JP5035383B2

JP5035383B2 - 分散制御システム

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Publication number: JP5035383B2
Application number: JP2010096579A
Authority: JP
Inventors: 英樹太田; 雅則戸井
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1999-05-28
Filing date: 2010-04-20
Publication date: 2012-09-26
Anticipated expiration: 2019-11-30
Also published as: JP2010183837A

Description

本発明は、電力系統の多端子故障点標定装置および計測装置等において中央装置及び分散設置されている各端末装置が伝送路により接続されて成る分散制御システムに関する。

遠隔多地点の系統情報を、分散設置された各端末装置で収集し、これら収集データ（サンプリングデータ）を中央装置に送信して演算するシステムにおいては、このデータ収集のサンプリングタイミングの同期をとる必要がある。
従来、電力系統でデータサンプリングをする場合は、PCMキャリアリレーや分散型変電所構内LANを用いて、伝送系から電気角30度(50Hz系で1.6666・・・ms）毎に基準信号を取得してサンプリングタイミングの同期制御を行っている。ここでは、比較的短い周期の同期基準が得られるため、クロックの発振周波数の変動誤差を検出して補正する必要がなかった。

また、関連する従来技術として、特許文献１には、温度補償発振器を適用し、発振器周辺の温度を検出し、これに対応した温度補償レベル（アナログ値）により、発振ループ内にある可変容量素子の容量を変化させ発振周波数を制御することが記載されている。さらに同公報には、GPS(全地球測位システム)の出力信号（期待値F)を用い、クロック（電圧制御発振器）でGPS出力信号を計測し、期待値からのずれを検出し、その誤差から補正レベルをアナログ変換し、電圧制御発振器を制御することでクロック発振周波数を制御する方式が記載されている。

すなわち、この従来技術は、UTC(協定世界時)に同期した基準パルスを出力するGPS受信手段と、基準パルスを用いて発振器の出力周波数と与えられた期待周波数との誤差を検出する周波数誤差検出手段と、周波数誤差に基づいて誤差を低減させる制御信号を生成する制御信号生成手段とを発振回路に備えたものである。さらに、この従来技術の発振回路は、周波数誤差の変化量に応じた回数の前記周波数誤差を平均する平均化手段を備えている。

これらの構成により、GPS受信手段から出力された高精度の基準パルスが利用されて、発振器の出力周波数の期待周波数から偏差が検出され、その偏差を縮小するように発振器が制御される。さらに、GPS受信手段の受信状態により生じる基準パルスの変動が平均化手段により緩和される。その結果、高精度で高い安定性を有する発振周波数を得ることができる。

特開平８−０５６１５３号公報

ところで、ＧＰＳアンテナを設置する周囲の環境が悪かったり周囲環境が変化したり、あるいはＧＰＳ受信機の設定に誤りがあると、ＧＰＳ基準タイミングの出力が安定せず、場合によってはタイミング自体出力しない事も有り得る。また、電源起動時には、ＧＰＳ基準タイミングの出力が安定して得られるようになるまでにある程度の時間を必要とする。また、ＧＰＳアンテナを設置する周囲の環境の変化などによって、一時的に、ＧＰＳ基準信号が得られなくなる場合も考えられ、この場合、上記同期制御は不可能となる。また、例えば変電所間のように遠く離れて分散設置された装置間のタイミング同期の不具合等を、人が目視確認評価するのはほとんど不可能であった。

そこで、本発明は、ある期間ＧＰＳ基準信号が受信できなくなったり、過渡的にＧＰＳ基準信号が変動／停止した場合でも、サンプリングデータの同期を可能とし、特に遠距離分散設置された各装置間のタイミング同期性能を比較的容易に試験／評価でき、不具合を自動的に検出してシステムの信頼性を向上させることを課題とした。

上記課題を解決するため、請求項１の発明は、遠隔多地点の系統情報を分散配置された各端末装置で収集し、これら収集データを伝送路を介して中央装置に伝送して演算する分散制御システムにおいて、前記各端末装置は、外部基準信号を入力する外部基準信号入力手段と、前記外部基準信号と内部基準信号とを同期させる同期制御部が設けられ、前記外部基準信号に基づいて前記外部基準信号と同期した内部基準信号を生成する内部基準信号生成手段と、前記中央装置から前記各端末装置に対して通知される基準トリガーを入力する基準トリガー入力手段と、前記各端末装置と前記中央装置との伝送路遅延時間を記憶する遅延時間記憶手段と、入力された前記基準トリガーと前記内部基準信号との位相差を検出する位相差検出手段と、前記伝送路遅延時間と前記位相差とから前記中央装置が前記基準トリガーを送信したタイミングを推定し、該推定された基準トリガー送信タイミングと前記内部基準信号とのタイミング差ΔＸを算出するタイミング差算出手段と、前記タイミング差ΔＸを前記中央装置に送信する通信手段と、を備え、前記中央装置は、前記各端末装置から送られてくるタイミング差ΔＸに基づいて、各端末装置間の内部基準信号の相対的なズレを推定し、該ズレに応じて前記系統情報を補正して各種演算を行うこと、を特徴とする。

請求項２の発明は、前記各端末装置の前記外部基準信号と前記内部基準信号とが同期されている状態である請求項１に記載の分散制御システムにおいて、前記各端末装置は、入力された前記基準トリガーと前記中央装置が基準トリガーを送信した直前の外部基準信号タイミングとの時間差を測定する測定手段を備え、前記通信手段は前記時間差を前記中央装置に送信し、前記中央装置は、前記各端末装置と前記中央装置との各伝送路遅延時間を記憶する遅延時間記憶手段と、前記基準トリガーの送信タイミングと前記基準トリガーを送信した直前の外部基準信号タイミングとの時間差を測定する測定手段と、中央装置および各端末装置の前記時間差ΔZと前記各伝送路遅延時間とから中央装置および各端末装置の同期管理時間を算出する同期管理時間算出手段と、前記同期管理時間から、前記中央装置と前記各端末装置および前記各端末装置間のタイミング誤差を算出するタイミング誤差算出手段と、前記タイミング誤差に基づいて同期不良のある装置を判別する判別手段と、を備えたことを特徴とする。

以上述べたように請求項１に係る発明によれば、ある期間、外部基準信号（ＧＰＳ基準信号）が受信できなくなり、システム同期が確立できていなくても、中央装置においてデータのサンプリングタイミングのズレを認識して補正することで、安定したサンプリングデータの同期が可能となる。

更に、請求項２に係る発明によれば、分散設置された各装置間のタイミング同期性能を比較的容易に試験／評価でき、不具合を自動的に検出してシステムの信頼性を向上させることが可能となる。

本発明の第１の参考例の構成を概念的に示したブロック図である。図１に示された構成が含まれるシステム全体を示す図である。図２における外部基準信号と内部基準信号の関係を示すタイミングチャートである。外部基準信号が途絶えた場合の様子を示すタイミングチャートである。第２および第３の参考例の分散制御システム全体の構成の一例を概略的に示す図である。図５の分散制御システムを構成する各装置における位相制御を説明する為の図である。図６の構成により位相制御を行った内部基準タイミング信号の一例を示す図である。同期制御（位相制御）を行わない方法を説明する為の図である。第１の手法である第４の参考例について説明する為の図である。第２の手法である第１の実施例における伝送路遅延時間算出について説明する為の図である。第２の手法である第１の実施例について説明する為の図である。第２の手法を適用する分散制御システム全体の構成の一例を概略的に示す図である。タイミング同期試験・評価方法について説明する為の図である。

以下、図面に沿って本発明の実施形態を説明する。
まず、図１〜図４を参照して、本発明の第１の参考例について説明する。
図１は本発明の第１の参考例の構成を概念的に示したブロック図である。図において、外部基準信号１が計測カウンタ３へ入力される。この外部基準信号１には、GPS基準信号が用いられる。水晶発振器２は、クロックを発生して、計測カウンタ３へ送る。計測カウンタ３は、外部基準信号１のパルスが入力されるとカウントを開始し、次のパルスが入力されるとカウントを停止する。

すなわち、外部基準信号Textの１周期ΔTextの間、クロックがカウントされる。次に、そのクロックのカウント値Tcntは、既知の外部基準信号Textの周期理論値ΔTextと比較され、両者の差Δεが算出される（６）。なお、この周期理論値ΔTextとは、水晶発振器２が理論値通りに発振した場合に外部基準信号の１周期ΔTextの間に、カウントされるクロック数のことである。

次にこの誤差Δεの絶対値を、所定の基準範囲αと比較する（７）。ここで、誤差Δεが基準範囲αよりも大きい場合は、水晶発振器２が不良であると判定してアラームを出力する（８）。また、誤差Δεが基準範囲αよりも大きくない場合は、誤差Δεの値に応じた補正値±t を算出して、加算器27へ送る（９）。
加算器27では、予め与えられている基準分周値Tdivに補正値±tを加算して補正し、内部基準タイミング生成カウンタ10へ送る。内部基準タイミング生成カウンタ10は、補正された基準分周値Tdivが入力されると、その値に基づいて、入力された水晶発振器２からのクロックを分周し、内部基準信号Tintとして出力する(12)。これら図１に示された構成が、システムの各機器にそれぞれ設けられる。

図２は、図１に示された構成が、システムを構成する各機器に設置されたことを示す図である。図では、GPS等からの基準信号13が、互いに距離を隔てて設置されているA装置14およびB装置19へ入力され、外部基準信号Textとして同期分周回路15,20へ入力される。この同期分周回路15,20が、図１の計測カウンタ３〜内部基準タイミング生成カウンタ10に相当する。

同期分周回路15,20は、入力された外部基準信号Textにもとづき、水晶発振器18,23のクロックを判別して、基準範囲を外れていればアラーム16,21を出力し、基準範囲内であればそれを補正してより正確な内部基準信号Tint17,22を作成して出力する。A装置14およびB装置19は出力された内部基準信号Tint17,22にもとづいてそれぞれの動作を実行する。

この図２の場合、外部基準信号13は、GPSからの信号を用いることで、遠く離れた装置間でも適用が可能となる。また、各装置の内部基準信号Tint17,22は、例えば電力系統のデータサンプリングタイミングに使用する。その場合、各装置間のタイミングは同期している必要がある。しかし、それぞれの基準クロックとなる水晶発振器18,23に誤差があるため、同一の分周値にて内部基準タイミングを生成しても、同期誤差が発生する。そこで、前述の補正機能を付加することで、各装置間の同期維持が可能となる。

図３は、図２における外部基準信号TextとそれにもとづいてA装置14およびB装置19でそれぞれ作成された内部基準信号Tint17,22の関係を示すタイミングチャートである。図において、外部基準信号Textの１周期分の理論カウント値が周期理論値ΔText5であり、その間に実際にカウントされるクロックのカウント値がTcnt4となる。
図示例では、外部基準信号Textの周期ΔTextに比較して、基準分周値ΔTdivが充分に小さい値として示されている。

装置A から出力される内部基準信号Tint17は、基準分周値ΔTdivが補正値±t(A)により補正されてから出力されている。
装置B から出力される内部基準信号Tint22は、前半では補正されずに所定の基準分周値ΔTdivにもとづいて生成されて出力されており、後半で、基準分周値ΔTdivが補正値±t(B)により補正された値にもとづいて出力されている。すなわち、前半では、装置Bの内部基準信号Tint22が補正されていないため、内部基準信号Tint17,22は互いに同期が取られていないが(24)、後半では、装置A,Bとも内部基準信号Tint17,22が補正されているため、内部基準信号Tint17,22は互いに同期が取られている(25)。

このように構成したことで、本発明の第１の参考例では、水晶発振器の精度を考慮することなく、装置の内部基準タイミングの高精度な同期維持が可能となる。例えばGPS基準信号のような長い周期の（遅い）基準タイミングを用いても、短い周期の（早い）内部基準タイミングを生成することができる。
また、GPS 等の外部基準信号が途絶えても、一度水晶発振器の誤差を検出しておけば、ある程度の期間について同期維持が可能となる。

図４は、外部基準信号Textが途絶えた場合の様子を示すタイミングチャートである。図において、ある時点から外部基準信号Textが装置A、装置Bに入力されなくなると、その直前のカウントにもとづく補正値±t(A),±t(B)がそのまま保持されて、その値にもとづく内部基準信号Tint17,22 の出力が保持される。通常、この内部基準信号Tint17,22の出力は、次に、外部基準信号Textが復活して入力されるまで保持される。

これらのことから、システムの機器が温度環境の悪い場所に設置されている場合でも、水晶発振器に発生した周波数変動の影響を受けることがなくなり、各機器の基準信号は高精度に同期が維持されることになる。
次に、以下に、図５〜図８を参照して、本発明の第２および第３の参考例について説明する。

図５は、本発明の第２の参考例または後述する第３の参考例を適用する分散制御システム全体の構成の一例を概略的に示す図である。同図では、中央装置３１及び端末装置３２、３３、３４が分散設置されて分散制御システムを構成しているものとする。
中央装置３１及び各端末装置３２、３３、３４は、通信回線３５に接続されている。中央装置３１及び各端末装置３２、３３、３４は、電力系統の各種の系統情報を収集する。各端末装置３２、３３、３４は、収集した系統情報を通信回線３５を介して、中央装置３１に送信する。中央装置３１は、送られてきた系統情報に基づいて、故障点標定演算や各種計測演算を実行する。

中央装置３１及び各端末装置３２、３３、３４は、それぞれ、ＧＰＳ受信装置３１ａ、３２ａ、３３ａ、３４ａを備えており、このＧＰＳ受信装置により得られるＧＰＳ基準信号を外部基準信号として用いて、位相制御を行って、分散制御システム全体のサンプリング同期をとっている。
これについて、以下、図６、図７を参照して詳細に説明する。

図６は、上記分散制御システムを構成する各装置における位相制御を説明する為の図である。
同図において、位相誤差計測カウンタ４２には、後述する内部基準タイミング生成用分周カウンタ４８より生成／出力される内部基準タイミング信号、上記ＧＰＳ受信装置により得られるＧＰＳ基準信号が入力し、クロック発振器（水晶発振器）４１のクロック信号により動作する。尚、以下の説明では、クロック信号が、例えば５０（MHz）（＝２０ns周期）であるものとして説明する。

位相誤差計測カウンタ４２は、内部基準タイミング信号の１パルスでカウント開始し、ＧＰＳ基準信号の１パルスでカウント停止することで、内部基準タイミング信号とＧＰＳ基準信号との位相差Δεをカウントする。例えば、図７（ａ）に示す位相差Δεに相当するカウント数をカウントする。
そして、内部基準タイミング信号とＧＰＳ基準信号とのタイミング誤差が無くなるように（上記位相差Δεが零（０）になるように）位相制御するのであるが、本参考例では、位相差Δεの値に応じて、高精度の微調整幅（ｎ１）の位相制御と、収束時間を高速にする為の粗調整幅（ｎ２）の位相制御とを使い分けることで、高速且つ高精度に同期させることができる。

ここで、同図に示すように、内部基準タイミング生成用分周カウンタ４８により生成／出力される内部基準タイミング信号の周期は、分周設定値とクロック発振器４１のクロック周波数により決定されるが、その基本分周設定値は、電気角３０度（１周期を３６０度として３０度；例えば５０Ｈz でΔＴ₃₀＝1.666・・・（ms）、６０ＨｚでΔＴ₃₀＝1.388・・・（ms））のタイミングを生成させる値（ｎ₃₀）となっている。例えば、クロック発振器４１のクロックＣＬＫが５０（MHz）（＝２０ns周期）である場合、電気角３０度のタイミングを生成するのに、５０Ｈz では、
１６６６．６６（μs ）／２０（ns）≒８３３３３
が、上記基本分周設定値ｎ₃₀となる。

内部基準タイミング生成用分周カウンタ４８の分周設定値は、同図に示すように、加減算器４７によって基本分周設定値出力部４６より出力されるｎ₃₀に±ｎ’された値、すなわち、ｎ₃₀±ｎ’である。このｎ’の値が小さければ上記高精度の微調整幅の位相制御、大きければ上記粗調整幅の位相制御が行われることになる。
このｎ’の値は、処理部４３、Ｎダウンカウンタ４４、処理部４５により決められる。以下、これについて詳細に説明する。

まず、処理部４３において、上記の様に位相誤差計測カウンタ４２により検出された位相差Δεの絶対値が、予め設定された所定値β（粗調整幅制御ロック管理値）より大きい場合には（｜Δε｜＞β）、粗調整幅（ｎ２）と微調整幅（ｎ１）の組み合わせを、位相制御の調整幅とする（ｎ＝ｎ２＋ｎ１）。一方、位相差Δεの絶対値が、予め設定された所定値β以下の場合には（｜Δε｜≦β）、微調整幅（ｎ１）を、位相制御の調整幅とする（ｎ＝ｎ１）。尚、ここでは、仮に、ｎ１はクロックＣＬＫの１周期分（２０ns）、ｎ２は１６周期分（３２０ns）とする。

また、Ｎダウンカウンタ４４の分周設定値Ｎを、“Ｎ＝｜Δε｜／ｎ”より求める。ここで、５０Ｈｚ系（系統周波数が５０Ｈｚ）では、電気角３０度のサンプリングタイミングが６００周期で、ＧＰＳ基準信号の周期の１秒と同じになる（尚、６０Ｈｚ系では７２０になる）。よって、例えば１秒間に２０（ns）だけタイミング制御したければ、６００周期中の１周期だけｎ１の制御を有効にすれば良いことになる（それ以外の期間は、後述するように電気角３０度の固定周期ΔＴ₃₀とする）。この有効期間を決めるのが、上記分周設定値Ｎである。

すなわち、Ｎダウンカウンタ４４は、分周設定値Ｎが設定されると、内部基準タイミング信号の１パルス毎に、１カウントダウンしていき、カウント値＞０の期間は、“TOUT”端子から‘１’出力する。制御部４５は、Ｎダウンカウンタ４４から‘１’出力されている間は、上記有効期間であるものとし、ｎ’＝ｎとして出力する。このとき、内部基準タイミング生成用分周カウンタ４８の分周設定値は、ｎ₃₀±ｎとなり、微調整幅または粗調整幅の位相制御が行われる。

一方、上記有効期間が過ぎると、Ｎダウンカウンタ４４は‘０’出力し、制御部４５はｎ’＝０として出力する。これより、分周カウンタ４８の分周設定値は、ｎ₃₀となる。すなわち、内部基準タイミング信号は、電気角３０度の固定周期ΔＴ₃₀となる。上述した位相制御を行った場合の内部基準タイミング信号の一例を、例えば図７（ｂ）に示す。尚、このようにするのは、本参考例の同期制御はＧＰＳの基準パルス周期の１秒毎に同期判定を行いこれをもとに同期合わせを行う（１秒周期の制御）ので、電気角３０度の固定周期ΔＴ₃₀に±（プラス／マイナス）する位相制御を行う場合、位相制御の有効期間と電気角３０度の固定周期設定の期間が混在しないと、制御の分解能が確保できないからである。

ここで、例えば５０Ｈz 系の系統において、上記の様にｎ１はクロックＣＬＫの１周期分（２０ns）、ｎ２は１６周期分（３２０ns）とした場合、微調整制御幅ｎ１による位相制御は、１秒間に最大１２μs （２０ns×６００（周期））、粗調整制御幅ｎ２による位相制御は、１秒間に最大１９２μs （３２０ns×６００（周期））の位相制御が可能であり、両者を組み合わせると１秒間に最大２０４μs の移動制御が可能になる。

上述したように、本発明の第２の参考例では、位相差Δεが比較的大きい場合には（｜Δε｜＞β）、粗調整幅（ｎ２）と微調整幅（ｎ１）による比較的大きな制御幅で位相制御を行って、極力高速にタイミング誤差（位相差Δε）を零に収束させる（同期状態にさせる）ことができる。一方、位相差Δεがある程度収束し、所定値β以下となった場合には（｜Δε｜≦β）、微調整幅（ｎ１）のみによる比較的小さな制御幅で位相制御を行って、安定且つ高精度に同期状態にさせることができる。更に、特に、微調整幅（ｎ１）による制御時に、過渡的にＧＰＳ基準パルスが変動又は遮断しても、位相制御により発生する誤差は、上記の例では１秒間に最大で１２μs （±１２μs ）で済む。

尚、本参考例では、位相制御方向は、加減算器４７により、＋（プラス）方向と−（マイナス）方向の両方向を可能としている。例えば、位相計測誤差Δεが、電気角３０度周期の半分の値（５０Ｈｚ系では0.833 ・・・ ms）よりも大きい場合は、−（マイナス）
方向の制御を行う。尚、図７（ａ）（ｂ）では、＋（プラス）方向の制御を行う例を示してある。

また、尚、上述の説明では、クロック発振器（水晶発振器）４１の誤差がないものとして説明しているが、水晶発振器の誤差が発生する場合には上記第１の参考例の誤差補正機能を組み合わせればよい。
次に、本発明の第３の参考例である同期制御（位相制御）を行わない方法について、以下、図８を参照して説明する。

この方法では、上記位相制御を行うのは、本来、中央装置３１において各端末装置間の位相ズレによる演算誤差が生じるのを防ぐ為であり、たとえ各装置間でタイミング同期していなくても結果的に演算誤差が生じないようにすれば良い点に着目している。
各端末装置３２、３３、３４においては、内部基準タイミング信号とＧＰＳ基準信号とが同期していない状態のまま、位相誤差計測カウンタ４２により位相差Δεを常時計測して、この位相差Δεを、収集したサンプリングデータ（上記系統情報）と共に、通信回線３５を介して、中央装置３１に送信する。中央装置３１は、送られてきたサンプリングデータに基づいて、上述したように故障点標定演算や各種計測演算を実行する際に、上記位相差Δεのデータにより、各端末装置間の内部基準タイミングの誤差ΔＥを算出する。

例えば、図８に示すように、端末装置３２、３３において、内部基準タイミングは、電気角３０度の固定周期ΔＴ₃₀により生成されており、ＧＰＳ基準信号との位相差Δεが、それぞれ、Δε₁、Δε₂であったとすると、中央装置３１は、端末装置３２−端末装置３３間の内部基準タイミングの誤差ΔＥを、
ΔＥ＝Δε₂−Δε₁
により算出する。尚、図８には示していないだけであり、端末装置３２、３３と端末装置３４間についても同様である。

そして、中央装置３１は、この誤差ΔＥに応じて上記サンプリングデータを補正することで、演算誤差が生じることなく上記故障点標定演算や各種計測演算を行うことができる。
このように、各装置間のタイミング同期制御を行わなくても、上記故障点標定演算や各種計測演算において、演算誤差が生じないようにできる。

上述してあるように、ＧＰＳ基準信号は、装置の電源投入後、ある一定期間は得られず、またアンテナの設置環境／環境変化により一時的に得られなくなる場合が考えられる。このような場合でも、上記演算誤差が生じないようにする方法がいくつか存在する。
例えば、ある期間、ＧＰＳ基準信号を受信できない状態であったものとし、その間に系統故障が発生した場合でも、系統故障発生時の各端末装置間の内部基準タイミングの誤差を推定して、上記故障点標定演算において、演算誤差が生じないようにし、正確な故障地点を推定できる。以下、故障点標定を例にして説明する。

まず、第１の手法である第４の参考例について、図９を参照して説明する。
故障点標定装置としての分散制御システムにおいては、各分散設置された端末装置３２〜３４は、系統故障発生を、変化幅過電流継電器等により同時に検出することができる。故障発生地点から各端末装置までの距離に応じて、各装置による故障検出にタイムラグが生じるので、各端末装置間の内部基準タイミングが同期していれば、このタイムラグ・データをそのまま用いることにより、正確な故障地点を推定できる。一方、何等かの理由によりＧＰＳ基準信号を正常に受信できない状態においては、各端末装置間の内部基準タイミングが同期できないが、第１の手法である第４の参考例では、同期できなくても、正確な故障地点を推定できる。

すなわち、例えば図９に示すタイミングで事故発生し、上記の様にして各端末装置３２〜３４において系統故障発生を検出すると、各端末装置３２〜３４では事故発生直後の内部基準タイミングから復旧時のＧＰＳ基準信号までの時間ΔＴ（ΔＴ₁、ΔＴ₂等；尚、図８の場合と同様に、同図では３つの端末装置うちの２つを例にして示している）を計測する。各端末装置は、内部基準タイミング信号を電気角３０度の固定周期ΔＴ₃₀としており、上記系統故障発生検出時からＧＰＳ復旧時まで（ＧＰＳ基準信号を正常に受信できる状態になるまで）の間、この内部基準タイミング信号のパルス数（Ｍ）をカウントし、ＧＰＳ復旧時のＧＰＳ基準信号とその直前の内部基準タイミング信号との位相差Δεを検出する。そして、上記ΔＴ₁、ΔＴ₂を、
ΔＴ₃₀×Ｍ（サイクル）＋位相差Δε
により算出する。例えば、図９に示す例では、
ΔＴ₁＝ΔＴ₃₀×Ｍ₁＋Δε₃
ΔＴ₂＝ΔＴ₃₀×Ｍ₂＋Δε₄
となる。

そして、各端末装置は、算出したΔＴを中央装置３１に通知する。
中央装置３１は、例えば図９に示すような事故発生時の端末装置間の内部基準タイミング誤差ΔＥを、ΔＥ＝ΔＴ₂−ΔＴ₁により算出する。このように端末装置間のタイミング誤差ΔＥを算出することで、上記図８で説明した方法と同様に、誤差ΔＥに応じて上記サンプリングデータを補正することで、演算誤差が生じることなく正しい故障点標定演算結果を得ることができる。

上述した第１の手法である第４の参考例では、ＧＰＳ基準信号の復旧まで待つ必要があったが、以下に説明する第２の手法である本発明の第１の実施例は、ＧＰＳ基準信号の復旧まで待つことなく対応できる。第２の方法である第１の実施例では、このような場合、中央装置３１が各端末装置３２〜３４へ一斉同報トリガーを通知する。以下、図１０、図１１を参照して詳細に説明する。
第２の手法である第１の実施例では、上記の様に一斉同報トリガーを通知するが、中央装置３１と各端末装置との間の伝送路の長さ等によって、伝送遅延差が生じる。この為、予め、中央装置３１から各端末装置にそれぞれテストデータを送信し、このテストデータに対する各端末装置からのレスポンスを受信するまでの時間を計測することで、各伝送路遅延時間を求めておく。例えば図１０に示す例では、中央装置３１−端末装置３２間の伝送距離がＬ₁、中央装置３１−端末装置３３間の伝送距離がＬ₂、中央装置３１−端末装置３４間の伝送距離がＬ₃であるものとし、中央装置３１から各端末装置にそれぞれテストデータ（テストフレーム）を送信し、このテストデータに対して各端末装置から即返されるレスポンス（応答フレーム）を受信するまでの時間を計測し、それぞれ、Δｔ₁、Δｔ₂、Δｔ₃であったものとする。この場合、各伝送路遅延時間は、Δｔ₁／2、Δｔ₂／2、Δｔ₃／2として求められる。そして、中央装置３１は、各端末装置３２〜３４へ、各々の伝送路遅延時間を通知しておく。

このようにしておくことで、ＧＰＳ基準信号を受信できない状態において、中央装置３１が各端末装置３２〜３４へ一斉同報トリガーを通知すると、例えば図１１に示すように、端末装置３２は、中央装置３１が一斉同報トリガーを送信したタイミング（基準トリガー送信タイミング）からΔｔ₁／2遅れて、一斉同報トリガーを受信する。端末装置３３は、中央装置３１による上記基準トリガー送信タイミングからΔｔ₂／2遅れて、一斉同報トリガーを受信する。

各端末装置３２、３３は、一斉同報トリガーの受信時とその直前の自己の内部基準タイミングとの差を、それぞれΔε₅、Δε₆とすると、各々の内部基準タイミングと基準トリガー送信タイミングとの差ΔＸ₁、ΔＸ₂を、以下の式により求める。
ΔＸ₁＝Δｔ₁／2−Δε₅−Ｙ₁
ΔＸ₂＝Δｔ₂／2−Δε₆−Ｙ₂
（ここで、Ｙ₁、Ｙ₂の求め方は、Ｙ₁を例にすると、
まずｙ₁＝（Δｔ₁／2−Δε₅）／ΔＴ₃₀（小数点以下切り捨て；整数）を求め、次にＹ₁＝ｙ₁×ΔＴ₃₀により求める。Ｙ₂についても、同様にして求める。

例えば、図１１の例では、ｙ₁は、目測で２．７程度の値であるものとすると、これを小数点以下切り捨てるとｙ₁＝２となる。同様にして、ｙ₂＝４となる。よって、この例では、Ｙ₁＝２×ΔＴ₃₀、Ｙ₂＝４×ΔＴ₃₀となる）
これより、中央装置３１は、各端末装置から、収集データ（上記系統情報等）と共に上記ΔＸのデータが送られてくることで、端末装置間の内部基準タイミング誤差ΔＥを、求めることができる。例えば、端末装置３２−３３間の内部基準タイミング誤差ΔＥは、ΔＥ＝ΔＸ₁−ΔＸ₂として求めることができる。

よって、上述した他の手法と同様に、端末装置間の内部基準タイミングが同期していなくても、中央装置３１において上記タイミング誤差ΔＥを用いて収集データ（系統情報等）を補正することで、演算誤差が生じることなく故障点標定演算等を行うことができる。
尚、上記第２の手法は、基本的には、図１２に示すような、中央装置３１が各端末装置３２〜３４の各々と１対１の伝送路で接続された、所謂“１対Ｎの伝送形態”において適用される。但し、物理的な構成は、ＬＡＮ等のようなＮ対Ｎの伝送形態でもかまわない。本システム専用の通信回線であればよい。逆に言えば、他のシステムが混在して、他のシステムの伝送により上記伝送遅延時間にバラツキが発生するような形態でなければよい。

また、上記トリガーは、一斉同報で送信するものに限らない。例えば、中央装置３１が各端末装置３２〜３４に、順次、トリガーを送信するようにしても、各端末装置の内部基準タイミングと基準トリガー送信タイミングとのズレが検出できればよい。
ここで、上記第２の手法を利用すれば、中央装置３１からのトリガーを任意のタイミングで発生させることが可能で、例えばマニュアルでトリガー発生が可能であるので、タイミング同期試験・評価等が比較的容易に行えるようになる。これは、例えば上述した位相制御による同期制御を実行中においても可能となる。

これについて、以下、説明する。
システム構成は、上記図１２に示すような、中央装置３１が各端末装置３２〜３４の各々と１対１の伝送路で接続された、所謂“１対Ｎの伝送形態”のシステムである。このシステムにおいて、例えば上記図１０で説明したように、中央装置３１から各端末装置にそれぞれテストデータ（テストフレーム）を送信し、このテストデータに対する各端末装置からのレスポンス（応答フレーム）を受信するまでの時間（Δｔ₁、Δｔ₂、Δｔ₃）を計測することにより、各伝送路遅延時間（Δｔ₁／2、Δｔ₂／2、Δｔ₃／2）を求める。尚、各端末装置は、テストフレームを受信すると応答フレームを即返すものとする（精密さが必要な場合には、各端末装置においてテストフレーム受信から応答フレーム送信までに掛る時間を予め測定しておき、これを中央装置３１側に登録しておき、補正させればよい）。

そして、例えば一定周期毎に、あるいはオペレータ等の操作に応じて、中央装置３１は、各端末装置３２〜３４へ、一斉同報通信で同期基準フレームを送信する。以下、図１３に示す一例を参照して説明する。
図１３に示す例では、同図に示す通り、中央装置３１、各端末装置３２〜３４の各々の内部基準タイミングは、そのＧＰＳ基準信号に同期しているが、各ＧＰＳ基準信号のタイミングは互いにズレているものとする。これは、上述してあるように、ＧＰＳアンテナを設置する周囲の環境によって、あるいは周囲環境が変化した場合、あるいはＧＰＳ受信機の設定に誤りがある場合等に、正確なＧＰＳ基準タイミングが得られなくなるからであり、また、そうでなくても、各装置によって多少のタイミングのズレが生じることは考えられるからである。

中央装置３１は、上記一斉同報通信で同期基準フレームを送信する際、自己のＧＰＳ基準信号に同期した内部基準タイミングから同期基準フレームまでの時間ΔＺ₁を測定する。各端末装置３２〜３４は、それぞれ、自己のＧＰＳ基準信号に同期した内部基準タイミングから同期基準フレーム受信までの時間ΔＺ₂、ΔＺ₃、ΔＺ₄を測定し、これを中央装置３１へ送信する。

中央装置３１は、これらΔＺ₁〜ΔＺ₄のデータと、上記各伝送路遅延時間（Δｔ₁／2、Δｔ₂／2、Δｔ₃／2）のデータとに基づいて、各装置３１〜３４の同期管理時間Ｔsync1〜Ｔsync4を、以下の通り算出する。
中央装置３１；Ｔsync1＝ΔＺ₁
端末装置３２；Ｔsync2＝ΔＺ₂−Δｔ₁／2
端末装置３３；Ｔsync3＝ΔＺ₃−Δｔ₂／2
端末装置３４；Ｔsync4＝ΔＺ₄−Δｔ₃／2
（ここで、全装置間の同期が確立していれば、
Ｔsync1＝Ｔsync2＝Ｔsync3＝Ｔsync4
となる。）
中央装置３１は、以下の式により、各装置間のタイミング誤差ε_nm（総当たり）を求め、これがある基準値以上であれば、その装置は同期不良であると判定する。そして、例えばアラームを鳴らし、同期不良の装置の装置名／装置ナンバー等を表示する。

ε_nm＝｜Ｔsync n−Ｔsync m｜
（ｎ；１〜４、ｍ；１〜４）
例えば、図１３においては、一例として、中央装置３１−端末装置３２間のタイミング誤差ε₁₂、端末装置３２−端末装置３３間のタイミング誤差ε₂₃、端末装置３３−端末装置３４間のタイミング誤差ε₃₄を示してあるが、これらは、
ε₁₂＝｜Ｔsync1−Ｔsync2｜
ε₂₃＝｜Ｔsync2−Ｔsync3｜
ε₃₄＝｜Ｔsync3−Ｔsync4｜
により算出される。

このようにして、例えば定期的に（任意の時でもよい）上述したタイミング同期試験・評価処理を行うようにすることで、ＧＰＳ基準信号に不具合がある装置（不良端末）を自動的に検出できる。不良端末を特定できれば、この不良端末の修理等の処置が速やかに実行可能となる。また、残された正常端末だけで、処理を行うことも考えられる。

１外部基準信号
２水晶発振器
３計測カウンタ
10 内部基準タイミング生成カウンタ
13 外部基準信号
14 A装置
15 同期分周回路
16 アラーム
17 内部基準信号
18 水晶発振器
19 B装置
20 同期分周回路
21 アラーム
22 内部基準信号
23 水晶発振器
27 加算器
31 中央装置
32 端末装置
32a ＧＰＳ受信装置
33 端末装置
33a ＧＰＳ受信装置
34 端末装置
34a ＧＰＳ受信装置
35 通信回線
41 クロック発振器
42 位相誤差計測カウンタ
43 処理部
44 Ｎダウンカウンタ
45 処理部
46 電気角３０度固定分周設定部
47 加減算部
48 内部基準タイミング生成用分周カウンタ

Claims

遠隔多地点の系統情報を分散配置された各端末装置で収集し、これら収集データを伝送路を介して中央装置に伝送して演算する分散制御システムにおいて、
前記各端末装置は、
外部基準信号を入力する外部基準信号入力手段と、
前記外部基準信号と内部基準信号とを同期させる同期制御部が設けられ、前記外部基準信号に基づいて前記外部基準信号と同期した内部基準信号を生成する内部基準信号生成手段と、
前記中央装置から前記各端末装置に対して通知される基準トリガーを入力する基準トリガー入力手段と、
前記各端末装置と前記中央装置との伝送路遅延時間を記憶する遅延時間記憶手段と、
入力された前記基準トリガーと前記内部基準信号との位相差を検出する位相差検出手段と、
前記伝送路遅延時間と前記位相差とから前記中央装置が前記基準トリガーを送信したタイミングを推定し、該推定された基準トリガー送信タイミングと前記内部基準信号とのタイミング差ΔＸを算出するタイミング差算出手段と、
前記タイミング差ΔＸを前記中央装置に送信する通信手段と、を備え、
前記中央装置は、前記各端末装置から送られてくるタイミング差ΔＸに基づいて、各端末装置間の内部基準信号の相対的なズレを推定し、該ズレに応じて前記系統情報を補正して各種演算を行うこと、を特徴とする分散制御システム。
前記各端末装置の前記外部基準信号と前記内部基準信号とが同期されている状態である請求項１に記載の分散制御システムにおいて、
前記各端末装置は、入力された前記基準トリガーと前記中央装置が基準トリガーを送信した直前の外部基準信号タイミングとの時間差を測定する測定手段を備え、前記通信手段は前記時間差を前記中央装置に送信し、
前記中央装置は、
前記各端末装置と前記中央装置との各伝送路遅延時間を記憶する遅延時間記憶手段と、
前記基準トリガーの送信タイミングと前記基準トリガーを送信した直前の外部基準信号タイミングとの時間差を測定する測定手段と、
中央装置および各端末装置の前記時間差ΔZと前記各伝送路遅延時間とから中央装置および各端末装置の同期管理時間を算出する同期管理時間算出手段と、
前記同期管理時間から、前記中央装置と前記各端末装置および前記各端末装置間のタイミング誤差を算出するタイミング誤差算出手段と、
前記タイミング誤差に基づいて同期不良のある装置を判別する判別手段と、
を備えたことを特徴とする分散制御システム。