保护控制计测系统的制作方法

专利名称：保护控制计测系统的制作方法
技术领域：
本发明与进行电力系统的保护、控制、计测的保护控制计测系统有关， 涉及利用通信网络收集保护控制计测数据的经济性、维护性高的系统。
背景技术：
在过去的变电站或发电站等设置的终端之间的数据通信单元一般为使
用以太网(注册商标)或TCT/IP的通用协议的案例。特别是，使用以太网， 作为在一定时间内可靠地传输数据的手段提出如下所述的专利文献1及2 那样的通信单元。
在专利文献1中公开了如下的以太网上的实时数据的发送方法通过 抑制同时发送多个实时数据时产生的冲突(collision),为消除各发送数据 包的延迟时间的变动产生的问题，对实时数据赋予优先权，并且应用了用 于回避冲突的通信协议。并且，在该专利文献1中发送的实时数据是影像 数据。
此外，在专利文献2中公开了用工业用网络在一定时间内必须可靠地 传输预定的数据时用于实现实时传输的双重以太网用集线(hub)装置及网 络。具体地公开了在全部采用双重以太网的网络中设有对来自各周期内的 各站装置的发送数据量进行监视的传输监视单元、和基于通过该传输监视 单元取得的数据量向各站装置提供发送控制的指令的发送控制单元的结 构。由此，可以保证一定的时间而发送要求实时性的工业用的控制数据等。
另外，使用如上所述的以太网的通信单元被期望进行电力系统或电力 设备的保护、控制、计测时的应用。利用该以太网，在经济性、维护性方
面具有效果，例如有如下利用经由该以太网收集来自多个地点的电力系 统或电力设备的电量，进行是否需要电力系统等的保护控制的判断即保护 控制计测运算、或者对多个地点的电量进行比较计测等。
专利文献l:(日本)特开2005 — 124206号公报
专利文献2:(日本)特开2000—92109号公报
如上所述，在电力系统等的保护控制计测运算时，在传输电量时使用 利用以太网的通信网络的情况下，为进行实时传输需要导入如上述专利文 献1及2公开那样的通信技术。
但是，在进行电力系统的保护、控制、计测的保护控制计测系统中， 保护控制计测数据中的收集的电压、电流等电量数据需要保证终端和母站 之间的到达时间的实时传输，而保护继电器的整流值、各种设定值等是到 达时间的保证宽松的非实时数据，所以不需要实时传输。因此，专利文献l 及2提出用于实现实时传输的单元，但是，没有公开包含保护控制计测系 统用的包括非实时性的数据的保护控制计测数据。
具体地，在上述专利文献1中，对实时数据赋予优先权，并且提出应 用用于回避冲突的通信协议的通信单元，但作为收发对象的实时数据如上 所述是影像数据，不是保护控制计测数据。此外，在上述专利文献2中， 在工业用网络内以实时传输收发的数据是工业用数据，其详细情况不清楚。
艮口，如上所述，在上述专利文献1及2中，以所有数据是需要实时性 的数据的情况为前提。因此，在保护控制计测系统中应用该文献l、或文献 2的通信单元时，或许可以传输电量数据等实时数据，但是各种设定值等非 实时数据也用具有实时性的通信单元传输，产生硬件规模增大到必要以上 的经济方面上的问题。

发明内容
本发明是用于消除上述课题而提出的，其目的在于，提供一种从配置 在变电站、发电站或受变电设备等中取得电量的多个终端经由通信网络收 集保护控制计测数据的、经济性及维护性高的保护控制计测系统。
为了实现上述目的，本发明的保护控制计测系统，其特征在于，具备 从电力系统或电气设备取入电量的计测终端、具有基于该电量进行保护控 制或计测处理的运算单元的母站装置、以及连接上述母站装置和至少一个
以上的上述计测终端的通信网络，上述计测终端具备实时传输单元，在
规定时间内向上述母站装置传输上述电量；以及消息传输单元，将传输优
先级低于上述实时传输的、提高上述保护控制或计测处理的运算精度的校正系数作为设定值向上述母站装置传输，上述实时传输单元经由上述通信 网络比上述消息传输优先地在规定时间内传输上述电量，上述消息传输单 元经由上述通信网络在传输上述电量之后的规定时间内传输上述设定值， 上述运算单元进行对从上述实时传输单元收取的上述电量利用从上述消息 传输单元收取的上述设定值的校正、并计算输入电量。
此外，在本发明中，其特征在于，作为上述通信网络采用以太网，进 而，上述设定值是用于校正上述计测终端的模拟滤波器的过渡响应特性的 函数。此外，本发明的一个方式如下上述运算单元判断在上述电力系统 或电力设备中存在异常时，向上述计测终端发送控制指令；上述计测终端 收取了该控制指令时，控制为跳开与电力系统或电气设备连接的开关器。
进而，本发明一个方式如下不设置母站装置，在至少一个以上的计 测终端中，该计测终端具备实时传输单元，在规定时间内向其它计测终 端传输上述电量；及消息传输单元，将传输优先级低于上述实时传输的、 提高上述保护控制或计测处理的运算精度的校正系数作为设定值向上述其 它计测终端传输，上述实时传输单元经由上述通信网络比上述消息传输优 先地在规定时间内传输上述电量，上述消息传输单元经由上述通信网络在 传输上述电量之后的规定时间内传输上述设定值，上述运算单元对从上述 其它计测终端的上述实时传输单元收取的上述电量进行利用从上述其它计 测终端的上述消息传输单元收取的上述设定值的校正，从而计算输入电量。
根据如上那样的本发明，计测终端的结构被简化，可以提出经济性高 的保护控制计测系统。具体地，各模拟信道的每一个在计测终端中对取得 的电量数据乘以校正值的情况下，需要有使其成为可能的高性能的硬件， 对此，在本发明中可以由母站装置侧乘以校正值，所以可以简化计测终端 的结构。
艮P，由计测终端乘以校正值时，若考虑乘以校正值时的运算结果的进 位，则要选择微处理器或总线等的字长、总线宽度都大的硬件，成本变高， 所以本发明采用由母站装置乘以校正值的方式。
此外，根据本发明，可以经由相同的通信路径传输需要实时性的电量 的数据包和不需要实时性的校正值等设定值数据，所以可以不降低保护控 制计测系统的性能，而用一个通信路径传输。
而且，即使在产生了变更计测终端的设定值数据即校正值的需要(系 统1次侧设备的变更、硬件的老化等)的情况下，通过修正母站装置的运 算单元的软件，可以进行如过去那样的高精度的运算。因此，不产生现场 的计测终端的修改变更成本，所以经济性优良。并且，上述效果随着计测 终端的数量的增加而增大。


图1是表示本发明的第一实施方式的保护控制计测系统的硬件结构例 的图。
图2是表示本发明的第一实施方式的保护控制计测终端的结构例的图。 图3是表示本发明的第一实施方式的母站装置的结构例的图。 图4是表示本发明的第一实施方式的保护控制计测系统的具体的结构 例的图。
图5是表示本发明的第一实施方式的同步相位量的运算处理例的图。 图6是表示本发明的第一实施方式的到达时间保证数据包的帧结构例 的图。
图7是表示本发明的第一实施方式的消息传输数据包的帧结构例的图。 图8是表示本发明的第一实施方式的通信网络上的各数据包的收发定 时例的图。
图9是表示本发明的第一实施方式的母站装置的保护控制计测运算处 理例的流程图。
图10是本发明的第一实施方式的电力系统扰乱时的频率变化例子。
图11是表示与本发明的第一实施方式有关的其它实施方式的保护控制 计测系统的硬件结构例的图(1)。
图12是表示与本发明的第一实施方式有关的其它实施方式的保护控制 计测系统的硬件结构例的图(2)。
图13是表示与本发明的第一实施方式有关的其它实施方式的保护控制 计测系统的硬件结构例的图(3)。
图14是表示本发明的第二实施方式的保护控制计测系统的具体的结构 例的图。
图15是表示本发明的第三实施方式的保护控制计测系统的具体的结构 例的图。
图16是本发明的其它实施方式的保护控制计测终端的结构例的图。 符号说明
1一1 1一N保护控制计测终端 2通信网络
3、 3 — 1 3—N母站装置
11 输入变换器
12 模拟滤波器
13 变换器
14 运算处理部
14一1 电量取得发送单元 14一2 设定值发送单元 14一2A设定值收发单元 14一3 控制指令接收单元 14一4 电量运算单元 14一5 保护控制计测运算单元
15 传输控制部
15 — 1 到达时间保证传输单元 15—2 消息传输单元
16 时刻同步部
31 母站传输控制部
31 -1 母站到达时间保证传输单元
31— 2 母站消息传输单元
32 母站运算处理部
32— 1 电量运算单元
32—2 保护控制计测运算单元 32—3 设定值发送单元
具体实施例方式
接着，参照图1 3如下说明本实施方式的保护控制计测系统的结构。 并且，图l是涉及本实施方式，表示保护控制计测终端l、通信网络2、母 站装置3的关系的简要图。
如图1设置在分别相同或不同的供电站的N台保护控制计测终端l一 1 1一N (N》1)中，计测出电力系统(输电线、变压器、发电机等)的电 压或电流等电量，该电量经由通信网络2向母站装置3传输。
在该母站装置3中，集中由各保护控制计测终端1送来的电量进行保 护运算、控制运算或计测运算，并且根据需要基于该运算结果向各保护控 制计测终端1输出控制指令。由此，在各保护控制计测终端1中，基于来 自母站装置3的控制指令进行跳开断路器等控制。
接着，对保护控制计测终端l、通信网络2、母站装置3的每一个如下 详细叙述基本结构。
图2是表示本实施方式的保护控制计测终端1的硬件结构的图。这里， 输入变换器ll将所输入的供电站内的输电线、变压器、发电机等的电压及 电流即电量变换为规定大小的电量数据。
模拟滤波器12是从由输入变换器11变换的输出电量数据中除去规定 的频率成分的电路，A/D变换器13为了将由模拟滤波器12除去规定的频 率成分的电量数据变换成数字量而进行采样及模拟/数字变换。
该A/D变换器13中的采样按照与例如通过GPS (全球定位系统)卫星 接收到的UTC (世界协定时刻)同步的定时进行，在时刻同步部16中，通 过在规定时刻基于从GPS天线接收到的UTC时刻数据产生定时信号、该信 号送到A/D变换器13来实现。
关于运算处理部14，具体的处理留待后述，但由微处理器构成，是进 行同步相位量等电量运算的单元。传输控制部15经由通信网络2与母站装 置3之间进行数据的收发。并且，A/D变换器13、运算处理部14、传输控
制部15与终端内的存储器17 —起用总线连接，可以在相互之间收发数据。 [;i丄2.通信网络的基本结构]
在本发明中，作为通信网络的物理层可以使用有线电缆、光纤、无线 LAN、微波、电力线传输等。此外，在电气从业者内还设想了闭合的内部 网络(intranet)、或连结多个从业者之间的VPN、 一般的因特网的利用等。 并且，在本实施方式中，以使用以太网的情况为例子如下说明。
图3是表示母站装置3的基本结构的图。母站装置3如上所述经由通 信网络2接收从保护控制计测终端1送来的电量等数据，集中该电量数据 进行保护运算、控制运算或计测运算，另外向各保护控制计测终端1发送 控制指令。
母站传输控制部31经由通信网络2接收从保护控制计测终端1的传输 控制部15送来的同步相位量等电量数据，向后述的母站运算处理部32发 送该数据。并且，在来自各保护控制计测终端1的同步相位量中还包含各 送出源的保护控制计测终端ID、和由A/D变换器13进行了数字变换的定 时时刻，作为同一帧向母站装置3的母站传输控制部31发送。
母站运算处理部32排列来自各保护控制计测终端1 一 1~1 一N的同步相 位量。具体地，进行以下处理提取来自各保护控制计测终端1一1 1一N 的同一时刻的同步相位量，在相同的帧内排列。并且，由排列的帧内取出 必要的时刻的电量数据进行基于软件的保护控制计测运算。并且，对于具 体的处理后面叙述。
接着，参照图4如下说明本实施方式的保护控制计测终端1及母站装 置3的具体结构。并且，在图4中，对于图1~3相同的部位附加相同的符 号，设为表示相同的意思而省略说明。此外，在图4中，对于保护控制计 测终端1，从图的简化的观点出发仅示出本发明的特征性的构成要素即运算 处理部14和传输控制部15，对于除此以外的构成因素省略记载。
如图4所示，在保护控制计测终端1的运算处理部14中具有电量取得 发送单元14_1，该电量取得发送单元14_1将由A/D变换部13进行了采 样及数字变换的数字数据运算为同步相位量，并将该同步相位量发送到传
输控制部15中的后述的到达时间保证传输单元15 — 1。
而且，在本实施方式中，为提高系统中的运算精度，对每个模拟信号 将校正系数设定为校正值，作为系统运用时的不变的设定值设定于保护控 制计测终端1内的存储器17上。这里，在运算处理部14内具备的设定值 发送单元14一2从存储器17中提取上述设定值，向传输控制部15内的后 述的消息传输单元15—2发送。
保护控制计测终端1内的传输控制部15具有到达时间保证传输单元15 一l，该到达时间保证传输单元15—1接收由上述的电量取得发送单元14 一l发送的同步相位量，并经由通信网络2向母站装置3侧实时传输。此外， 在该传输控制部15设有消息传输单元15—2，该消息传输单元15—2接收 由设定值发送单元14—2发送的具有非实时性的设定值数据，并经由通信 网络2向母站装置3侧进行消息传输。
另一方面，在母站装置3中设有母站到达时间保证传输单元31 — 1，该 母站到达时间保证传输单元31 — 1在母站传输控制部31内经由通信网络2 与保护控制计测终端1的上述到达时间保证传输单元15—1之间进行同步 相位量的电量数据的收发。此外，在该母站传输控制部31内设有母站消息 传输单元31—2，该母站消息传输单元31—2与保护控制计测终端1内的消 息传输单元15—2之间进行设定值数据的收发。
而且，母站运算处理部32具有电量运算单元32—1，该电量运算单元 32—1通过在由上述母站到达时间保证传输单元31 — 1接收到的相位量上乘 以由上述母站消息传输单元31—2接收到的设定值数据，从而计算非常接 近真值的电量。此外，在该母站运算处理部32中设有保护控制计测运算单 元32—2，该保护控制计测运算单元32—2根据由电量运算单元32—1运算 的电量的大小和电压相位差进行用于保护控制计测终端1的事故判断的保 护控制计测运算。
接着，参照图5下面说明通过上述结构实现的保护控制计测终端1中 的同步相位量的运算处理。
在各保护计测终端1一1 1一N中，由输入变换器11变换的规定的电量
数据经由模拟滤波器12縮为特定频带的数据，在A/D变换器13中将从GPS 卫星得到的UTC时刻和同时刻的模拟量作为采样变换成数字值。并且，运 算处理部14的电量取得发送单元14一1根据该进行了数字变换的电量数据 运算同步相位量。
该同步相位量如图5所示，用大小X和相位cp这2个量来确定进行了 数字变换的电量数据，该电量取得发送单元14一1运算同步相位量的同时， 为了向母站装置3侧传输该相位量而向传输控制部15发送。并且，同步相 位量中的相位cp是相对于根据经由时刻同步部16取得的由GPS接收机接 收到的1PPS (每秒一个脉冲lpulse per second)信号而得到的UTC (协定 世界时间)定时的、余弦函数上的瞬时相位角。 这里，将信号设为[数学式l]
的情况下的相位量表示由下式表示的复数量给出。
并且，作为使用同步相位量的情况下的优点可举出易知且易处理的表 现方式这一点。这样，由各保护控制计测终端1一1 1一N的运算处理部14 运算的同步相位量通过传输控制部15的到达时间保证传输单元15 — 1经由 通信网络2集中在母站装置3中。
接着，参照图6以下说明向母站装置3发送由运算处理部14的电量取 得发送单元14一1运算的同步相位量时进行帧生成处理。
各保护控制计测终端1一1 1一N如图6那样在由运算处理部14内的电 量取得发送单元14一1生成的帧内取入供电站的母线电压(电压l: a相电 压、电压2: b相电压、电压3: C相电压)、输电线电流(电流ll:线路1
的a相电流、电流12:线路l的b相电流、电流13:线路l的c相电流、
电流21:线路2的a相电流、电流22:线路2的b相电流、电流23:线路 2的c相电路)合计9个量。并且，在图6中示出将其相位量的大小和相位 周期性地向母站装置3发送的样子。
根据图6，帧内示出在时刻tl进行了采样及数字变换的相位量的详细 情况(母线电压和输电线电流的大小及相位)，而且，在帧的最初附加有保 护控制计测终端l一l发送源ID、由A/D变换器13采样的采样时刻。此外， 在帧的最后，附加了由CRC等实现的检定数据。
并且，在N个保护控制计测终端1一1 1一N中，在该时刻tl采样的同 步相位量作为被生成为帧的个别的数据包，由电量取得发送单元14—1经 由传输控制部15的到达时间保证传输单元15 — 1向母站装置3发送。
如上所述，由保护控制计测终端1的运算处理部14内的电量取得发送 单元14一1进行了相位量运算及帧生成的电量的数据包向母站装置3侧发 送。并且，该数据包向母站装置3侧传输时经由传输控制部15内的到达时 间保证传输单元15 — 1，作为进行实时传输的数据包向通信网络2发送。
基于到达时间保证传输单元15 — 1的实时传输的具体处理，首先，将 成为从保护控制计测终端1向母站装置3的通信的接入点的所有节点中的、 l个节点作为同步节点。并且，该同步节点发布同步帧之后，在获得发送权 的节点中，经由通信网络2向母站装置3发送优先级比后述的设定值的数 据包高的电量数据包，控制发送时间以防超过保护控制计测终端1和母站 装置3之间的规定的传输时间即到达保证时间，从而实现实时传输。
由此，以保证时间的方式，从保护控制计测终端1送来的上述电量的 数据包(以下称为到达时间保证传输数据包)到达母站装置3。并且，在本 实施方式的保护控制计测系统中，为了在一定时间内进行运算电量并跳开 断路器等的判断，需要向保护控制计测运算单元32—2实时地传输到达时 间保证数据包，通过以上所述的单元实现。
这里，如上所述，电量在保护控制计测终端1内经由输入变换器11、 模拟滤波器12、 A/D变换器13被变换为数字值，但是每个硬件有个体差(比 例分误差、固定分误差、数字的比特重叠)，所以一般在输入变换器ll、模
拟滤波器12等中产生误差。
因此，在本实施方式中，为了提高保护控制计测系统中的运算精度，
按每个模拟信道设定校正系数，将其作为校正值乘以A/D变换之后的数字 值，求出非常接近电量的真值的相位量。并且，这种校正值，在常时的系 统运用时视为不变的设定值，预先设定于保护控制计测终端1内的存储器 17中。
这里，在运算处理部14中，通过设定值发送单元14一2从存储器17 提取预设的该设定值，为了向母站装置3侧传输而向传输控制部15内的消 息传输单元15—2作为数据包发送。并且，收取该设定值的消息传输单元 15 — 2同时利用由到达时间保证传输单元15 — 1使用的通信网络2，从而向 母站装置3传输该设定值的数据包(以下，称为消息传输数据包)。
其中，由到达时间保证传输单元15 — 1向通信网络2送出的到达时间 保证传输数据包是作为传输优先级比由消息传输单元15—2送出的消息传 输数据包高的数据包到达母站装置的机构。
图7是表示包含由传输控制部15内的消息传输单元15—2传输给母站 装置3的设定值的消息传输数据包的内容。如该图所示，该数据包在各保 护控制计测终端1一1 1一N的发送ID的后面作为常数值附加各模拟信道的 校正值即设定值(Kl、 K2、…)。
并且，由于该设定值在保护控制计测系统运用时不变化，所以在由到 达时间保证传输单元15—1送出的到达时间保证数据包的到达时间是 lms 5ms程度的情况下，由消息传输单元15—2送出的消息传输数据包的 到达时间为从几百毫秒到几秒便足够。
在图8中示出通信网络2上的具有实时性的到达时间保证传输、和不 具有实时性的消息传输的样子。如图8那样，通过到达时间保证传输单元 15 — 1传输的需要实时性的到达时间保证数据包的通信比消息传输优先进 行，在到达保证时间内从保护控制计测终端1传输。
这里，在到达保证时间中的、传输所有需要保护控制计测终端1的该 到达时间保证的数据包之后的空余时间中，进行基于消息传输单元15 — 2 的消息传输数据包的消息传输。由此，在通信网络2中，可以同时利用到 达时间保证传输和消息传输。
接着，以下说明由母站装置3接收到的到达时间保证传输及消息传输 中母站装置3接收到的数据的运算处理。
图8所示的到达时间保证传输数据包和消息传输数据包分别由母站装 置3的母站传输控制控制部31中设置的母站到达时间保证传输单元31 — 1、 母站消息传输单元31—2接收。并且，由母站传输控制部31接收到的各数 据包均发送到母站运算处理部32的电量运算单元32 — 1。
在该电量运算单元32—1中，按来自两数据包的对应的每个模拟信道， 在由母站到达时间保证传输单元31 — 1接收到的到达时间保证数据包即电 量数据上乘以由母站消息传输单元31—2接收到的消息传输数据包即设定 值，计算向保护控制计测终端1输入的电量。由此，校正每个模拟信道的 误差或A/D变换比率等，求出与在电力系统中实际流动的电量接近的值作 为相位量。
这样换算的来自各保护控制计测终端1的电量在母站装置3的母站运 算处理部32中进一步被总结为同时刻的帧。 [1.3.6.保护控制计测运算]
并且，利用在该同时刻总结的帧，保护控制计测运算单元32—2例如 进行利用下述的[数学式3]及[数学式4]的保护控制计测运算。 [数学式3]
it:
it
这里，cp是各供电站的代表相的相位，若用图6及图7说明，例如相当 于保护控制计测终端1的同步相位量的电压1的相位。并且，将来自任意 的保护控制计测终端I及J (1《1、 J《N、 I#J)的同步相位量的电压相位 分别表现为(Pi、 cpj。
保护控制计测运算单元32—2根据[数学式3]，常时周期性地监视来自不同保护控制计测终端1的电压相位差是否超过预定值CPk。并且，这相当 于常时监视不同的供电站的母线电压的相位差。
这里，在供电站的电力系统内发生了某种事故的情况下，可知与事故 发生设备、输电线连结的母线电压的相位变动。即，保护控制计测运算单
元32—2利用[数学式3]常时监视电压相位差，从而能够以规定值cpk为基准 来确定系统事故发生的有无、及系统事故的发生部位。
并且，该保护控制计测运算单元32—2利用[数学式4]确认来自不同的 保护控制计测终端1的电压的大小处于比预定电压Vk低的状态，将该[数 学式4]成立的情况作为条件，进行上述的[数学式3]的运算。
这里，参照图9的流程图以下说明母站装置3的具体的保护控制计测 运算处理。 '
首先，在母站装置3的母站传输控制部31中设置的母站到达时间保证 传输单元31 — 1、母站消息传输单元31—2中，作为来自保护控制计测终端 1的新的数据，判断是否接收到达时间保证传输数据包和消息传输数据包 (STEP901)。
接收到新的数据的情况下(是)，母站运算处理部32读取该数据，电 量运算单元32—1对于来自两个数据包的、对应的模拟信道，在由母站到 达时间保证传输单元31 — 1接收到的电量数据上乘以由母站消息传输单元 31—2接收到的设定值数据，计算由保护控制计测终端1输入的电量 (STEP902)。
并且，为了监视来自不同的保护控制计测终端1的相位量即电量及相 位差，依次更新索引(STEP904)。这里，保护控制计测运算单元32—2通 过使用[数学式4]，从而在不同的保护控制计测终端l中，判断由各电量运 算单元32—1运算出的电压的大小是否是低于规定电压Vk的状态 (STEP905)。
在电压的大小具备[数学式4]的条件时(是)，gp，在低于预定电压Vk 的状态时，进而判断具有该电压的不同的保护控制计测终端1的电压相位 差是否具备[数学式3]的条件(STEP卯6)。具体地，该保护控制计测运算单 元32—2通过监视来自不同的保护控制计测终端1的电压相位差是否不超
过规定值(()k来判断。
在被判断为该电压相位差不满足[数学式3]的条件、即超过预定值cpk 时(否)，判断在电力系统内发生了某种故障(STEP907)。艮P，读取的相位 量的相位变动较大，所以认定系统故障的发生，确定是何处的保护控制计 测终端1的电力系统内产生的故障。
并且，在母站运算处理部32中判断是否结束所有的母线电压的确认 (STEP卯3)，若结束确认(是)，在STEP901中判断是否由母站传输控制 部31接收到新的数据。未结束确认的情况下(否)，再次在STEP904中更 新索引，重复STEP905以后的处理。
此外，在STEP905中，电压的大小不满足[数学式4]的条件时(否)， 即，成为低于规定电压Vk的状态时，在STEP903中确认母线电压的组合。 并且，在STEP906中，电压相位差满足[数学式3]的条件时，g口，判断为不 超过规定值(Pk时(是)，也做相同的处理。
并且，在上面作为电量设想了电力系统的电压、电流，但是第一实施 方式还包括将电力系统的有效电力、无效电力、频率等作为电量，从保护 控制计测终端1以同样的传输格式向母站装置3发送数据的实施方式。作 为这时的运算例子，电力系统的频率由按时间微分同步相位量的相位cp的 下述的[数学式5]及[数学式6]给出。 [数学式5]
<formula>formula see original document page 18</formula>
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在母站装置3中，在保护控制计测运算单元32—2中，根据由上述的 处理流程STEP902计算出的电量取出同步相位量的相位(p，通过[数学式]5 及[数学式6]计算出电力系统的频率f。这里，当供电站内的发电机因故障 等脱落时等，频率的变化从系统干扰的地点向周边传播，所以可以利用由
保护控制计测运算单元32—2计算出的频率f推测干扰发生地点。
例如，参照图10以下说明发电机因故障等脱落时的供电站7处的频率 的时间变化例子。在该图中，若注意频率表示59.98Hz的部分，则从接近 脱落的发电机的电站依次，略小于59.99Hz的频率变化为59.98Hz。
这样，频率的变化从系统干扰地点向周边传播，所以利用这个可以从 频率的观测点推测干扰发生地点。此外，根据计算出的频率的时间变化率 可以推测发电量的变化。即，可以通过保护控制计测运算单元32—2进行 各种保护控制计测运算。
根据如上的本实施方式，能够提供保护控制计测终端的结构被简化、 经济性高的保护控制计测系统。具体地，对每个模拟信道在保护控制计测 终端中将设定值数据乘以电量数据的情况下，需要可以实现这个的高性能 的硬件，对此，在本发明中，在母站装置侧乘以设定值数据，所以可以简 化保护计测终端的结构。
艮P，在保护控制计测终端乘以设定值数据的情况下，若考虑乘以设定 值数据时的运算结果的进位，则选择微处理器或总线等的字长、总线宽度 也宽的硬件，而成本升高，在本发明中由母站装置将该设定值数据相乘。
此外，根据本发明，可以经由相同的通信路径传输需要实时性的电量 的数据包和不需要实时性的校正值等设定值数据，所以可以不降低保护控 制计测系统的性能，而用一个通信路径实现传输。
而且，在产生变更保护控制计测终端的设定值数据即校正值的需要(系 统1次侧设备的变更、硬件的老化等)的情况下，也可以通过修正母站装 置的保护控制计测运算单元的软件来进行过去那样的高精度的运算。因此， 不产生现场的保护控制计测终端的维修变更成本，在这一方面经济性优异。 并且，根据保护控制计测终端的数量的增加，上述效果增大。
此外，在本发明的第一实施方式中如上所述地作为宽带的同步机构使 用GPS，但是还包括不使用它而按照各保护控制计测终端1中内置的时钟 的定时进行电量的采样的方式。
此外，第一实施方式不限于使用1台母站装置3的上述实施方式，由 于保护控制计测终端1的台数增加很多而母站装置3的处理负担变重的情
况下，如图11所示，包括设置多个母站装置(3 — 1 3—M)来分散处理负 担的方式。
此外，母站装置3是1台的情况下，万一母站装置3有故障，则有可 能系统整体停止的危险，另一方面，通信网络2是1个系列的情况下，万 一通信网络有故障，则有系统整体停止的故障。因此，在第一实施方式中， 还包括如图12所示地配置2个系列的同等功能的通信网络2及母站装置3、 提高系统整体的可靠性的方式。
并且，在本发明的第一实施方式中，如上那样作为电量使用同步相位 量，但是还包括取代该相位量而使用电压、电流的瞬时值的方式。使用瞬 时值的情况下，与作为相位量成对地传输大小和相位的上述如图6所示那 样的传输帧的结构不同，如图13那样传输各采样时刻的瞬时值量。
并且，使用相位量的情况下，通过变换由保护控制计测终端1采样的 电量瞬时值来取得该相位量，从而具有在母站运算处理部32中进行各种保 护控制计测运算时的处理容易的优点，但相对于此，传输瞬时值的情况下， 如图13所示，由母站运算处理部32处理未加工的更原始的数据，所以具 有优化应用运算的技术从而能够进行更高精度的运算的优点。
此外，还包括在母站装置3中设置从相同的保护控制计测终端1传输 相位量或者传输瞬时值的选择功能、从而可以从母站装置3进行该选择指 示的实施方式。这时，在母站装置3中，要混合处理相位量和瞬时值，但 是确保了利用上述相位量的情况和利用瞬时值的情况的两者的优点。
而且，从各保护控制计测终端1一1 1一N进行瞬时值传输的情况下， 进行如下处理，防止因各保护控制计测终端1一1 1一N的模拟滤波特性而 生成的电力系统的过渡响应特性的差异的发生。具体地，将各保护控制计 测终端1一1 1一N的模拟滤波特性(增益、频率)作为函数向母站装置3 传输，在母站装置3中利用接收到的该函数进行各过渡响应特性在应用运 算处理时变得相等的变换。并且，这时的母站装置3中的变换例如以下的[数 学式7]那样进行。
这里，f,、 f2、…f。是表示保护控制计测终端1一1 1一N的模拟滤波器
特性的函数，gl、 g2、…gn是表示母站装置3中的变换函数，Fl、 F2、…Fn 是通过变换得到的对应于各保护控制计测终端1一1 1一N的应用运算侧的 滤波器特性。
在傲学式7]中，若母站装置3中的g!、 g2、…gn适当，则作为滤波器 特性的F,、 F2、…Fn均成为相同的值。并且，滤波器特性F,、 F2、…Fn相 当于在上述实施方式中所述的设定值数据，所以经由消息传输单元在保护 控制计测终端1和母站装置3之间收发。
接着，参照图14以下说明本发明的第二实施方式的保护控制计测终端 l及母站装置3的基本结构。并且，在本实施方式中，硬件的基本结构与第 一实施方式相同，省略说明。
第二实施方式的特征在于，可以一起双向进行经由通信网络2进行的 保护控制计测终端1和母站装置3之间的到达时间保证传输及消息传输， 能够经由通信网络2从母站装置3进行设定值的变更。另外，特征在于， 从母站装置3向保护控制计测终端1输出基于保护控制计测运算的控制指 令，从而能够从保护控制计测终端1进行电力体系等的电力系统的保护控 制。
具体地，如图14那样，在保护控制计测终端1中，在运算处理部14 中新设置了不仅向上述实施方式中所述的母站装置3侧发送设定值、还经 由传输控制部15内的消息传输单元15—2进行接收的设定值收发单元14 一2A。而且，设有接收跳开对象系统的断路器那样的来自母站装置3的控 制指令的控制指令接收单元14一3。此外，母站装置3具备经由母站消息传
输单元31—2向保护控制计测终端1发送作为校正值的设定值的设定值发 送单元32_3。 [2.2.作用]
接着，以下说明在具有上述结构的第二实施方式中从母站装置3向保 护控制计测终端1传输作为校正值的设定值数据的处理步骤。
首先，在由于作为监视对象的电力系统侧的设备变更、或保护控制计 测终端1侧的硬件的老化而产生母站装置3中的保护运算结果的精度下降 的状况下，利用设定值发送单元32—3向保护控制计测终端1侧发送由母 站装置3变更的设定值数据。具体地，将由设定值发送单元32—3发送的 设定值数据经由母站传输控制部31的母站消息传输单元31—2送到通信网 络2，从而到达保护控制计测终端1侦ij。
在通过消息传输单元15—2接收到设定值数据的保护控制计测终端1 中，通过运算处理部14内的设定值收发单元14一2A收取该设定值数据， 预定的设定值被变更为该设定值。由此，可以从母站装置3经由通信网络2 变更保护控制计测终端1的设定。
此外，母站装置3的保护控制计测运算单元32—2中的保护控制计测 运算的结果，例如在图9的流程中的STEP907中检测出系统故障的发生时， 用于跳开对象系统的断路器的控制指令从母站装置3经由母站到达时间保 证传输单元31 — 1输出到保护控制计测终端1。在保护控制计测终端1中， 由在运算处理部14中设置的控制指令接收单元14一3接收该控制指令，利 用保护控制计测终端1的接点输出来向对象系统输出控制指令，跳开该断 路器。
如上那样，本实施方式与第一实施方式不同，采用了在保护控制计测 终端1和母站装置3之间可双向传输设定值数据、电量数据、控制指令的 构成方式。
根据这种第二实施方式，在保护控制计测终端1和母站装置3之间能 够双向传输具有实时性的数据的电量及控制指令、以及具有非实时性的设 定值数据，所以可以经由通信网络2从母站装置3进行设定值的变更。此 外，可以从母站装置3侧向保护控制计测终端1下达控制指令，所以增加 保护控制计测系统的便利性，进而提高维护性。
接着，参照图15以下说明本发明的第三实施方式的保护控制计测终端 l及母站装置3的结构。并且，在本实施方式中，硬件的基本结构与第一实 施方式及第二实施方式相同，省略说明。
第三实施方式的特征在于，在保护控制计测终端1内具有母站装置3 具有的所有单元。具体地，在保护控制计测终端l的运算处理部14除了第 二实施方式中设置的设定值收发单元14一2A、控制指令单元14一3之外， 还设有在由到达时间保证传输单元15 — 1接收到的电量数据上乘以由消息 传输单元15—2接收到的设定值来计算接近真值的电量的电量运算单元14 一4、和进行保护控制计测终端1的保护控制计测运算的保护控制计测运算 单元14—5。
若是具有如上所述的结构的保护控制计测终端1，则在所有保护控制计 测终端1中收集电量，并且在哪个保护控制计测终端1中都能够进行保护 控制计测运算，所以可以作为母站装置3而工作。并且，电量的收集及保 护控制计测运算的实施、不实施可以通过运算设定切换。
本发明不限于上述第一 第三实施方式，还包括如下的实施方式。例如， 在第一实施方式中，将基于消息传输单元的设定值数据的消息传输设为不 具有实时性即设为不具有到达保证时间的传输，但是，本发明还包括利用 与到达时间保证传输数据包相比数据包传输的优先级较低、但保证到达时 间的实时传输来传输消息传输数据包的实施方式。
这时，在如上所述的通信网络2中，在实时传输中设置优先级(作为 一例，高速一中速一低速扫描传输的顺序)，例如可以将到达时间保证传输 数据包即电量数据设为高速扫描传输，将消息传输数据包即设定值数据分 配为中速或低速扫描传输来实现。
此外，本发明的消息传输还可以将校正值或滤波器函数等模拟输入以 外的、保护控制计测终端1的软件版本等有关维护运用的信息作为数据承 载。
并且，在上述实施方式中，通信网络2釆用以太网，但是应用其它传 输介质、例如电力线传输、无线LAN、 SDH网等的实施方式也包含在本发
明中。
此外，如图16所示，通过多个保护控制计测终端取入电量时，利用该 保护控制计测终端中内置的原子时钟18的时刻对电量数据赋予时刻的实施 方式也包含在本发明中。
权利要求
1. 一种保护控制计测系统，其特征在于，具备计测终端，从电力系统或电气设备取入电量；母站装置，具有基于该电量进行保护控制或计测处理的运算单元；以及通信网络，连接上述母站装置和至少一个以上的上述计测终端，上述计测终端具备实时传输单元，在规定时间内向上述母站装置传输上述电量；以及消息传输单元，将传输优先级低于上述实时传输的、提高上述保护控制或计测处理的运算精度的校正系数作为设定值向上述母站装置传输，上述实时传输单元经由上述通信网络比上述消息传输优先地在规定时间内传输上述电量，上述消息传输单元经由上述通信网络在传输上述电量之后的规定时间内传输上述设定值，上述运算单元对从上述实时传输单元收取的上述电量利用从上述消息传输单元收取的上述设定值进行校正，并计算输入电量。
2. 如权利要求1所述的保护控制计测系统，其特征在于， 在该输入电量的电压的大小是规定的电压阈值以上的条件下，在该输入电量的电压相位差超过规定的相位差阈值时，上述运算单元判断在具有 该输入电量的上述电力系统或电气设备中存在异常。
3. 如权利要求1所述的保护控制计测系统，其特征在于， 上述运算单元判断在上述电力系统或电力设备中存在异常时，向上述计测终端发送控制指令，上述计测终端收取了该控制指令时，控制为跳开与电力系统或电气设 备连接的开关器。
4. 如权利要求1所述的保护控制计测系统，其特征在于，上述通信网络使用以太网。
5. 如权利要求1所述的保护控制计测系统，其特征在于， 上述设定值是上述计测终端的模拟滤波器特性的函数。
6. 如权利要求1所述的保护控制计测系统，其特征在于， 上述计测终端取入上述电量时的采样定时基于通过GPS接收到的电波信号生成，上述实时传输单元将来自上述GPS的绝对时刻与上述电量包含在相同 的帧内传输。
7. 如权利要求1所述的保护控制计测系统，其特征在于， 上述计测终端取入上述电量时，利用在该计测终端中内置的原子时钟的时刻，对上述电量赋予时刻。
8. 如权利要求1所述的保护控制计测系统，其特征在于， 上述母站装置具备母站消息传输单元，该母站消息传输单元将传输优先级低于上述实时传输的、提高上述保护控制或计测处理的运算精度的校 正系数作为设定值向上述计测终端传输，上述计测终端通过收取由该母站消息传输单元发送的上述设定值而将 预先设定的设定值变更为该设定值。
9. 一种保护控制计测系统，其特征在于，具备至少一个以上的计测终端，从电力系统或电气设备取入具有实时性的 电量，具有基于该电量进行保护控制或计测处理的运算单元；以及 通信网络，连接该计测终端， 上述计测终端具备实时传输单元，在规定时间内向其它计测终端传输上述电量；以及 消息传输单元，将传输优先级低于上述实时传输的、提高上述保护控 制或计测处理的运算精度的校正系数作为设定值向上述其它计测终端传输，上述实时传输单元经由上述通信网络比上述消息传输优先地在规定时 间内传输上述电量，上述消息传输单元经由上述通信网络在传输上述电量之后的规定时间 内传输上述设定值，上述运算单元对从上述其它计测终端的上述实时传输单元收取的上述 电量，利用从上述其它计测终端的上述消息传输单元收取的上述设定值进 行校正，从而计算输入电量。
全文摘要
本发明提供一种经由通信网络从取得电量的多个终端收集保护控制计测数据的、经济性及维护性高的保护控制计测系统。保护控制计测终端(1)的电量取得发送单元(14-1)根据电量数据运算同步相位量，发送给到达时间保证传输单元(15-1)。到达时间保证传输单元经由通信网络(2)向母站装置(3)侧实时传输同步相位量。设定值发送单元(14-2)向消息传输单元(15-2)发送设定值数据，该单元经由通信网络向母站装置侧传输消息。母站装置的电量运算单元通过在接收到的同步相位量上乘以设定值数据，从而计算非常接近真值的电量。保护控制计测运算单元根据该电量的大小和电压相位差进行用于保护控制计测终端的事故判断的运算。
文档编号H02H3/02GK101388539SQ200810215358
公开日2009年3月18日 申请日期2008年9月11日 优先权日2007年9月13日
发明者关口胜彦, 坂下宽宪, 武井义则 申请人:株式会社东芝