JPH0542210B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、例えば送電線の保護継電装置に利
用するサンプリング信号同期方式に関するもので
ある。

〔従来の技術〕

デジタル保護継電装置においては、両端電流を
PCM（Pulse Code Modulation）化して互いに
比較するキヤリヤリレーが用いられるようになつ
た。この比較式保護継電装置では、送電線の両端
局の電流の瞬時値を一定周期でサンプリングして
Ａ／Ｄ変換した後、例えば、マイクロ回線を用い
て相互に相手局へ伝送し、各々自局の値と比較す
ることにより送電線の系統故障を監視している。

この場合、両端局でのサンプリングタイミング
は共に同一時刻でなければならず、また、データ
を送出してから相手局が受信するまでの時間、す
なわち伝送遅延時間は、サンプリング周期より大
きくその数倍となるのが普通であるからサンプリ
ングタイミングには、一連の繰り返し番号を付し
て両端局で同一時刻にサンプリングしたデータに
は、同じ番号を付して伝送し合わなければならな
い。そしてこの様な方式の保護継電装置では、サ
ンプリングタイミングとサンプリング番号との同
期手段が非常に重要な課題となつている。

従来この種の信号同期方式としては、すでに特
開昭50−49645号等が提案されている。この従来
方式について簡単に説明する。

第４図は従来方式の原理を示す説明図である。
ここで、同期の主導権を握る側の端局を「主局」、
従属同期する側の端局を従局と呼ぶこととする。

特定のサンプリング番号のデータ（以下主局か
ら従局へ送信するものをS₁、従局から送信するも
のをS₂と略称する。）の送受信に関する時間的な
関係を描いたもので、主局から出たS₁が従局に着
くまでの時間と、従局から出たS₂が主局に着くま
での時間とが事実上無視できる程度で互いに等し
いものとし、これを伝送遅延時間Tdとする。

この様に上下方向の伝送遅延時間が等しい伝送
路は、実際に構成できる。また、S₁及びS₂の送信
周期Ｔは、変動分を考慮したTdの最大値の少な
くとも２倍以上にするという前提条件がある。

そして第４図において、主局におけるS₁の送信
からS₂の受信までの時間をT₁として、この時間
を主局にて計測し、従局におけるS₂の送信から、
S₁の受信までの時間をT₂として、従局にてこの
時間T₂を計測する。そして、主局は、上記時間
T₁をデータ伝送フオーマツト上に乗せ込み、従
局へ送出し、従局ではこのT₁を受信する。また、
逆に従局は、上記時間T₂を主局へ送出し、主局
でこれを受信する。

この時、第４図におけるａは、主局からのS₁の
伝送を示す下向きの斜線と、従局からのS₂の伝送
を示す上向きの斜線とが互いに交差する場合で、
T₁＋T₂＝2Tdとなる関係が成立している場合を
示す。

この第４図のａは、従局からのS₂の送信が、主
局からのS₁の送信よりも時間的に遅れている場合
であり、従局送信部のクロツクパルスの位相（タ
イミング）を少し進めて、従局からの送信を全体
に図の矢印のように左方向へ移動させなければな
らない事がわかる。すなわち、T₁＞T₂ならば従
局からの送信を早め、またT₁＜T₂ならば、従局
からの送信を遅らせる必要があると判定できる。

これは、主局、従局いずれかの片端局のみ、ま
たは両端局で、各々クロツクパルスの位相制御を
行ないT₁＝T₂とする様に制御してもよい。そし
て、T₁＝T₂となつた場合は、S₁とS₂がまつたく
同時刻に送信されたことになり、従つて、その他
のサンプリング番号のデータを含めたすべての動
作が主局と従局とで同一時刻に行なわれる事にな
り、サンプリング信号の同期が完全となる。

上記の方法にて、あらかじめ定められた特定の
同一サンプリング番号のデータS₁，S₂の送信タイ
ミングを合わせて、主局と従局のサンプリング・
タイミングを一致させる。この時、主局または従
局のいずれかで、サンプリング・タイミングを合
わせる為に、クロツクパルスの位相を進めるか、
遅らせるかして合わせていくが、この調整時間幅
は、特定のサンプリング番号のデータS₁，S₂の、
送信する周期Ｔの、最大1/2の時間となる。この
サンプリングタイミングがずれている時間、すな
わち、調整時間幅を一度にずらしてしまうと、デ
ータ伝送上送信するタイミングをいきなり変化さ
せる事になり、受信端側にて受信データエラーと
なる為、実際上は受信データエラーを生じない範
囲の極めて短い時間だけサンプリング・タイミン
グをずらして、これを複数回繰返して最終的な調
整時間幅をずらして行く。この為、サンプリング
信号の同期をとるのに長時間を要していた。ま
た、サンプリング周期をとる為に計測する時間、
すなわち自局が、特定サンプリング番号のデータ
S₁またはS₂を送信してから、相手局の同一サンプ
リング番号のデータS₂またはS₁を受信するまでの
時間は、特定サンプリング番号のデータを送信す
る周期Ｔの時間を計測できるものである事が必要
である。時間計測精度にもよるが、比較的大きい
ビツト数の時間計測カウンタが必要である。

従つて、相手局へ送信する時間データ（T₁ま
たはT₂）のビツト数も多く、伝送フオーマツト
上に多くのビツト数を占有する。

さらに、上記特開50−49645号公報による方式
では、主局と従局の各々で、サンプリング周期を
とる為の時間を計測する事と、その計測した時間
データを主局から従局、従局から主局へとお互に
伝送し合う事が必須条件となつている。

この為、相手局への伝送データに、上記の時間
計測データを乗せ込まなくてはならず、伝送フオ
ーマツト上に制約を受け、伝送効率を悪いものと
している。第４図ｂはS₁とS₂とが交差してない場
合であるが、第４図ａと同様にS₁とS₂とが全く同
時刻に送信されるようにする必要があり、上述の
S₁とS₂が交差している場合と同様の問題点があ
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

特開昭50−49645号公報によるサンプリング同
期方式では、サンプリングタイミングを一致させ
るのに、特定データの送信周期Ｔの最大1/2の時
間ずらしていく必要があり同期をとるのに長時間
を要していた。また、同期調整用の計測時間も上
記送信周期Ｔの分だけ必要で、ビツト数も多く時
間計測の為の回路、ハードウエアを多く必要とし
ていた。

さらに、同期調整の為の計測した時間データを
相手局との間で相互に伝送し合わなければなら
ず、システムの伝送効率を悪くし、伝送フオーマ
ツト上にも多くのデータ長を設けなければなら
ず、伝送効率が良くない等の問題点があつた。

この発明は、上記のような問題点を解決する為
になされたもので、主局および従局のサンプリン
グタイミングを、短時間で一致させるとともに、
同期調整を行なう対向局間での、時間データの伝
送をまつたく不要とし、伝送効率を極めて良いも
のとし、かつ、同期調整を行なう局での時間計測
も、短時間でよく時間データのビツト数を短かく
して、ハードウエア量を少なくし、時間データの
相互伝送なしで行なえるサンプリング同期制御方
式を得ることを目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明によるサンプリング信号同期方式は、
主局または従局において、特定サンプリング番号
のデータを受信した時、その受信したことと、主
局の受信タイミングと従局の送信タイミングと一
致している事や、両タイミングがずれている場
合、ずれを一致させるための調整を指示するフラ
グ情報を一定サンプリング間隔後に、相手局に対
して返信し、主局または従局のいずれかで直近の
サンプリングタイミングから上記フラグ情報を受
信するまでの時間を計測し、自局が特定サンプリ
ング番号のデータを送信してから、上記フラグ情
報を受信するまでの時間を認識する事で、相手局
との伝送遅延時間を算出し、自局のサンプリング
タイミングを移動させてサンプリングタイミング
を同期させ、サンプリング番号をも一致させる様
に制御する事としたものである。

〔作用〕

この発明におけるサンプリング信号同期方式で
は、従局から主局に対して特定サンプリング番号
を示すデータを送信し、主局ではこの特定サンプ
リング番号のデータを受信すると、主局のサンプ
リングタイミングと従局からの受信タイミングが
一致していない場合は、従局に対して、「進み制
御」または「遅れ制御」を示すフラグ情報を、上
記特定サンプリング番号のデータ受信直後の主局
サンプリングタイミングにて従局へ返信する。主
局サンプリングタイミングと従局からの受信タイ
ミングが完全に一致すれば、主局は従局に対して
「一致」を示すフラグ情報を、主局の次のサンプ
リングタイミングにて返信する。すなわち、一定
サンプリング間隔（この場合は、１サンプリング
タイミング）後に相手局へ「タイミング一致」を
示すフラグ情報を返信する。

従局では、この「タイミング一致」を示すフラ
グ情報を受信するが、この時従局の直近のサンプ
リングタイミングから上記フラグ情報を受信する
までの時間を計測し、この計測時間の1/2時間だ
け、自局（ここでは従局）のサンプリングタイミ
ングをずらす様制御して、主局と従局のサンプリ
ングタイミングのみを一致させる。

この時、従局の送信タイミングは変化させず固
定とし、従局のサンプリングタイミングのみ変化
させるものとする。

そして、従局が特定サンプリング番号のデータ
を送信してから、相手局がこの特定サンプリング
番号のデータ受信を表わすフラグ情報を返信して
くるまでの自局サンプリングタイミングの数（す
なわちサンプリング周期数）を計測し、認識する
事により自局から相手局までの伝送路での伝送遅
延時間Tdを知ることが出来、相手局とのサンプ
リング番号の差を知る事が出来る。従つて、自局
で相手局とのサンプリング番号差を無くする様に
自局サンプリング番号を変更し、サンプリング番
号とサンプリングタイミングの両者を一致させ両
端局のサンプリング信号を同期させる。

〔実施例〕 以下、この発明の一実施例を図について説明す
る。第１図において、Ｔはサンプリング番号の周
期を表わし、ここでは電力系統の周波数（50Hzま
たは60Hz）における１サイクル（電気角360度相
当）である。T₀はサンプリングタイミングの周
期で、ここでは電気角30度とする。特定のサンプ
リング番号のデータは、従局から主局へ送信する
ものをＳ２とする。そして、第１図においては上
記特定サンプリング番号を「０」としている。

Tsは従局において、相手局である主局から特
定サンプリング番号のデータＳ２を受信した事を
示すフラグ情報Fmが乗せられたデータを受信し
た時の、直前のサンプリングタイミングからの時
間である。

フラグ情報Fmは、主局において相手局からの
特定サンプリング番号のデータＳ２を受信した事
と、その受信タイミングが自局すなわち主局のサ
ンプリングタイミングと完全に一致していたか、
またはずれていたかのを示す意味を、あわせ持つ
たフラグ情報である。

第１図は本発明の原理を示す説明図であり、主
局および従局におけるデータを送受信に関する時
間的な関係を描いたもので、従局から出たデータ
Ｓ２が主局に着くまでの時間と、主局から出たフ
ラグ情報Fmが主局に着くまでの時間とが事実上
無視できる程度で互いに等しいものとし、これを
伝送遅延時間Tdとする。

第１図において、動作から説明すると、 主局および従局でのサンプリングタイミングは
電気角30度間隔としている。従つて、サンプリン
グ番号は各サンプリングタイミングに割付けられ
ており、サンプリング番号は０，１，２，３，…
…９，10，11と12個の数値で表現される。主局と
従局におけるサンプリングタイミングの間隔T₀
は互いに等しいものとする。

従局からは、一定周期（Ｔ＝T₀×12）毎に特
定サンプリング番号のデータＳ２が送信される。
従局から送信されたＳ２は、伝送遅延時間Td後
に主局に着信する。この時、主局では自局のサン
プリングタイミングとデータＳ２が着信する受信
タイミングが完全に一致しているかをチエツクし
判定する。そして主局では、従局からのＳ２を受
信すると必らず次のサンプリングタイミングの従
局への送信データに「Ｓ２受信」を表わすフラグ
情報Fm（以下略してフラグFmとする）を乗せて
主局から従局へデータを送信する。第１図の例で
は、主局がサンプリング番号“９”の時に従局か
らのＳ２が着信しており、主局ではサンプリング
番号“10”の送信データにフラグFmを乗せ込ん
で、主局から従局へ返信する。従局では、主局か
らのフラグFmを受信するとともに、自局がデー
タＳ２を送信してから、フラグFmを受信するま
での時間を知るために、フラグFm受信タイミン
グが自局のサンプリング番号“７”であることを
認知する。そして、各サンプリングタイミングの
うちフラグFmが着信する直前のサンプリングタ
イミングからフラグFmを受信するまでの時間を
Tsとして計測する。

ここでまず、主局と従局のサンプリングタイミ
ング同期制御の第１段階について第１図、第２図
に基づいて説明する。

従局から発信されたデータＳ２が主局に到着
し、受信するタイミングが主局のサンプリングタ
イミング（30゜間隔）すなわち主局の送信タイミ
ングと完全に一致すると主局では「タイミング一
致」を示すフラグＦ０を従局に対して、次の主局
の送信タイミングにて送信する。

すなわち、データＳ２受信タイミングから必ら
ず、１サンプリングタイミングのT₀時間だけ遅
れたタイミングでフラグＦ０を従局へ対して返信
する事になる。

次に、従局からのデータＳ２の受信タイミング
が主局の送信タイミングとずれていた場合、主局
は従局に対し、「進み制御」または「遅れ制御」
のフラグ情報、それぞれＦ１，Ｆ２を次の送信タ
イミングで返信する。

以上の様な主局の動作に応じて、従局では主局
から「進み制御」または「遅れ制御」のフラグＦ
１またはＦ２を受信すると、従局の送信タイミン
グを従局送信部のクロツクパルスの位相（タイミ
ング）を少し進めるか、遅らせるかの制御を、主
局からのフラグＦ１またはＦ２９指示どうりに行
なう。

これにより、従局からのデータＳ２の送信タイ
ミングが第１図の例では矢印Ａの方向に少しず
つ、ずれて移動して行き、ある時間経過すると主
局におけるデータＳ２の受信タイミングと主局の
送信タイミング言いかえるとサンプリングタイミ
ングとが完全に一致する時が来る。この場合、伝
送フオーマツトは、サンプリングタイミングに基
づいて一定周期で繰返すサンプリング番号と、上
記サンプリングタイミングと同じサイクリツクな
送、受信タイミングを有するものであるので、各
局の送信、受信タイミングがずれている場合にお
いて、主局から従局に送るフラグ情報としては、
従局の送信タイミングを、時間軸上において進ま
せる『進み制御』フラグＦ１であつても、遅らせ
る『遅れ制御』フラグＦ２であつてもどちらでも
よく、いずれのフラグ情報であつても、従局の送
信タイミングを主局の受信タイミングに一致させ
ることができる。尚、上述のように矢印Ａの方向
に移動させたほうが、逆方向に移動させた時より
もタイミング一致までの時間を短くすることがで
きるが、どちらにしても短時間でタイミングを一
致させることができることには変りない。この主
局でのデータＳ２の受信タイミングと主局送信タ
イミングが完全に一致した時、主局は、従局に対
して「タイミング一致」を示すフラグＦ０を送信
する。

従局ではフラグＦ０を受信すると、従局送信部
の位相制御を止めて、送信タイミングをその時点
で固定する。

そして再び、主局からフラグＦ１またはＦ２を
受信するまで、従局送信タイミングを固定し動か
さない。このフラグＦ０が送信されている期間
は、主局と従局の各々の送信タイミングには一定
の関係が成立つている。

従局では、さらに従局がデータＳ２を送出して
から、フラグＦ０を受信するまでの時間を知る為
に、フラグＦ０が着信する直前のサンプリングタ
イミングから、フラグＦ０を受信するまでの時間
をTsとして計測する。

第２図は、従局からのデータＳ２の受信タイミ
ングが主局の送信タイミング、いいかえると主局
のサンプリングタイミングと完全に一致して、主
局からフラグＦ０が従局へ送信されている状態を
示したもので、主局と従局が、一定の関係が成立
つている状態である。

この状態において、主局と従局のサンプリング
タイミングを合致させる制御を行なう。第２図よ
り明らかな様に、伝送遅延時間Tdと、主局←→従
局間のサンプリングタイミング差Δtと、各サン
プリング周期T₀と計測時間Tsとの間には次式の
関係が成立する。

０≦Ts≦T₀ …(1)式 Tk₁＝ｍ×T₀＋Ts（但しｍは整数） …(2)式 Tk₂＝2Td＋T₀ …(3)式 Td＝nT₀＋Δt …(4)式 ｍ＝2n＋１（但しｍ、ｎは整数） …(5)式 上記(2)式、(3)式、(4)式、(5)式からサンプリング
タイミング差Δtを求めると(6)式の値となる。

Tk₁＝Tk₂ （2n＋１）T₀＋Ts＝２（nT₀＋Δt）T₀ Δt＝１／２Ts …(6)式 従つて、Δtを零にする為には、従局にて計測
した時間Tsの1/2の値だけ、従局側のサンプリン
グタイミングを調整すればよいことになる。しか
し、この1/2Tsの値だけ従局の送信タイミングを
移動させると、従局から主局へ送信しているデー
タＳ２の送信タイミングが変化する為、主局側で
のデータＳ２の着信タイミングも変化し「タイミ
ング一致」のフラグＦ０を送信できなくなる。従
つて、従局では、従局から主局へのデータ送信タ
イミングは変化させずに、1/2Tsの値だけ、従局
の内部サンプリングタイミングをずらす制御を行
なう。

すなわち、主局ではデータ送信タイミングとサ
ンプリングタイミングは同一タイミングである
が、従局ではデータ送信タイミングとサンプリン
グタイミングは異なつてくる。

しかし、本来の目的は主局と従局の間のサンプ
リングタイミングを完全に一致させ同期させる事
であるので、従局で送信タイミングとサンプリン
グタイミングが一致しなくても何ら問題とはなら
ない。

次いで、主局と従局のサンプリング番号を合致
させる制御を行なう。第１図では、上記のサンプ
リングタイミング差を零にする制御を施こした後
の状態も示しており、従局の特定サンプリング番
号“０”のデータＳ２を主局が受信し、直後のサ
ンプリングタイミング“10”にて「Ｓ２受信」を
示すフラグFmを乗せ込み従局へ送信する。従局
では、このフラグFmが着信した時の、自局のサ
ンプリング番号RA“７”を記憶すると共に、フ
ラグFmを乗せ込んできた主局からの送信データ
のサンプリング番号SA“10”を認知する。

従局のサンプリング番号“７”で、主局からの
フラグFmが到着したということは(2)式、(3)式、
(4)式により、主局−従局間の伝送遅延時間Tdが
Td＝（ｍ−１／２）T₀＋Ts／２と言う事になり、主局 からフラグFmを乗せ込んで、送信してきたデー
タのサンプリング番号が“10”ということは、従
局のサンプリング番号が主局のそれと比較して６
だけ進んでいる（６だけ遅れている）ことがわか
る。この状態を数式で表わすと、(7)式となる。ε
は従局に対する主局のサンプリング番号の遅れ数
を示す。

ε＝SA−RA＋１／２ …(7)式 第１図の例では、SA＝10、RA＝７よりε＝
６となり、従局が主局に対して６サンプル番号分
だけ遅れていることを示している。(7)式中SAは
０〜11の整数値、RAは１〜11の奇数値をとる。
ε値と主局−従局間のサンプリング番号関係を第
３図に示す。

従局では、上記ε値により主局との間のサンプ
リング番号差を知ることができ、自局で相手局と
のサンプリング番号差を無くすようにサンプリン
グ番号を変更する。第２図の例では、サンプリン
グ番号８を６サンプリング分だけ進めて、サンプ
リング番号が２となる。変更の方法は、従局のサ
ンプリング番号にε値を加えて12を越えた時のみ
その剰余を、それ以外はそのままの値を新しい従
局のサンプリング番号とする。

なお、上記実施例では、従局に於いて、サンプ
リングタイミング及びサンプリング番号を制御し
たが、これとは逆に主局に於いて同様の演算・制
御を実施することにより、上記実施例と同様の効
果を奏する。

上記実施例では、従局に於いてサンプリングタ
イミング及びサンプリング番号を制御したが、主
局・従局、両局に於いて、サンプリングタイミン
グを合わせるために、従局からのデータの受信タ
イミングと主局の送信タイミングを一致させる為
の自局送信タイミングの位相調整（変化させる為
の制御）を行なうと、サンプリングタイミングの
同期に要する時間は1/2となり、より一層の高速
化が計れる。サンプリング番号の同期について
は、主局または従局いずれか一方において制御を
行なう必要があるが、いずれで行なつても上記実
施例と同様の効果がある。

また上記実施例では、特定サンプリング番号の
データを受信した直後の主局送信タイミングで、
フラグ情報を返信しているが、上記データ受信後
一定サンプリング間隔後または、変化しない固定
遅延後であれば、どの様な時間後で返信しても上
記実施例と同様の効果がある。

上記実施例では、主局・従局の２局間の場合に
ついて説明したが、３局間以上の場合であつても
よく、例えば３局間では、まず２局間に於いて実
施例と同一制御により同期をとる。次いで残りの
１局と上記同期のとれた２局の内、１局との間で
実施例と同一制御により同期をとれば、上記実施
例と同様の効果を奏する。

また、上記実施例では保護継電装置の場合につ
いて説明したが、距離がある地点間で、同時刻性
の必要な例えば地震計、標準時計等であつてもよ
く上記実施例と同様の効果を奏する。

また、上記実施例では特定サンプリング番号を
受信した事を示すフラグ情報とデータの着信タイ
ミングと自局送信タイミングの時間的一致を示す
フラグ情報を合わせ持つたフラグ情報としている
が、この両者の意味を別々のフラグ情報に分離し
ても同様の効果がある。

〔発明の効果〕

以上の様に、本発明によれば、従局から主局へ
特定サンプリング番号を受信した時に、相手局へ
返信する単一ビツト情報のみでサンプリングタイ
ミングの一致制御を行なう事が出来る。計測する
時間データも従局の１局のみの時間データ１量の
みで行なう事が出来る。従つて従局では時間計測
カウンタ１量のみのハードウエアがあればよく、
主局では受信タイミングと送信タイミングの一致
のみをチエツクすればよく、これもハードウエア
は極めて簡単なものとなり、安価で信頼性の高い
システムが構成できる。さらに時間データの伝送
が不要となる為、伝送効率を高いものとする事が
出来る効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例によるサンプリン
グ信号同期方式の原理を示す説明図、第２図は、
主局での受信タイミングと送信タイミングが一致
した時の送受信信号を示すタイムチヤート、第３
図はサンプリング番号差と、主局←→従局間のサン
プリング番号関係を示す図、第４図は、従来のサ
ンプリング信号同期方式の原理を示す説明図であ
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 対向する伝送路を使用して、一定周期で繰返
   すサンプリング番号を付加した、同じサイクリツ
   クな伝送フオーマツトでデータの送受信をＡ局、
   Ｂ局間で行なう伝送方式において、同じサンプリ
   ング番号が発生する周期Ｔを各々の伝送遅延時間
   の２倍より大きくしたとき、Ａ局から一定周期で
   伝送フオーマツト上のある特定のサンプリング番
   号の信号を送信し、相手局であるＢ局では、Ａ局
   からの上記特定サンプリング番号の信号の着信タ
   イミングと、自局（Ｂ局）の送信タイミングとの
   時間的一致を比較し、その一致または不一致を知
   らせる事と、上記特定サンプリング番号の信号を
   受信した事を示すフラグ情報を、上記特定サンプ
   リング番号の信号を受信した直後または、一定時
   間遅延後の自局（Ｂ局）の送信タイミングにて返
   信し、Ａ局では、Ｂ局から返信されてくる上記フ
   ラグ情報を基に、相手局であるＢ局からの「タイ
   ミング一致」を知らせるフラグ情報が返信されて
   来るまで、自局（Ａ局）の送信タイミングを変
   化・調整し、Ｂ局においてデータ着信タイミング
   とＢ局の送信タイミングが時間的に一致している
   状態において、Ａ局側で、Ａ局の直近の送信タイ
   ミングから上記フラグ情報を受信するまでの時間
   を測定し、Ａ局で上記フラグ情報を受信した時
   の、自局送信タイミングを示すサンプリング番号
   と、フラグ情報を送り出した相手局のサンプリン
   グ番号と、上記測定した１量の測定時間から、自
   局と相手局の同一サンプリング番号が発生するタ
   イミング差を求めるとともに、上記タイミング差
   を“０”にする為、Ａ局のサンプリングタイミン
   グを調整する事を特徴とするサンプリング信号同
   期方式。