JP2023112972A - 保護リレーシステム - Google Patents

Abstract

【課題】ネットワークスイッチにおける負荷を軽減して、正常にデータ通信することが可能な保護リレーシステムを提供する。【解決手段】保護リレーシステムは、複数のネットワークスイッチと、ループ状に接続された各ネットワークスイッチに接続された複数のリレー装置とを備える。ネットワークスイッチに接続された第１リレー装置は、サンプリングタイミングから第１の時間が経過した第１タイミングで、第１電気量データを含む第１フレームを当該ネットワークスイッチに送信する。ネットワークスイッチに接続された第２リレー装置は、サンプリングタイミングから第２の時間が経過した第２タイミングで、第２電気量データを含む第２フレームを当該ネットワークスイッチに送信する。各ネットワークスイッチは、受信した第１フレームおよび第２フレームを他のネットワークスイッチに送信する。【選択図】図１

Description

本開示は、保護リレーシステムに関する。

電力系統には保護リレーシステムが設けられている。保護リレーシステムは、様々な用途に適用され、例えば、送電線保護リレーシステムが知られている。送電線保護リレーシステムは、送電線および母線の事故を検出した場合に事故区間を切り離す。送電線保護リレーシステムにおいては、送電線区間の各端子にリレー装置が配置されている。各リレー装置は電気量データを計測して、電気量データを含む通信フレームを他のリレー装置との間で送受信する。

例えば、特開２０１４－１３８４５４号公報（特許文献１）に係る保護継電システムは、電力系統の電気量データに基づいて電力系統の保護を行なう複数の保護継電装置を備える。保護継電装置間においてはネットワーク用いて通信が行なわれる。

特開２０１４－１３８４５４号公報

保護区間の各端子には、リレー装置および監視装置等の各種装置が設けられており、ネットワークを用いて通信が行なわれる。多種のデータを同一ネットワークを介して送受信する場合、各端子に設けられた各種装置のデータの送信タイミングが集中すると、ネットワークスイッチでのデータの待機状態が発生し、正常にデータが送受信されずに消失する可能性がある。

本開示のある局面における目的は、各端子に設けられた複数のリレー装置を含む保護リレーシステムにおいて、ネットワークスイッチにおける負荷を軽減して、正常にデータ通信することが可能な技術を提供することである。

ある実施の形態に従う保護リレーシステムは、複数の端子にそれぞれ設けられた複数のネットワークスイッチと、ループ状に接続された複数のネットワークスイッチの各々について、当該ネットワークスイッチに接続された複数のリレー装置とを備える。複数のネットワークスイッチの各々について、当該ネットワークスイッチに接続された第１リレー装置は、サンプリングタイミングから第１の時間が経過した第１タイミングで、サンプリングタイミングでサンプリングされた第１電気量データを含む第１フレームを当該ネットワークスイッチに送信する。複数のネットワークスイッチの各々について、当該ネットワークスイッチに接続された第２リレー装置は、サンプリングタイミングから第２の時間が経過した第２タイミングで、サンプリングタイミングでサンプリングされた第２電気量データを含む第２フレームを当該ネットワークスイッチに送信する。各ネットワークスイッチは、受信した第１フレームおよび第２フレームを他のネットワークスイッチに送信する。

本開示によると、各端子に設けられた複数のリレー装置を含む保護リレーシステムにおいて、ネットワークスイッチにおける負荷を軽減して、正常にデータ通信することができる。

本実施の形態に従う保護リレーシステムの全体構成図である。 リレー装置のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。 時刻同期方式の一例を示すシーケンス図である。 比較例に従うフレーム送信タイミングを説明するためのタイミングチャートである。 比較例に従うスイッチへのフレーム到着タイミングを説明するための図である。 本実施の形態に従うリレー装置のフレーム送信タイミングを説明するためのタイミングチャートである。 本実施の形態に従うスイッチへのフレーム到着タイミングを説明するための図である。 本実施の形態の変形例に従うリレー装置のフレーム送信タイミングを説明するためのタイミングチャートである。 本実施の形態の変形例に従うスイッチへのフレームの到着タイミングを説明するための図である。 その他の実施の形態に従う保護リレーシステムの全体構成図である。 その他の実施の形態に従うフレーム送信タイミングを説明するための図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。

＜全体構成＞
図１は、本実施の形態に従う保護リレーシステムの全体構成図である。図１を参照して、保護リレーシステム１０００は、ネットワークスイッチ３＿１～３＿５（以下、「スイッチ３」とも総称する。）と、複数のリレー装置２＿１～２＿２０（以下、「リレー装置２」とも総称する。）と、同期装置２０とを含む。本実施の形態では、同期装置２０がスイッチ３＿１に接続される構成について説明するが、同期装置２０は他のスイッチ３＿２～３＿５のいずれに接続される構成であってもよい。

図１に示す保護リレーシステム１０００で用いられるネットワークＮＷは、２０個のリレー装置２＿１～２＿２０を５つのスイッチ３＿１～３＿５を用いて相互に接続して構成される。複数のスイッチ３＿１～３＿５は、それぞれ複数の端子（例えば、電気所）Ｅ１～Ｅ５に設けられている。複数のスイッチ３＿１～３＿５は、通信経路Ｒを介してループ状に接続されている。ネットワークＮＷは、例えば、イーサネット（登録商標）等の高速通信網で構成されている。各スイッチ３は、例えば、Ｌ３スイッチである。

各スイッチ３には、複数のリレー装置２（すなわち、第１～第４リレー装置）が接続されている。例えば、端子Ｅ１には、スイッチ３＿１と、スイッチ３＿１に接続された第１リレー装置２＿１、第２リレー装置２＿２、第３リレー装置２＿３および第４リレー装置２＿４と、同期装置２０とが設けられている。また、端子Ｅ２には、スイッチ３＿２と、スイッチ３＿２に接続された第１リレー装置２＿５、第２リレー装置２＿６、第３リレー装置２＿７および第４リレー装置２＿８とが設けられている。他の端子Ｅ３～Ｅ５についても同様である。

各リレー装置２は、ディジタル型の保護リレー装置であり、例えば、電流差動演算を実行して保護区間を保護するための電流差動リレー装置である。本実施の形態では、各第１リレー装置２＿１，２＿５，２＿９，２＿１３，２＿１７（以下、「第１リレー装置２」とも総称する。）は、第１送電線を保護するための電流差動リレー装置である。同様に、各第２リレー装置２＿２，２＿６，２＿１０，２＿１４，２＿１８（以下、「第２リレー装置２」とも総称する。）は第２送電線を保護し、各第３リレー装置２＿３，２＿７，２＿１１，２＿１５，２＿１９（以下、「第３リレー装置２」とも総称する。）は第３送電線を保護し、各第４リレー装置２＿４，２＿８，２＿１２，２＿１６，２＿２０（以下、「第４リレー装置２」とも総称する。）は第４送電線を保護する。

各リレー装置２は、電気量データ（例えば、電流データ、電圧データ）を計測し、通信経路Ｒ上の各スイッチ３に接続された他のリレー装置２との間で電気量データを含むフレームを送受信する。これにより、各リレー装置２は、同一の送電線を保護する他のリレー装置２で計測された電気量データを共有する。具体的には、各第１リレー装置は、第１送電線を保護する他の第１リレー装置で計測された電気量データを共有する。同様に、各第２リレー装置は他の第２リレー装置で計測された電気量データを共有し、各第３リレー装置は他の第３リレー装置で計測された電気量データを共有し、各第４リレー装置は他の第４リレー装置で計測された電気量データを共有する。

各リレー装置２は、自端子で計測した電気量データを含むフレームを生成して、当該リレー装置２に接続されたスイッチ３に生成したフレームを送信する。具体的には、各第１リレー装置は、自端子で計測した電気量データＭ１を含むフレームＦ１をスイッチ３に送信する。各第２リレー装置は、自端子で計測した電気量データＭ２を含むフレームＦ２をスイッチ３に送信する。各第３リレー装置は、自端子で計測した電気量データＭ３を含むフレームＦ３をスイッチ３に送信する。各第４リレー装置は、自端子で計測した電気量データＭ４を含むフレームＦ４をスイッチ３に送信する。

各スイッチ３は、通信経路Ｒを介して、受信したフレームＦ１～Ｆ４を他のスイッチ３に順次送信する。具体的には、スイッチ３＿１は、各フレームＦ１～Ｆ４をスイッチ３＿２に送信する。スイッチ３＿２は、各フレームＦ１～Ｆ４をスイッチ３＿１およびスイッチ３＿３に送信する。スイッチ３＿３～３＿５についても同様である。

詳細は後述するが、本実施の形態では、各リレー装置２からスイッチ３にフレームを送信するタイミングが管理されている。そのため、各スイッチ３の仕様を超える負荷をかけることなく、通信経路Ｒを介して正常にデータを送受信することができる。

同期装置２０は、自装置の時刻に各リレー装置２の時刻を同期させるための同期メッセージを各リレー装置２と送受信する。これにより、保護リレーシステム１０００におけるすべてのリレー装置２の時刻が同期する。各リレー装置２は、同一時刻（すなわち、サンプリングタイミング）で計測した電気量データを用いて、事故検出判定等の演算を行なう。電気量データを計測するタイミングは、ハードウェアクロックを分周して生成するサンプリングパルス信号を基準に定められる。例えば、サンプリング周期は、系統周波数の電気角３０°（例えば、５０Ｈｚ系統の場合、１．６７ｍｓ）に設定される。

典型的には、各リレー装置２は、各端子でサンプリングされた電気量データ（この場合、電流データ）を用いて電流差動演算を実行する。第１リレー装置は、自端子でサンプリングされた電気量データＭ１と、１以上の他端子でサンプリングされた電気量データＭ１とを用いて電流差動演算を実行することにより第１送電線を保護する。第２リレー装置は、自端子でサンプリングされた電気量データＭ２と、１以上の他端子でサンプリングされた電気量データＭ２とを用いて電流差動演算を実行することにより第２送電線を保護する。第３おより第４リレー装置についても同様である。

一例として、第１送電線を保護する各第１リレー装置２による電流差動方式について説明する。第１リレー装置２＿１，２＿５，２＿９，２＿１３，２＿１７が計測した電流データを、それぞれ電流データＩ１，Ｉ５，Ｉ９，Ｉ１３，Ｉ１７とする。この場合、各第１リレー装置は、各電流データＩ１，Ｉ５，Ｉ９，Ｉ１３，Ｉ１７のベクトル和を算出し、算出したベクトル和の大きさを差動電流ＩＤＬとして算出する。各第１リレー装置は、差動電流ＩＤＬが閾値Ｋよりも大きいか否か（すなわち、ＩＤＬ１＞Ｋが成立するか否か）を判定する。ＩＤＬ＞Ｋが成立する場合、各第１リレー装置は、保護区間（すなわち、第１送電線）に事故が発生したと判定して、トリップ指令ＴＲを出力する。

スイッチ３＿１とスイッチ３＿５との間には、予備通信経路が準備されている。例えば、スイッチ３＿４とスイッチ３＿５との間の通信経路Ｒが故障により通信不可能になった場合、スイッチ３＿４とスイッチ３＿５との間の通信経路Ｒを新たな予備通信経路とする。そして、元の予備通信経路等を用いて各スイッチ３をループ状に通信接続する。

＜ハードウェア構成＞
各リレー装置２が、マイクロコンピュータに基づいて構成されている例について説明する。以下の例と異なり、各リレー装置２は、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）またはＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）などの電子回路に基づいて構成されていてもよい。もしくは、各リレー装置２は、ＦＰＧＡまたはＡＳＩＣなどの電子回路とマイクロコンピュータとを組み合わせることによって構成されていてもよい。

図２は、リレー装置２のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。図２を参照して、リレー装置２は、補助変成器３２と、Ａ／Ｄ変換部３５と、演算処理部４０と、サンプリングパルス発生回路４５と、通信回路５０と、デジタル出力回路（Ｄ／Ｏ：Digital Output）５５と、デジタル入力回路（Ｄ／Ｉ：Digital Input）５６とを含む。

補助変成器３２は、電流変成器または電圧変成器からの電気量を取り込み、リレー内部回路での信号処理に適した電圧に変換して出力する。Ａ／Ｄ変換部３５は、補助変成器３２から出力される電圧を取り込んでデジタルデータに変換する。具体的には、Ａ／Ｄ変換部３５は、アナログフィルタと、サンプルホールド回路と、マルチプレクサと、Ａ／Ｄ変換器とを含む。

アナログフィルタは、補助変成器３２から出力される電流の波形信号から高周波のノイズ成分を除去する。サンプルホールド回路は、アナログフィルタから出力される電流の波形信号を、サンプリングパルス発生回路４５により生成されたサンプリングパルスの周期（すなわち、サンプリング周期）でサンプリングする。マルチプレクサは、演算処理部４０から入力されるタイミング信号に基づいて、サンプルホールド回路から入力される波形信号を時系列で順次切り替えてＡ／Ｄ変換器に入力する。Ａ／Ｄ変換器は、マルチプレクサから入力される波形信号をアナログデータからデジタルデータに変換する。Ａ／Ｄ変換器は、デジタル変換した波形信号（すなわち、デジタルデータ）を演算処理部４０へ出力する。

演算処理部４０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）４１と、ＲＡＭ（Random Access Memory）４２と、ＲＯＭ（Read Only Memory）４３とを含む。これらの各要素はバス４４を介して相互に接続されている。演算処理部４０は、フラッシュメモリなど電気的に書換え可能な不揮発性メモリを含んでいてもよい。ＲＡＭ４２およびＲＯＭ４３は、ＣＰＵ４１の主記憶として用いられる。ＣＰＵ４１は、ＲＯＭ４３または不揮発性メモリに格納されたプログラムに従って、リレー装置２全体の動作を制御する。典型的には、以下に説明するリレー装置２の各処理は、演算処理部４０によって実行される。

サンプリングパルス発生回路４５は、発振器と、分周回路とを含む。発信器は、サンプリングパルスを発生するための基準周波数の基準周波数信号を出力する。分周回路は、発信器から入力される基準周波数信号を分周率ｎで分周して、サンプリングパルスを発生する。なお、分周器の分周率ｎは、ＣＰＵ４１によって制御される。これにより、サンプリングパルスの周波数（すなわち、サンプリング周波数）が制御される。

通信回路５０は、スイッチ３と通信する。通信回路５０は、スイッチ３との間で規定のプロトコルに従った通信を行なう。

デジタル出力回路５５は、外部機器に信号を出力するためのインターフェイス回路である。例えば、デジタル出力回路５５は、ＣＰＵ４１の指令に従って、送電線に設けられた遮断器にトリップ指令ＴＲを出力する。デジタル入力回路５６は、例えば、遮断器の開閉状態を示す開閉情報を遮断器から受信する。

＜時刻同期方式＞
図３は、時刻同期方式の一例を示すシーケンス図である。図３に示す処理は、ＩＥＥＥ１５８８に従う時刻同期方式である。同期装置２０は、図３に示す処理を各リレー装置２と実行する。

図３を参照して、同期装置２０は、時刻同期制御するための同期フレームであるSyncメッセージをリレー装置２に送信する（シーケンスＳＱ２）。同期装置２０は、Syncメッセージを送信した時刻ｋ１を内部メモリに記憶する。リレー装置２は、Syncメッセージを受信し、その受信した時刻ｋ２を内部メモリに記憶する。

同期装置２０は、Syncメッセージを送信した時刻ｋ１を内部メモリから読み出して、時刻ｋ１を格納したFollow_Upメッセージをリレー装置２に送信する（シーケンスＳＱ４）。リレー装置２は、受信したFollow_Upメッセージに格納された時刻ｋ１を内部メモリに記憶する。なお、同期装置２０は、時刻ｋ１が格納されたSyncメッセージをリレー装置２に送信する構成であってもよい。

リレー装置２は、同期装置２０にDelay_Reqメッセージを送信する（シーケンスＳＱ６）。リレー装置２は、Delay_Reqメッセージを送信した時刻ｋ３を内部メモリに記憶する。同期装置２０は、Delay_Reqメッセージを受信し、その受信した時刻ｋ４を記憶する。

同期装置２０は、時刻ｋ４を格納したDelay_Respメッセージをリレー装置２に送信する（シーケンスＳＱ８）。リレー装置２は、受信したDelay_Respメッセージに格納された時刻ｋ４を内部メモリに記憶する。

上述のシーケンスにより、リレー装置２の内部メモリには、時刻ｋ１，ｋ２，ｋ３，ｋ４が記憶されている。

リレー装置２は、時刻ｋ１と時刻ｋ２との差（すなわち、「ｋ２－ｋ１」）を計算することにより、同期装置２０からリレー装置２への伝送路について、同期装置２０およびリレー装置２の各時刻のずれと伝送路遅延との和を取得する。また、リレー装置２は、時刻ｋ３と時刻ｋ４との差（すなわち、「ｋ４－ｋ３」）を計算することにより、リレー装置２から同期装置２０への伝送路について、同期装置２０およびリレー装置２の各時刻のずれと伝送路遅延との和を取得する。

また、時刻差“ｋ４－ｋ３”と時刻差“ｋ２－ｋ１”との和は、伝送路遅延の二倍の時間に相当する。時刻差“ｋ４－ｋ３”と時刻差“ｋ２－ｋ１”との差は、同期装置２０の時刻とリレー装置２の時刻とのずれの二倍の時間に相当する。ここで、同期装置２０とリレー装置２との間の伝送遅延は、往路と復路で等価であるとする。この場合、単一方向の伝送路の遅延時間ｔｘは、以下の式（１）のように表わされる。

ｔｘ＝｛（ｋ４－ｋ３）＋（ｋ２－ｋ１）｝／２ …（１）
また、同期装置２０の時刻とリレー装置２の時刻との時刻差ｔｄは、以下の式（２）のように表わされる。

ｔｄ＝｛（ｋ４－ｋ３）－（ｋ２－ｋ１）｝／２ …（２）
リレー装置２は、時刻差ｔｄを時刻同期の補正量として、自装置の時刻を補正することにより、同期装置２０との時刻同期を実施する。これにより、同期装置２０の時刻とリレー装置２の時刻とが同期する（すなわち、一致する）。

上記のように、各リレー装置２は、対応するスイッチ３を介して同期装置２０から受信した時刻同期データに基づいて、当該リレー装置２の時刻を同期装置２０の時刻に同期させる。これにより、各リレー装置２は、自装置のサンプリングタイミングを他のリレー装置２のサンプリングタイミングと同期させることができる。結果として、各リレー装置２＿１～２＿２０のすべてのサンプリングタイミングが同期する。

＜フレームの送信方式＞
（比較例に従う送信方式）
図４は、比較例に従うフレーム送信タイミングを説明するためのタイミングチャートである。図４を参照して、図中の矢印はサンプリングタイミングを示している。時刻ｔ０の今回のサンプリングタイミングから時刻ｔ０ｘの次回のサンプリングタイミングまでの期間Ｔａは、サンプリング期間を示している。

比較例に従うリレー装置では、サンプリングタイミングから一定期間後にフレームを送信するように構成されている。そのため、スイッチ３に対して複数のリレー装置が接続される構成において、各リレー装置のサンプリングタイミングが一致している場合、各リレー装置は、同一時刻にサンプリングした電気量データを含むフレームを同時にスイッチ３に送信する。すなわち、各リレー装置２から送信されるフレームの送信期間が重複する。図４の例では、第１～第４リレー装置は、時刻ｔ０のサンプリングタイミングから時間Ｔ１経過した時刻ｔ１に、それぞれフレームＦ１～Ｆ４をスイッチ３に送信する。

各スイッチ３は、第１～第４リレー装置から同時に受信したフレームＦ１～Ｆ４を内部のバッファに格納し、格納されたフレームＦ１～Ｆ４を順次読み出して他のスイッチ３に送信する。例えば、各スイッチ３は、フレームＦ１、フレームＦ２、フレームＦ３、フレームＦ４の順に送信する。各スイッチ３のバッファには、先のフレームの送信が完了するまでの間、残りのフレームが格納された状態となる。さらに、各スイッチ３のバッファには、他のスイッチ３から送信されるフレームも格納される。したがって、スイッチ３に対して同じタイミングで各リレー装置２からのフレームが到着すると、そのバッファには大きな負荷がかかる。この場合、スイッチ３のバッファのメモリ容量を超えて、データの待機状態が発生してしまい、正常にデータが送受信されずに消失する可能性がある。

図５は、比較例に従うスイッチへのフレーム到着タイミングを説明するための図である。図５の横軸は、各リレー装置２のリレー番号を示している。具体的には、リレー装置２＿１～２＿２０のリレー番号は、それぞれ１～２０で示されている。図５の縦軸は、サンプリングタイミングから、各リレー装置２のフレームがスイッチ３に到着するまでの到着時間が示されている。具体的には、図５（ａ）は、スイッチ３＿１における到着時間が示されており、図５（ｂ）にはスイッチ３＿３における到着時間が示されている。なお、説明の容易化のため、図１に示す各スイッチ３間の距離は同一であるものとする。

図５（ａ）を参照して、スイッチ３＿１には各リレー装置２＿１～２＿４が接続されているため、各リレー装置２＿１～２＿４のフレームはスイッチ３＿１に同時に到着する。到着時間が３５μｓ～４０μｓ付近において、スイッチ３＿１に隣接したスイッチ３＿２に接続された各リレー装置２＿５～２＿８のフレームがスイッチ３＿１に順次到着する。到着時間が６５μｓ～７０μｓ付近において、スイッチ３＿３に接続された各リレー装置２＿９～２＿１２のフレームがスイッチ３＿２を介してスイッチ３＿１に順次到着する。各リレー装置２＿１３～２＿２０のフレームについても図５（ａ）に示す通りである。

図５（ｂ）を参照して、スイッチ３＿３には各リレー装置２＿９～２＿１２が接続されているため、各リレー装置２＿９～２＿１２のフレームはスイッチ３＿３に同時に到着する。スイッチ３＿３はスイッチ３＿２およびスイッチ３＿４に隣接している。そのため、到着時間が３５μｓ～４０μｓ付近において、各リレー装置２＿５～２＿８のフレームおよび各リレー装置２＿１３～２＿１６のフレームがスイッチ３＿１に順次到着する。また、到着時間が６５μｓ～７０μｓ付近において、各リレー装置２＿１～２＿４のフレームおよび各リレー装置２＿１７～２＿２０のフレームがスイッチ３＿３に順次到着する。

図５を参照すると、スイッチ３への各フレームの到着タイミングが短期間に集中していることが理解される。特に、両側に他のスイッチ３が接続されているスイッチ３＿３の場合、当該スイッチ３＿３が短期間に受信するフレームの数はより多くなる。したがって、バッファへの負荷が大きくなると考えられる。

（本実施の形態に従う送信方式）
図６は、本実施の形態に従うリレー装置のフレーム送信タイミングを説明するためのタイミングチャートである。図６を参照して、本実施の形態に従う第１～第４リレー装置は、それぞれ異なるタイミングで、同一時刻にサンプリングした電気量データを含むフレームをスイッチ３に送信する。すなわち、フレームＦ１～Ｆ４の送信期間が互いに重複しない。

図６の例では、第１リレー装置は、時刻ｔ０のサンプリングタイミングから時間Ｔ１経過したタイミング（すなわち、時刻ｔ１）で、当該サンプリングタイミングでサンプリングされたフレームＦ１を送信する。第２リレー装置は、サンプリングタイミングから時間Ｔ２経過したタイミング（すなわち、時刻ｔ２）で、当該サンプリングタイミングでサンプリングされたフレームＦ２を送信する。図６によると、フレームＦ１の送信が完了した後、フレームＦ２が送信されていることが理解される。すなわち、第１リレー装置がフレームＦ１を送信する期間は、第２リレー装置がフレームＦ２を送信する期間と重複しない。同様に、第３リレー装置は、サンプリングタイミングから時間Ｔ３経過した時刻ｔ３にフレームＦ３を送信し、第４リレー装置は、サンプリングタイミングから時間Ｔ４経過した時刻ｔ４にフレームＦ４を送信する。

各リレー装置２のフレーム送信タイミングの時間差は一定である。すなわち、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの時間、および、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの時間はいずれもＴｓであり、同一である。

上記送信方式によると、スイッチ３が、第１～第４リレー装置から各フレームＦ１～Ｆ４を受信するタイミングは異なる。スイッチ３は、受信したフレームをバッファに格納し、即時に当該フレームを他のスイッチ３に送信する。

したがって、スイッチ３がフレームＦ１～Ｆ４を他のスイッチ３に送信するタイミングは、第１～第４リレー装置がフレームＦ１～Ｆ４をスイッチ３に送信するタイミング（例えば、時刻ｔ１～ｔ４）とほぼ同期する。例えば、スイッチ３は、第１リレー装置から受信したフレームＦ１を他のスイッチ３に送信した後、第２リレー装置からフレームＦ２を受信して当該フレームＦ２を他のスイッチ３に送信する。

図４の送信方式のように各フレームＦ１～Ｆ４を同時に受信する場合と比較して、図６の送信方式ではバッファ内に同時に格納されているフレーム数（すなわち、データ量）が少ない。そのため、本実施の形態では、各スイッチ３のバッファに対する負荷を軽減できる。

図７は、本実施の形態に従うスイッチへのフレーム到着タイミングを説明するための図である。図７の横軸および縦軸は、図５と同様である。また、各スイッチ３間の距離は同一であるものとする。図７（ａ）は、スイッチ３＿１における到着時間が示されており、図７（ｂ）にはスイッチ３＿３における到着時間が示されている。

図７（ａ）を参照して、各リレー装置２＿１～２＿４のフレームが、一定時間（図６の時間Ｔｓに対応し、例えば、１０μｓ）ごとにスイッチ３＿１に順次到着する。スイッチ３＿１に隣接したスイッチ３＿２に接続された各リレー装置２＿５～２＿８のフレームは、１０μｓごとにスイッチ３＿１に順次到着する。なお、リレー装置２＿４のフレームが到着した後に、各リレー装置２＿５～２＿８のフレームが到着する。各リレー装置２＿１３～２＿２０のフレームの到着タイミングについても図７（ａ）に示す通りである。このように、スイッチ３＿１への各フレームの到着タイミングは短期間に集中していないことが理解される。

図７（ｂ）を参照して、各リレー装置２＿９～２＿１２のフレームは、１０μｓごとにスイッチ３＿３に順次到着する。スイッチ３＿２に接続された各リレー装置２＿５～２＿８のフレームおよび各リレー装置２＿１３～２＿１６のフレームは、１０μｓごとにスイッチ３＿３に順次到着する。なお、リレー装置２＿１２のフレームが到着した後に、各リレー装置２＿５～２＿８のフレームおよび各リレー装置２＿１３～２＿１６のフレームが到着する。

図７（ｂ）によると、例えば、第１リレー装置２＿５，２＿１３のフレームＦ１は、ほぼ同じタイミングでスイッチ３＿３に到着する。これは、第２リレー装置２＿６，２＿１４のフレームＦ２、第３リレー装置２＿７，２＿１５のフレームＦ３、第４リレー装置２＿８，２＿１６のフレームＦ４についても同様である。しかし、各フレームの到着タイミングが短期間に集中することはない。図５（ｂ）と比較すると、スイッチ３＿３が短期間に受信するフレームの数は明らかに少ないことが理解される。このことから、各スイッチ３のバッファに対する負荷を軽減でき、バッファからデータ（すなわち、フレーム）が溢れてしまう事態を防止できる。

（変形例）
図６および図７では、第１～第４リレー装置のフレーム送信タイミングの間隔が一定（例えば、時間Ｔｓ）である場合について説明した。変形例では、各フレームＦ１～Ｆ４を２つのグループに分けて、最初のグループに属するフレームの送信タイミングと、後のグループに属するフレームの送信タイミングとの間に、比較的長い遅延時間を設ける構成について説明する。

図８は、本実施の形態の変形例に従うリレー装置のフレーム送信タイミングを説明するためのタイミングチャートである。図８を参照して、フレームＦ１，Ｆ２はグループＧ１に属しており、フレームＦ３，Ｆ４はグループＧ２に属している。グループＧ１に属する第１リレー装置は、時刻ｔ０のサンプリングタイミングから時間Ｔ１経過した時刻ｔ１にフレームＦ１を送信し、グループＧ１に属する第２リレー装置は、サンプリングタイミングから時間Ｔ２経過した時刻ｔ２にフレームＦ２を送信する。フレームＦ１の送信タイミング（例えば、時刻ｔ１）とフレームＦ２の送信タイミング（例えば、時刻ｔ２）との時間差は“Ｔｓ”である。

第３リレー装置は、サンプリングタイミングから時間Ｔ３経過した時刻ｔ３にフレームＦ３を送信し、第４リレー装置は、サンプリングタイミングから時間Ｔ４経過した時刻ｔ４にフレームＦ４を送信する。フレームＦ３の送信タイミング（例えば、時刻ｔ３）とフレームＦ４の送信タイミング（例えば、時刻ｔ４）との時間差は“Ｔｓ”である。一方、フレームＦ２の送信タイミングとフレームＦ３の送信タイミングとの時間差は“Ｔｓ１”である。時間Ｔｓ１は時間Ｔｓよりも十分長い。すなわち、異なるグループに属する各リレー装置２のフレーム送信タイミングの間隔（例えば、時間Ｔｓ１）は、同じグループに属する各リレー装置２のフレーム送信タイミングの間隔（例えば、時間Ｔｓ）よりも十分長い。

スイッチ３は、受信したフレームＦ１～Ｆ４を他のスイッチ３に順次送信する。そのため、スイッチ３がフレームＦ１～Ｆ４を他のスイッチ３に送信するタイミングは、第１～第４リレー装置がフレームＦ１～Ｆ４をスイッチ３に送信するタイミング（例えば、時刻ｔ１～ｔ４）とほぼ同期する。スイッチ３は、グループＧ１に属するフレームＦＭ１，ＦＭ２を送信してから比較的長い時間が経過した後、グループＧ２に属するフレームＦＭ３を送信する。そのため、他のスイッチ３からスイッチ３に各フレームＦ１，Ｆ２が到着するタイミングと、他のスイッチ３からスイッチ３に各フレームＦ３，Ｆ４が到着するタイミングとは大きく異なる。

したがって、グループＧ１に対応するフレームＦ１，Ｆ２と、グループＧ２に対応するフレームＦ３，Ｆ４とが分散して各スイッチ３に到着するため、各スイッチ３が短期間に受信するフレームの数が低減する。

図９は、本実施の形態の変形例に従うスイッチへのフレームの到着タイミングを説明するための図である。図９の横軸および縦軸は、図５において説明した通りである。また、各スイッチ３間の距離は同一であるものとする。図９（ａ）は、スイッチ３＿１における到着時間が示されており、図９（ｂ）にはスイッチ３＿３における到着時間が示されている。

図９（ａ）を参照して、各リレー装置２＿１，２＿２のフレームは、１０μｓごとにスイッチ３＿１に順次到着する。続いて、各リレー装置２＿５，２＿６のフレーム、各リレー装置２＿９，２＿１０のフレーム、各リレー装置２＿１３，２＿１４のフレーム、各リレー装置２＿１７，２＿１８のフレームが順次スイッチ３＿１に到着する。

サンプリングタイミングから概ね２００μｓ後に、各リレー装置２＿３，２＿４のフレームが、１０μｓごとにスイッチ３＿１に順次到着する。続いて、各リレー装置２＿７，２＿８のフレーム、各リレー装置２＿１０，２＿１１のフレーム、各リレー装置２＿１５，２＿１６のフレーム、各リレー装置２＿１９，２＿２０のフレームが順次スイッチ３＿１に到着する。

図９（ｂ）を参照して、各リレー装置２＿９，２＿１０のフレームは、１０μｓごとにスイッチ３＿３に順次到着する。続いて、各リレー装置２＿５，２＿６のフレームおよび各リレー装置２＿１３，２＿１４のフレームがスイッチ３＿３に順次到着し、各リレー装置２＿１，２＿２のフレームおよび各リレー装置２＿１７，２＿１８のフレームがスイッチ３＿３に順次到着する。

サンプリングタイミングから概ね２００μｓ後に、各リレー装置２＿９，２＿１０のフレームが、１０μｓごとにスイッチ３＿３に順次到着する。続いて、各リレー装置２＿７，２＿８のフレームおよび各リレー装置２＿１４，２＿１５のフレームがスイッチ３＿３に順次到着し、各リレー装置２＿３，２＿４のフレームおよび各リレー装置２＿１９，２＿２０のフレームがスイッチ３＿３に順次到着する。

上記より、変形例に従う送信方式では、第１リレー装置および第２リレー装置にそれぞれ対応するフレームＦ１，Ｆ２がスイッチ３に到着した後、第３リレー装置および第４リレー装置にそれぞれ対応するフレームＦ３，Ｆ４がスイッチ３に到着する。これにより、各フレームがさらに分散してスイッチ３＿１に到着していることが理解される。

＜利点＞
本実施の形態によると、各リレー装置２から送信される各フレームのスイッチ３への到着タイミングを分散させることができる。そのため、スイッチ３における負荷が軽減され、データを消失することなく正常にデータを送受信することができる。これにより、電流差動リレーの保護演算に用いられる高速周期で送信されるデータの連続性が確保され、データ欠落による電流差動演算の中断（すなわち、保護の中断）を防止できる。

その他の実施の形態．
（１）上述した実施の形態において、各スイッチ３にリレー装置２以外の他の装置が接続される構成であってもよい。

図１０は、その他の実施の形態に従う保護リレーシステム１０００Ａの全体構成図である。図１０を参照して、保護リレーシステム１０００Ａは、図１の保護リレーシステム１０００において、複数のスイッチ３＿１～３＿５にそれぞれ監視装置５＿１～５＿５（以下、「監視装置５」とも総称する。）が接続され、スイッチ３＿５に解析装置が接続される構成に相当する。

監視装置５は、自端子で計測した電気量データと、当該電気量データに基づく演算データとを内部メモリに記憶する。演算データは、例えば、自端子で計測された電圧データおよび電流データに基づいて演算される電力データ、規定期間の電圧データに基づいて演算される周波数データ等である。監視装置５は、リレー装置２と同様のハードウェア構成であってもよい。この場合、監視装置５による各種処理は、監視装置５に含まれる演算処理部によって実行される。なお、監視装置５の機能を各リレー装置２に設ける構成であってもよい。

同期装置２０は、自装置の時刻に各監視装置５の時刻を同期させるための同期メッセージを各監視装置５と送受信する。上述したように、同期装置２０は、各リレー装置２とも同期メッセージをやり取りする。したがって、保護リレーシステム１０００Ａにおけるすべてのリレー装置２および監視装置５の時刻が同期する。これにより、各リレー装置２＿１～２＿２０および各監視装置５＿１～５＿５のサンプリングタイミングが同期する。

監視装置５は、同期したサンプリングタイミングで計測した電気量データを順次記憶する。また、監視装置５は、電気量データに対して必要な演算を実行し、演算データを順次記憶する。典型的には、監視装置５は、第１～第４リレー装置によって計測される電気量データに相当する電気量データを計測する。監視装置５は、これらの電気量データおよび演算データを監視データとして記憶する。監視装置５は、監視データ（例えば、第１～第４送電線の電気量データ、および各電気量データに基づく演算データの少なくとも一方）を含むフレームＦＸを、対応するスイッチ３を介して他の監視装置５に送信する。

各監視装置５は、電気量データ（例えば、電流データ、電圧データ）、電気量データに基づく演算データ（例えば、有効電力データ、無効電力データ、周波数データ）等を含む監視データをディスプレイに表示する機能を有する。これにより、各監視装置５のユーザ（例えば、系統運用者）は、自装置および他の監視装置５の監視データを確認できる。

解析装置６０は、保護区間（例えば、第１～第４送電線のいずれか）に事故が発生した場合、事故解析を実行する。具体的には、解析装置６０は、各リレー装置２の少なくとも１つから事故が発生したとの通知を受信すると、当該事故に関連するデータを各監視装置５に要求する。例えば、第１送電線に事故が発生した場合を想定する。この場合、解析装置６０は、事後発生前後の一定期間における第１送電線に関する電気量データおよび演算データの送信を各監視装置５に要求する。各監視装置５は、これらのデータを含むフレームＦＹを、対応するスイッチ３を介して解析装置６０に送信する。

図１１は、その他の実施の形態に従うフレーム送信タイミングを説明するための図である。各フレームＦ１～Ｆ４，ＦＸ，ＦＹは４つのグループに分けられている。フレームＦ１，Ｆ２はグループＧ１に属し、フレームＦ３，Ｆ４はグループＧ２に属し、フレームＦＸはグループＧ３に属し、フレームＦＹはグループＧ４に属している。

図１１を参照して、第１リレー装置は、時刻ｔ０のサンプリングタイミングから時間Ｔ１経過した時刻ｔ１にフレームＦ１を送信し、第２リレー装置は、サンプリングタイミングから時間Ｔ２経過した時刻ｔ２にフレームＦ２を送信する。第３リレー装置は、サンプリングタイミングから時間Ｔ３経過した時刻ｔ３にフレームＦ３を送信し、第４リレー装置は、サンプリングタイミングから時間Ｔ４経過した時刻ｔ４にフレームＦ４を送信する。監視装置５は、サンプリングタイミングから時間Ｔ５経過したタイミング（例えば、時刻ｔ５）でフレームＦＸを送信し、サンプリングタイミングから時間Ｔ６経過したタイミング（例えば、時刻ｔ６）でフレームＦＹを送信する。

スイッチ３は、受信したフレームＦ１～Ｆ４，ＦＸ，ＦＹを他のスイッチ３に順次送信する。そのため、スイッチ３がフレームＦ１～Ｆ４，ＦＸ，ＦＹを他のスイッチ３に送信するタイミングは、各装置がフレームＦ１～Ｆ４，ＦＸ，ＦＹをスイッチ３に送信するタイミング（例えば、時刻ｔ１～ｔ６）とほぼ同期する。

フレームＦＸには、監視データ（例えば、各電気量データおよび各演算データ）を分割したデータが含まれる。監視装置５は、サンプリングタイミング後の時刻ｔ５が到来する毎にフレームＦＸを送信することにより、必要なすべての監視データを送信する。また、フレームＦＹには、解析装置６０から要求された事故解析用データ（例えば、一定期間における電気量データおよび演算データ）を分割したデータが含まれる。監視装置５は、サンプリングタイミング後の時刻ｔ６が到来する毎にフレームＦＹを送信することにより、必要なすべての事故解析用データを送信する。

図１１に示すように、異なるグループに属する装置のフレーム送信タイミングの間隔（例えば、時間Ｔｓ２）は、同じグループに属する装置のフレーム送信タイミングの間隔（例えば、時間Ｔｓ）よりも十分長い。これにより、各フレームのスイッチ３への到着タイミングを分散させることができる。

上記によると、サンプリング期間において、各リレー装置２が、最新のサンプリングタイミングで計測された電気量データを送信しつつ、監視装置５が、監視データおよび事故解析用データの分割データを送信する。これにより、高速周期で送信する必要のあるリレー演算に用いられるデータ以外の他のデータ（例えば、監視データおよび事故解析用データ）も、当該リレー演算に影響を与えることなく同一のネットワークを用いて送受信できる。このように、ネットワークを最大限に使用することにより、他のデータ用に新たなネットワークを構築する必要がないため、トータルコストの削減も実現できる。

（２）上述の実施の形態として例示した構成は、本発明の構成の一例であり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能である。また、上述した実施の形態において、他の実施の形態で説明した処理および構成を適宜採用して実施する場合であってもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

２ リレー装置、３ スイッチ、５ 監視装置、２０ 同期装置、３２ 補助変成器、３５ Ａ／Ｄ変換部、４０ 演算処理部、４２ ＲＡＭ、４３ ＲＯＭ、４４ バス、４５ サンプリングパルス発生回路、５０ 通信回路、５５ デジタル出力回路、５６ デジタル入力回路、６０ 解析装置、１０００，１０００Ａ 保護リレーシステム。

Claims (9)

1. 複数の端子にそれぞれ設けられた複数のネットワークスイッチと、
   ループ状に接続された前記複数のネットワークスイッチの各々について、当該ネットワークスイッチに接続された複数のリレー装置とを備え、
   前記複数のネットワークスイッチの各々について、当該ネットワークスイッチに接続された第１リレー装置は、サンプリングタイミングから第１の時間が経過した第１タイミングで、前記サンプリングタイミングでサンプリングされた第１電気量データを含む第１フレームを当該ネットワークスイッチに送信し、
   前記複数のネットワークスイッチの各々について、当該ネットワークスイッチに接続された第２リレー装置は、前記サンプリングタイミングから第２の時間が経過した第２タイミングで、前記サンプリングタイミングでサンプリングされた第２電気量データを含む第２フレームを当該ネットワークスイッチに送信し、
   各前記ネットワークスイッチは、受信した前記第１フレームおよび前記第２フレームを他の前記ネットワークスイッチに送信する、保護リレーシステム。
2. 前記複数のネットワークスイッチのいずれかに接続された同期装置をさらに備え、
   前記複数のネットワークスイッチの各々について、当該ネットワークスイッチに接続された前記複数のリレー装置の各々は、当該ネットワークスイッチを介して前記同期装置から受信した時刻同期データに基づいて、当該リレー装置の時刻を前記同期装置の時刻に同期させることにより、当該リレー装置のサンプリングタイミングと他のリレー装置のサンプリングタイミングとを同期させる、請求項１に記載の保護リレーシステム。
3. 前記第１タイミングは前記第２タイミングよりも早く、
   前記複数のネットワークスイッチの各々は、当該ネットワークスイッチに接続された前記第１リレー装置から受信した前記第１フレームを他の前記ネットワークスイッチに送信した後、当該ネットワークスイッチに接続された前記第２リレー装置から受信した前記第２フレームを他の前記ネットワークスイッチに送信する、請求項１または請求項２に記載の保護リレーシステム。
4. 前記複数のネットワークスイッチの各々について、当該ネットワークスイッチに接続された第３リレー装置は、前記サンプリングタイミングから第３の時間が経過した第３タイミングで、前記サンプリングタイミングでサンプリングされた第３電気量データを含む第３フレームを当該ネットワークスイッチに送信し、
   前記第１および第２リレー装置が第１グループに属し、前記第３リレー装置が第２グループに属する場合、前記第２タイミングと前記第３タイミングとの時間差は、前記第１タイミングと前記第２タイミングとの時間差よりも長い、請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の保護リレーシステム。
5. 各前記ネットワークスイッチは、前記第１グループに属する前記第１フレームおよび前記第２フレームを送信した後、前記第２グループに属する前記第３フレームを送信する、請求項４に記載の保護リレーシステム。
6. 前記複数のネットワークスイッチの各々に接続されており、自端子でサンプリングされる電気量データ、および当該電気量データに基づいて演算された演算データの少なくとも一方を含む監視データを記憶する監視装置をさらに備え、
   前記監視装置は、前記サンプリングタイミングから第４の時間が経過した第４タイミングで、前記監視データを含む第４フレームを前記ネットワークスイッチに送信する、請求項４または請求項５に記載の保護リレーシステム。
7. 前記第４フレームが第３グループに属する場合、前記第３タイミングと前記第４タイミングとの時間差は、前記第１タイミングと前記第２タイミングとの時間差よりも長い、請求項６に記載の保護リレーシステム。
8. 各前記端子に設けられた前記ネットワークスイッチに接続された前記第１リレー装置は、自端子でサンプリングされた前記第１電気量データと、１以上の他端子でサンプリングされた前記第１電気量データとを用いて電流差動演算を実行し、
   各前記端子に設けられた前記ネットワークスイッチに接続された前記第２リレー装置は、自端子でサンプリングされた前記第２電気量データと、前記１以上の他端子でサンプリングされた前記第２電気量データとを用いて電流差動演算を実行する、請求項１～請求項７のいずれか１項に記載の保護リレーシステム。
9. 前記第１リレー装置が前記第１フレームを送信する期間は、前記第２リレー装置が前記第２フレームを送信する期間と重複しない、請求項１～請求項８のいずれか１項に記載の保護リレーシステム。
   

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