制御するディジタル形監視制御システムなど、複数の監視制御信号を絶対時刻で管理するための時間管理方式に関する。

ディジタル形保護継電装置は、単機能型のものには距離継電装置、回線選択装置、母線保護継電装置、変圧器保護継電装置などがある。このような装置は、変電所の保護対象設備に設備される変圧器、送電線、母線など、保護対象系統または機器毎に設けられる。

また、電力系統線路や変電所等の全体を一括して保護する多機能型のディジタル形保護継電システムとして、多種多様の保護継電装置を広域に分散配置した総合保護継電システムや分散形保護継電システムがある。

これらディジタル形保護継電装置または保護継電システムにおいて、送配電線など遠隔した複数箇所の電流、電圧の計測信号をサンプリングで取得し、これらサンプリングデータを互いに他端の保護継電装置に伝送することで保護演算を行うものがある。例えば、図１２に示す光ＰＣＭ電流差動リレー等がある。

以上のようなディジタル形保護継電装置またはシステムでは、計測にはサンプリング同期を取る必要がある。このサンプリング同期において、線路の一か所の電流計測と電圧計測など、同じ箇所または近接した箇所の計測には、保護継電装置内で装置単位でのサンプリング同期を容易に得ることができる。しかし、上記の光ＰＣＭ電流差動リレーなど、自端の計測信号と遠隔地からの計測信号との間には伝送遅れが介在する。このため、伝送遅れを補償できるサンプリング同期方式が種々提案されている。

例えば、図１２構成の光ＰＣＭ差動リレーの場合、図１３に示すように、保護継電装置ＡとＢとＣがループ型光ファイバー伝送路で接続され、装置Ａから装置Ｂ→装置Ｃ→装置Ｂ→装置Ａのように、装置Ｃで折返したループ伝送路で同期信号を伝送する。そして、同期信号の送受信に対し、各装置Ａ〜Ｃは伝送路での伝送遅れ時間の存在から、送信タイミングと受信タイミングの中間時刻をサンプリング同期点とすることで、各装置のサンプリングタイミングを一致させる。

他の同期方式として、図１４に示すように、遠隔地の保護継電装置Ａ，ＢがＧＰＳ（Gloｂal Posiｔioning System：衛星測位システム）の人工衛星から発信される絶対時刻をそれぞれ受信し、この絶対時刻を基に計測信号のサンプリングを行うことでサンプリング同期を確立する方式がある（例えば、特許文献１参照）。

図１５には装置Ａ，Ｂのサンプリング回路例を示し、ＧＰＳシステムの受信機１で一定周期パルスを受信し、これをサンプリング同期回路２で逓倍することで５０Ｈｚ／６０Ｈｚの同期信号を得、さらには６００Ｈｚ／７２０Ｈｚの同期信号を得、これらの同期信号をアナログ入力処理部３のサンプリング同期信号とし、電圧や電流信号をサンプリングする。

このＧＰＳからの絶対時刻情報は１秒周期で発信され、保護継電装置では、図１６に示すように、受信した絶対時刻パルスに同期したサンプリング同期信号を生成する。

次に、電力機器等のディジタル形監視制御システムは、各機器の状態、応動状態を監視するのに、絶対時刻で管理されたログが必要になり、その時の時間管理が必要となる。このための各種の状変情報（状態変化情報）に対して絶対時刻を付ける方式として、各装置内で時計機能を持ち、その時刻を定期的に中央からの補正指令により補正しておく方式のものがある。補正方式については、毎正時毎にパルスによってその正時に合わせる方法と、補正のための絶対時刻を伝送してもらい、それに合わせる方法等がある。
特開平１１−１９１９１９号公報

（１）従来の保護継電装置単位でのサンプリング同期方式は、装置単位でサンプリング同期回路を構成するため、他の保護継電装置との間のサンプリング同期は非同期となる。従って、各装置間のサンプリング同期がとれないため、１つの瞬時データを複数の装置が有効活用することができない。これに加えて、変電所全体の保護を行うような総合保護システム等は、各保護継電装置毎または機能毎に計測装置を設けることから、そのハードウェア規模も大きくなる。

また、光ＰＣＭ電流差動リレーは、複数の端子間で光伝送路を使用して同期を取り、同時サンプリングしたデータを共用で使用しているが、これらデータは光伝送路単位でクローズしたサンプリング同期システムであり、上記の方式と同様の問題が残る。同様に、変電所間をまたぐデータの共用利用するものとして、故障点標定システム（ロケータ）や系統安定化システム等があるが、これらシステムにも同様の問題がある。

本発明の目的は、多機能型のディジタル形保護継電システムや故障点標定システム等において、システム全体のサンプリング同期を確保及び集中管理でき、またサンプリング信号の性能を損なうことなく同じ系統や変電所全体のデータ、または、別の系統や変電所のデータを有効利用できるようにしたサンプリング同期方式を提供することにある。

（２）前記のように、ディジタル形監視制御システムは、絶対時刻で管理された時間ログが必要となるが、システム単位で個別に管理しようとすると、複数のシステムが１つのデータを有効活用することができないため、広範囲に亙る電力系統のそれぞれの電力用機器の応動が正しく評価できない等の問題がある。

本発明の他の目的は、ディジタル形監視制御システムなど、複数の監視制御信号の有効活用および一括した時間管理を容易にした時間管理方式を提供することにある。

本発明は、ディジタル形監制御システムにおける各装置間の時刻管理をＧＰＳから受信する絶対時刻情報を利用した時間管理方式とすること、およびディジタル形保護継電システムにおける各装置間のサンプリング同期をＧＰＳから受信する単位時間の周期信号を利用したサンプリング同期方式とするもので、以下の構成を特徴とする。

（１）複数の保護継電装置または手段を有し、前記各保護継電装置または手段がそれぞれ複数の計測信号をサンプリング同期で取得し、この複数のサンプリングデータを基にそれぞれ保護演算を行うためのサンプリング同期方式であって、
前記各保護継電装置または手段のうち、ＧＰＳ受信機を有する１つの保護継電装置または手段はマスター局とし、他の保護継電装置または手段は該マスター局とはバス接続またはスター接続の通信手段で接続されたスレーブ局とし、
前記マスター局は、ＧＰＳ受信機で受信する単位時間の周期信号を必要な周波数に逓倍して自局内のサンプリングパルスとすると共に、前記周期信号を前記スレーブ局に送信する手段を設け、
前記スレーブ局は、内部発振器のパルスでカウントするカウンタを前記マスター局から送信される前記単位時間の周期信号でリセットすることでマスター局と同期をとり、逓倍したタイミング信号を生成し、このタイミング信号を自局内のサンプリング同期信号とする手段を設けたことを特徴とする。

（２）複数の監視制御装置または手段を有し、前記各監視制御装置または手段がそれぞれ監視制御信号を絶対時刻で管理するための時間管理方式であって、
前記各監視制御装置または手段のうち、ＧＰＳ受信機を有する１つの監視制御装置または手段はマスター局とし、他の監視制御装置または手段は該マスター局とはバス接続またはスター接続の通信手段で接続されたスレーブ局とし、
前記マスター局は、ＧＰＳ受信機で受信する絶対時刻情報をメッセージシリアル信号として取り込み、該ＧＰＳ受信機で受信する単位時間の周期信号のタイミングにより該メッセージシリアル信号を自局内の絶対時刻情報として時間管理すると共に、該絶対時刻情報を他のスレーブ局に一斉同報通信で分配する手段を設け、
前記各スレーブ局は、前記マスター局から一斉同報通信で分配された時刻情報を絶対時刻として時間管理する手段を設けたことを特徴とする。

（３）前記マスター局は、前記ＧＰＳ受信機で単位時間の周期信号と絶対時刻情報を取得し、前記周期信号を分周して一定時間毎のタイミング信号を得、前記周期信号に前記タイミング信号でバイオレーションを掛けて単位時間周期のタイミングパルスを発生させて自局内のＣＰＵ処理部に割込みをかけ、この割り込みで一定時間でタイムアップするタイマを起動し、該ＣＰＵ処理部が前記ＧＰＳ受信機で受信した絶対時刻情報に一定時間を足して前記スレーブ局へ一斉同報通信をし、前記タイマのタイムアップで前記一定時間を足した絶対時刻情報をリアルタイム時計に書込む手段を設け、
前記スレーブ局は、前記バイオレーションのタイミングで自局内のＣＰＵ処理部に割込みをかけ、一定時間後にタイムアップするタイマを起動し、タイマのタイムアップ時に該ＣＰＵ処理部が前回受信した絶対時刻情報をリアルタイム時計に書込み、前記マスター局からの一斉同報通信で該絶対時刻情報を取得する手段を設けたことを特徴とする。

（４）前記絶対時刻の管理は、年月日時分秒までの管理は一斉同報による前記メッセージシリアル信号とし、秒以下は前記単位時間の周期信号からカウンタ回路によって刻むことを特徴とする。

以上のとおり、本発明によれば、以下の効果がある。

（１）ＧＰＳの時刻データによる絶対時刻を使用することにより、変電所などの全体、または、広域に分散配置された装置で、絶対時刻のデータを取り扱うことが可能となる。絶対時刻が同一であることから、それぞれに発生した事象を同じ時系列で管理できる。

（２）ＧＰＳのハードウェア信号による同期方式を使用することにより、変電所などの全体、または、広域に分散配置された装置で、サンプリングのデータを取り扱うことが可能となる。サンプリング時刻が同一であることから、それぞれの位相演算が可能となる。例えば、母線保護継電装置のように、全てのフィーダの電流総和などの演算が可能となる。

１秒周期で同期をとる場合、マスター局から各スレーブ局に送るハードタイミング信号は１秒周期の同期タイミング信号のみで済むので、ハードで必要信号線は１本でよい。また、マスター局から５０Ｈｚ等を送信する場合には各スレーブ局の逓倍周波数生成回路が簡単になる。また、この信号はＧＰＳからの信号であり、同期の基準としてもっとも同期ずれが少ない信号であるので、同期ずれを最小限にできる。

（３）ＧＰＳによるサンプリング同期とその絶対時刻の関連付けを行うことにより、変電所などの全体、または、広域に分散配置された装置で、絶対時刻とサンプリングのデータを取り扱うことが可能となる。サンプリングと絶対時刻が同一であることから、それぞれの位相演算が可能となる。例えば、母線保護継電装置のように、全てのフィーダの電流総和などの演算が可能となる。

また、絶対時刻が同一であることから、それぞれに発生した事象を同じ時系列で管理できる。絶対時刻管理には、年月日時分秒までの管理と秒以下は、ハードウェアタイミングによって、同期した基本波（５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）の１２倍の６００Ｈｚまたは７２０Ｈｚ，９６倍の４.８ｋＨｚ，５.７６ｋＨｚのサンプリング同期信号をカウントすれば、それ以下の精度で時間計測が可能である。

実施形態２の方法によれば、同期ずれが最小限にできる。また、ソフト処理がマスター局とスレーブ局が同時に認識できるタイミング信号によるため、同期ずれが少なくなる。

（４）詳細絶対時刻の管理は、年月日時分秒までの管理と、秒以下はハードウェアタイミングによって、カウンタによって刻み、秒以上はＲＴＣにより刻むことにより、状態変化時の時間分解能の高精度化が可能である。

図１は、本発明における時間管理とサンプリング同期のためのシステム構成図であり、例えば変電所内の一か所に設けるＧＰＳ受信機が受信した時刻情報および１秒周期信号から変電所に設置される全ての計測データ処理装置（または同じ装置内の全ての機能）に対して一括した時間管理とサンプリング同期を取る。

図１において、ＧＰＳ受信機を有する計測情報処理装置１１をマスター局とし、このマスター局との通信で絶対時刻情報やサンプリング同期信号を受信する計測情報処理装置１２₁〜１２_Nをスレーブ局とする。

図１の（ａ）は、マスター局とスレーブ局との間は、イーサネット（登録商標）などの伝送媒体でバス接続し、ＵＤＰ（User Datafram Protocol）等でマスター局からスレーブ局に時刻情報の一斉同報通信を実施する通信システム構成とする場合である。また、図１の（ｂ）は、マスター局とスレーブ局との間は、伝送媒体でスター接続する通信システム構成とする場合である。

マスター局は、例えば、図１５のＧＰＳ受信機１とサンプリング同期回路２を備え、ＧＰＳ受信機１が受信した一定周期の同期パルスをサンプリング同期回路２に入力して、必要な周波数に逓倍して、例えば、５０Ｈｚと６００Ｈｚ、または、６０Ｈｚと７２０Ｈｚの信号を得る。これらは、ＧＰＳの人工衛星から受信するパルスを元にしたもので異地点間においても同期している。

このサンプリング同期回路のタイミングは、図１６のように、ＧＰＳで同期を取った一定周期のタイミング信号、同図では１秒周期で説明しているが、このＧＰＳで同期を取った信号とサンプリング同期回路のＤＰＬＬを採用した自走タイミング回路で５０Ｈｚ／６０Ｈｚ、または、６００Ｈｚ／７２０Ｈｚのサンプリング同期信号を得る。

以下、サンプリング同期方式および時刻管理方式の実施形態を説明する。

（実施形態１）ＧＰＳの時刻データによる絶対時刻の同期方式
本実施形態は、ＧＰＳを利用した絶対時刻管理による各装置間の絶対時刻での補正方式である。

ＧＰＳ受信機を備えたマスター局は、それ自体で、絶対時刻の管理と、ハードウェアによるタイミングの管理を行う。例えば、マスター局はＧＰＳ受信機とＣＰＵとの間でシリアル通信（例えば、調歩同期伝送）により、絶対時刻情報として、年、月日、時分、秒を取得する。マスター局およびスレーブ局の絶対時刻管理が秒単位の管理であれば、これだけで十分であるが、電力向けの監視制御システムでは、ｍｓ（ミリ秒）単位までの分解能で絶対時刻管理が要求される場合がある。

このためのマスター局のブロック構成を図２に示す。ＧＰＳ受信機２１は絶対時刻情報を取得し、この絶対時刻情報を信号変換器２２でメッセージシリアル信号ｆとして取り込み、メッセージを例えばＲＳ２３２Ｃレベルの信号に変換して出力ｇを得る。一方、ＧＰＳ受信機２１から例えば１秒単位に発生する１Ｈｚパルスａのタイミングにより割り込み処理部２３がＣＰＵ２４に割り込み信号ｂを発生して割込みを行い、そのとき、ＣＰＵ２４は信号変換器２２からシリアル通信回線で絶対時刻情報を取得し、それを例えばイーサネット等の情報交換を行う通信システムに接続したスレーブ局にＵＤＰプロトコル等で一斉同報通信で分配する。これにより、広域変電所内の通信システム内のスレーブ局が絶対時刻情報を取得可能とする。

上記のシリアル通信には、一般的には、非同期調歩同期通信、信号レベルではＲＳ２３２Ｃレベルが使用されるので、信号変換器２２は、例えば、ＴＴＬ／ＲＳ２３２Ｃ変換回路で構成できる。

（実施形態２）ＧＰＳとＨ／Ｗ信号によるサンプリング同期方式
実施形態１のようなシリアル通信により絶対時刻情報をメッセージで取得できるが、サンプリング同期のようなハードウェアのサンプリング同期タイミングを得ることができない。本実施形態は、ＧＰＳシステムを利用して、ハードウェア的にサンプリング同期を取るものである。

ＧＰＳ受信機からは、例えば１秒単位に発生するタイミング（図２の信号ａ）等があるが、１秒タイミング信号を使って同期させる方法を説明する。この信号は、ＧＰＳ受信機からの直接の信号であり、この信号が絶対時刻と同期した信号であるため、この信号をマスター、スレーブ間の同期をとる信号にすることで、絶対時刻との同期ずれを最小限に防止できる効果が期待できる。

これには、マスター局は、ＧＰＳ受信機を有し、このハードウェアタイミング信号の１秒周期信号を送信ドライバを介して、スレーブ局に伝送する。スレーブ局は、受信した１秒周期信号から、ＤＰＬＬを行い、基本波周波数の５０Ｈｚ，６０Ｈｚ、サンプリング同期信号は基本波の１２倍の６００Ｈｚまたは７２０Ｈｚ、または９６倍の４.８ｋＨｚまたは５.７６ｋＨｚを得る。

図３は、１秒単位に発生するタイミングによるサンプリング同期方式の主要部構成図である。

図３において、マスター局１１は、ＧＰＳ受信機２１から取り出す１秒周期のパルスａをバッファ回路２５で同期タイミング信号ｄとして取り出し、この信号を電気−光変換器（Ｅ／Ｏ）２６で光信号ｈに変換してスレーブ局１２に伝送する。または、ＲＳ４２２Ａ，ＲＳ４８５等のドライバ２７でドライブ信号ｉを得てスレーブ局１２にメタル系で伝送する。

スレーブ局１２は、マスター局１１から伝送される光信号ｈを光−電気変換器２８で電気信号ｊに変換する。または、マスター局１１から伝送されるメタル系のドライブ信号ｉをレシーバ２９で受信し、信号ｋを得る。マスター局とスレーブ局間が光信号であるかメタル信号であるかは、適用によって決定すればよい。例えば、変電所内装置間にまたがる場合は光信号、同一装置内であればメタル信号という適用となる。これら両信号を選択回路３０で一方を選択し、選択した同期タイミング信号ｌに同期した基本同期信号ｎ、サンプリング同期信号ｏをＤＰＬＬ回路３１で生成する。

このＤＰＬＬ回路３１は、例えばスレーブ局内に設ける発振器（図示省略）からのパルスをカウントする５０Ｈｚまたは、６０Ｈｚのカウンタを設け、このカウンタをＧＰＳからの１秒周期の同期タイミング信号でリセットすることで同期を取る。また、この基本同期信号ｎ（５０Ｈｚ，６０Ｈｚ）をもとにサンプリング同期信号ｏ（６００Ｈｚ，７２０Ｈｚ）等のサンプリング同期に必要な信号を１秒周期信号に同期して作成する。このことより、マスターからスレーブへのハードタイミング信号は、１秒周期の同期タイミング信号を送信するのみで済む。

なお、図３の場合はマスター局１１から１秒周期の信号をスレーブ局１２に伝送して同期させる方法を示すが、マスター局１１が５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ信号を生成してスレーブ局１２に伝送することで、多数のスレーブ局のＤＰＬＬ３１での５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ信号の生成を不要にすることができる。これには図３におけるバッファ２５に代えて、１秒周期信号ａのパルスを逓倍カウントする５０Ｈｚまたは６０Ｈｚのカウンタを設け、このカウンタをＧＰＳ受信機２１からの１秒周期の同期タイミング信号でリセットする逓倍回路とすることで実現される。

また、１秒周期信号に限らず、ＧＰＳ受信機２１から１秒周期信号以上の高周波となる例えば１０ｋＨｚ信号を得、これをバッファ２５に代えて１／２００の分周回路とすることで、ＧＰＳ信号に同期した５０Ｈｚを得ることができる。

（実施形態３）ＧＰＳによるサンプリング同期とその絶対時刻の関連付け
実施形態１では時刻データのマスタースレーブ間での同期方式、また、実施形態２ではマスター局でＧＰＳからの１秒信号や５０Ｈｚまたは６０Ｈｚのタイミング信号を配信して、スレーブ局では、受信した１秒から同期した基本波５０Ｈｚ，６０Ｈｚまたは受信した５０Ｈｚ、６０Ｈｚから基本同期信号の１２倍の６００Ｈｚまたは７２０Ｈｚ，または９６倍の４.８ｋＨｚ，５.７６ｋＨｚのサンプリング信号を得るサンプリング同期方式とした。

実施形態２では、絶対時刻情報との関連を特に求めなくても、サンプリング同期には十分である。

実施形態３では、保護に必要なサンプリング同期と監視制御等に必要な絶対時刻を関連付ける。これにより、メッセージで管理できる秒単位の情報をハードウェアによるタイミング信号と関係させて利用することで、秒以下μｓ単位までも管理することを可能とする。

本実施形態では、実施形態１、実施形態２を合わせ、実施形態２のハードウェアタイミング回路で、絶対時刻の補正タイミングには、同期タイミング信号をバイオレーション（信号変換規則を意図的に逸脱させる）させることにより、受信側で、その逸脱したタイミングを検出させ、同期タイミングを伝達させる。このようにして、マスター局と、スレーブ局で、絶対時刻補正タイミングを共有し、しかも、ハードウェアで、秒以下のタイミングまで同期させられることから、マスター局と、スレーブ局でも秒以下の絶対時刻取得が可能となる。この例を図４で詳細に説明する
図４において、ＧＰＳ受信機２１から１秒周期に発生する同期タイミング信号を分周カウンタ回路３２により１／６００の同期信号を得る。例えば、時刻補正タイミングを１０分周期とする場合、分周カウンタ回路３２の出力には１０分毎のタイミング信号ｃを得る。

タイミング重畳回路３３では、１秒周期信号ａに１０分間毎のタイミング信号ｃでバイオレーションを掛け、１０分毎のタイミングを重畳させる。バイオレーションの方法は、１秒の矩形波の正のパルスを発生させない処理を行う。

例えば、１０分間の間には、１秒パルスは、６０×１０＝６００回あるが、５９５回までは、通常通りとし、最後の４回を休止させる。このバイオレーションは、本来、５０％デューティ比の矩形波信号の正のパルス分をｎ回、この例では４回欠いた例である。１秒の矩形波信号に１０分毎のタイミングを重畳させ、１回のバイオレーション同期タイミング信号を図５に示す。

このタイミングで、マスター局１１は、ＣＰＵ処理部２４に割り込みをかける。次に、ＣＰＵ処理部２４は、信号変換器２２からＧＰＳ受信機２１の絶対時刻情報を読み出し、これに１０分足してスレーブ局１２へイーサネット経由で時刻補正データを送る。スレーブ局側およびマスター局側は、バイオレーションのタイミングでＣＰＵ処理部３５、２４に割り込みをかけ、前回もらった同期時刻データを、各局側に具備し、図４で図示しないＲＴＣ（リアルタイム時計）に書き込む。

１秒の矩形波信号に１０分毎のタイミングを重畳させた同期タイミング信号ｅは、実施形態２と同様に、２６または２７によってスレーブ局１２に伝送する。スレーブ局１２側は、２８〜３０を経由してタイミング抽出回路３４によってバイオレーション信号（４回の１秒パルス無し）を検出して次の１秒パルス信号に同期してＣＰＵ処理部３５に割り込みを発生させ、ＣＰＵ処理部３５は、前回の時刻補正データをＲＴＣにセツトする。

変電所内のスレーブ局には、光伝送方式、同一装置内であれば、メタル伝送という適用が考えられる。適用によって決定される光かメタルかの伝送方式によって定まる選択回路３０を経て、タイミング抽出回路３４で１秒の矩形波のバイオレーションの掛けられた正のパルスタイミングを検出し、重畳された１０分毎のタイミングを得る。また、１秒の矩形波信号の立ち上がり状変で、位相比較をするＤＰＬＬ回路３１を経てスレーブ局内で必要とする５０Ｈｚ／６０Ｈｚ、基本波の１２倍の６００Ｈｚまたは７２０Ｈｚ、更に必要であれば、９６倍の４.８ｋＨｚ，５.７６ｋＨｚのサンプリング信号を得る。

マスター局とスレーブ局のＣＰＵ処理部の処理フローを図６に示す。マスター局は、図５の割り込みタイミングで前回送った時刻補正データをＲＴＣにセットする。同期時間の１０分毎は、マスター局とスレーブ局が絶対時刻を配信確認できる十分な時間である。例の１０分以内にマスター局はＧＰＳ受信機より絶対時刻（年月日時分秒）を取得し、補正値を加えて（今の例では、１０分）スレーブ局に一斉同報通信を行う。

スレーブ局は、図５の割り込みタイミングでマスター局と同じ時間に前回受け取った時刻補正データをＲＴＣに書き込む。次の同期割り込みまでにマスターは、同期時刻をスレーブへ配信し、スレーブは、受け取る処理を行う。

以上により、マスター局とスレーブ局は同じ絶対時刻がＲＴＣにセットされることになる。

図７は他の時刻補正方式を示す。図４に示す構成では、タイミング重畳回路３３では、１秒周期信号ａに１０分間毎のタイミング信号ｃでバイオレーションを掛け、１０分毎のタイミングを重畳させて時刻補正をする場合で示すが、図７では１ｋＨｚ信号ａに同期した５０Ｈｚ（または６０Ｈｚ）の同期タイミング信号に、１Ｈｚ信号ａの分周による１時間毎のタイミングでバイオレーションをかける場合である。

図７が図４と異なる部分は、ＧＰＳ受信機２１から１秒周期に発生する同期タイミング信号ａを分周回路４２により１／３６００にした１時間毎のタイミング信号ｃを得、これに並行してＧＰＳ受信機２１から１Ｈｚ周期に発生する１秒周期信号ａを同期回路３７により５０Ｈｚ（または６０Ｈｚ）の矩形波信号ｄを得る。この場合、ＧＰＳ受信機２１から１秒単位に発生する同期タイミング信号ａとこの発振回路はＤＰＬＬで同期している必要がある。

これにより、タイミング重畳回路３３では、５０Ｈｚ（または６０Ｈｚ）の矩形波信号ｄに１時間毎のタイミング信号ｃでバイオレーションを掛け、１時間毎のタイミングを重畳させる。バイオレーションの仕方は、５０Ｈｚ（または６０Ｈｚ）の矩形波の正のパルスを発生させない処理を行う。

タイミング重畳回路３３からの信号ｅは、スレーブ局１２に伝送され、スレーブ局１２ではタイミング抽出回路３４によって５０Ｈｚ（または６０Ｈｚ）の矩形波のバイオレーションのかけられた正のパルスタイミングを検出し、重畳された１時間毎のタイミングを得る。図８に５０Ｈｚ（または６０Ｈｚ）の矩形波信号に１時間毎のタイミングを重畳させた同期タイミング信号を示す。

以後の処理は図４、図５、図６の場合と異なりハードウェアによって発生する割込みタイミングでＲＴＣにセットしないで、一定時間後のソフトウェアタイマ割込みを利用してＲＴＣをセットするものである。図９にマスター局とスレーブ局のＣＰＵ処理部の処理フローを示す。マスター局は、図８の割り込みタイミングで例えば１分後にソフトウェアタイマ割込みを行い、１分以内にマスター局はＧＰＳ受信機２１より絶対時刻（年月日時分秒）を取得し、一定時間、この例では１分を足した時刻補正データとしてスレーブ局に一斉同報通信を行う。この１分は、マスター局とスレーブ局が絶対時刻を配信確認できる十分な時間であればよい。

スレーブ局は、図８の割り込みタイミングでマスター局と同じ時間にマスター局と同じ、例えば１分のソフトウェアタイマ割込みをセットする。マスター局は１分後のソフトウェアタイマ割込み処理で１分以内に送った時刻補正データをＲＴＣにセットする。また、スレーブ局は１分以内にマスター局からの時刻補正データを一斉同報通信で取得し、マスター局と同じタイミングで時刻補正データ（絶対時刻に１分を足した時刻）をＲＴＣにセットする。

以上により、マスター局とスレーブ局も同じ絶対時刻がセットされることになる。

（実施形態４）詳細絶対時刻メッセージの転送方式
前記のように、ＧＰＳを使用することにより、変電所等の全体、または、広域に分散配置された装置で、絶対時刻のデータを取り扱うことが可能となるが、実施形態１の場合は、マスター局のＧＰＳ受信機から年、月日、時分、秒が取得できるが、秒単位の管理ではメッセージ化できない。

実施形態４は、実施形態２で利用したＧＰＳ受信機のハードウェアタイミングを利用して、秒以下の管理も可能とするものである。

例えば、ＧＰＳ受信機２１からの１０ｋＨｚのハードウェア信号があれば、１６ビットカウンタを用意し、１０ｋＨｚを１００００（２７１０Ｈ，Ｈは１６進数を示す）回カウントすることにより、０.１ｍｓの精度の時間管理を可能にする。

この例を図１０で説明する。カウンタ回路３６は、ＧＰＳ受信機２１から１Ｈｚ周期に発生するタイミングａでリセットされ、１０ｋＨｚ単位に発生するタイミングｂでカウントする。カウンタラッチ回路３９はカウンタ回路３６のカウント値を一時保存する。

ＣＰＵ処理部２４は、状態変化検出などで絶対時刻が必要なときに、カウンタラッチ回路３９から、リード信号ｒで秒以下の時間情報ｑを読み出し、メッセージ情報ｇから、絶対時刻情報として、年、月日、時分、秒を取得する。この方式により、マスター局は、０.１ｍｓから年までの絶対時刻情報を取得する。

その後、マスター局１１は、イーサネットなどの伝送媒体を使用し、ＵＤＰプロトコル等で、スレーブ局１２に時刻情報の一斉同報通信を実施する。

スレーブ局１２は、マスター局からのタイミング信号に同期して発振するＤＰＬＬ回路３１から１Ｈｚタイミングａと１０ｋＨｚタイミングｂを得、カウンタ回路４０によるカウントとリセットでカウンタラッチ回路４１にカウンタ回路４０のカウント値を一時保存する。この場合のカウンタ回路４０は、周期カウンタとなっており、１００００（２７１０Ｈ）回カウントアップで、再び、０からカウントするカウンタであるとする。

ＣＰＵ処理部３５は、マスター局からの絶対時刻情報の一斉同報通信の受信で絶対時刻の年，月，日，時，分，秒を取得し、カウンタラッチ回路４１から、リード信号ｒで秒以下の時間情報ｑを読み出し、マスター局と同期した０.１ｍｓから年までの絶対時刻情報を取得する。

図１１は、マスター局とスレーブ局のＣＰＵ処理フローを示す。マスター局は、あらかじめ定めた一定時間毎、例えば１時間毎の毎時、カウンタ回路３６と、ＧＰＳ受信機から絶対時間を読み出し、各スレーブ局に一斉同報する。スレーブ局は、ＲＴＣを再設定する。

以上により、マスター局とスレーブ局も同じ絶対時刻と０.１ｍｓまでカウントしているカウンタ値がセットされることになる。状態変化発生時は、０.１ｍｓのカウンタ値とＲＴＣから時間を読み出し、状態変化のメッセージ編集を行う。

これまでの手段は、マスター局の一斉同報によりスレーブ局へ絶対時間となる年、月日、時分、秒を送り、より高精度の１秒以下の時間はハードウェアカウンタによって刻むことで同期を取るものであった。この図１０の例におけるマスター局の３６は、実施形態２つまり図３、図４、図７のＤＰＬＬ３８であり、スレーブ局の４０はＤＰＬＬ３１であるならば、マスター局とスレーブ局がハードウェアのサンプリング同期の精度でカウンタが同期をしており、μｓ単位まで時間管理が可能である。

本発明の実施形態を示すシステム構成図。 実施形態１におけるマスター局のブロック構成図。 実施形態２におけるサンプリング同期方式の主要部構成図。 実施形態３における絶対時刻の補正方式（１０分毎の例）の主要部構成図。 実施形態３における同期タイミング信号（１０分毎の例）を重畳させた波形図。 実施形態３におけるＣＰＵ処理部の処理フロー（１０分毎の例）。 実施形態３における絶対時刻の補正方式（１時間の例）の主要部構成図。 実施形態３における同期タイミング信号（１時間の例）を重畳させた波形図。 実施形態３におけるＣＰＵ処理部の処理フロー（１時間の例）。 実施形態４におけるマスター局とスレーブ局のブロック構成図。 実施形態４におけるＣＰＵ処理部の処理フロー。 ＰＣＭリレーと伝送路接続形態。 同期タイミングの説明図。 ＧＰＳによるサンプリング同期の説明図。 サンプリング回路例。 サンプリングパルスの生成タイムチャート。

符号の説明

１１…マスター局
１２₁〜１２_N…スレーブ局
２１…ＧＰＳ受信機
２２…信号変換器
２３…割込み回路
２４…ＣＰＵ処理部
２５…バッファ
２６…電気−光変換器（Ｅ／Ｏ）
２７…ドライバ
２８…光−電気変換器（Ｏ／Ｅ）
２９…レシーバ
３０…選択回路
３１…ＤＰＬＬ回路
３２…分周カウンタ回路
３３…タイミング重畳回路
３４…タイミング抽出回路
３５…ＣＰＵ処理部
３６、４０…カウンタ回路
３７…同期回路
３８…ＤＰＬＬ回路
３９、４１…カウンタラッチ回路
４２…分周回路
４３…タイミング抽出回路

Claims (4)

1. 複数の保護継電装置または手段を有し、前記各保護継電装置または手段がそれぞれ複数の計測信号をサンプリング同期で取得し、この複数のサンプリングデータを基にそれぞれ保護演算または標定演算等を行うためのサンプリング同期方式であって、
   前記各保護継電装置または手段のうち、ＧＰＳ受信機を有する１つの保護継電装置または手段はマスター局とし、他の保護継電装置または手段は該マスター局とはバス接続またはスター接続の通信手段で接続されたスレーブ局とし、
   前記マスター局は、ＧＰＳ受信機で受信する単位時間の周期信号を必要な周波数に逓倍して自局内のサンプリング同期信号とすると共に、前記周期信号を前記スレーブ局に送信する手段を設け、
   前記スレーブ局は、内部発振器の信号でカウントするカウンタを前記マスター局から送信される前記単位時間の周期信号でリセットすることでマスター局と同期をとり、逓倍したタイミング信号を生成し、このタイミング信号を自局内のサンプリング同期信号とする手段を設けたことを特徴とするサンプリング同期方式。
2. 複数の監視制御装置または手段を有し、前記各監視制御装置または手段がそれぞれ監視制御信号を絶対時刻で管理するための時間管理方式であって、
   前記各監視制御装置または手段のうち、ＧＰＳ受信機を有する１つの監視制御装置または手段はマスター局とし、他の監視制御装置または手段は該マスター局とはバス接続またはスター接続の通信手段で接続されたスレーブ局とし、
   前記マスター局は、ＧＰＳ受信機で受信する絶対時刻情報をメッセージシリアル信号として取り込み、該ＧＰＳ受信機で受信する単位時間の周期信号のタイミングにより該メッセージシリアル信号を自局内の絶対時刻情報として時間管理すると共に、該絶対時刻情報を他のスレーブ局に一斉同報通信で分配する手段を設け、
   前記各スレーブ局は、前記マスター局から一斉同報通信で分配された時刻情報を絶対時刻として時間管理する手段を設けたことを特徴とする時間管理方式。
3. 前記マスター局は、前記ＧＰＳ受信機で単位時間の周期信号と絶対時刻情報を取得し、前記周期信号を分周して一定時間毎のタイミング信号を得、前記周期信号に前記タイミング信号でバイオレーションを掛けて単位時間周期のタイミングパルスを発生させて自局内のＣＰＵ処理部に割込みをかけ、この割り込みで一定時間でタイムアップするタイマを起動し、該ＣＰＵ処理部が前記ＧＰＳ受信機で受信した絶対時刻情報に一定時間を足して前記スレーブ局へ一斉同報通信をし、前記タイマのタイムアップで前記一定時間を足した絶対時刻情報をリアルタイム時計に書込む手段を設け、
   前記スレーブ局は、前記バイオレーションのタイミングで自局内のＣＰＵ処理部に割込みをかけ、一定時間後にタイムアップするタイマを起動し、タイマのタイムアップ時に該ＣＰＵ処理部が前回受信した絶対時刻情報をリアルタイム時計に書込み、前記マスター局からの一斉同報通信で該絶対時刻情報を取得する手段を設けたことを特徴とする請求項２に記載の時間管理方式。
4. 前記絶対時刻の管理は、年月日時分秒までの管理は一斉同報による前記メッセージシリアル信号とし、秒以下は前記単位時間の周期信号からカウンタ回路によって刻むことを特徴とする請求項２または３に記載の時間管理方式。

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