JP2006230162A - 電圧調整装置、電圧調整方法、及び電圧調整プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】配電線における電圧降下を精度良く求める。
【解決手段】交流電圧を負荷に配電する配電線に設けられ負荷側電圧を切り換えるためのタップを有する変圧器とタップ切換器とを備えた電圧調整装置であって、電圧計測部と、電流計測部と、電圧及び電流に基づいて力率を求める力率取得部と、力率と配電線の抵抗及びリアクタンスとに基づいて配電線のインピーダンスを算出するインピーダンス算出部と、インピーダンスを電流に乗算して配電線の電圧降下を求める電圧降下算出部と、電圧降下を電圧から減算して求められた負荷側電圧の実測値と予め定められた負荷側電圧の基準値との差分値に応じてタップを切り換えるべくタップ切換器を制御するタップ切換制御部と、を備えてなる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、交流電圧を負荷に配電する配電線における電圧降下に基づいて、変圧器のタップを切り換えることにより配電線の電圧を調整する電圧調整装置、電圧調整方法、及び当該電圧調整装置に電圧調整方法を実行させるプログラムに関する。

電力供給における電圧の安定化は必須であるため、例えば変電設備では電圧調整装置により配電線の電圧調整が行われる。特に、変電設備からユーザまでの配電線が長い場合、当該ユーザにおける負荷の軽重に応じて電圧変動も大きくなる。そこで、変電設備は、電圧調整装置が備える変圧器によりユーザの使用レベルに電圧を設定して配電する際、当該変圧器のタップ切り換えを自動的に行い規定の電圧を維持している。
特開平９−８４２６６号公報

ところで、従来、ユーザの負荷側の電圧を容易に計測できない場合には、前述した電圧調整装置は、配電線を流れる電流の実効値に基づいて負荷までの電圧降下を算出し、当該電圧調整装置側の電圧からこの電圧降下分を減算して求められた負荷側の電圧に応じてタップを切り換えていた。例えば、電圧調整装置は、適宜な電流計測手段により配電線の電流の実効値を計測し、適宜な演算手段によりこの電流の実効値に配電線の抵抗値を乗じて電圧降下を求めていた。

しかしながら、前述した負荷が例えば誘導リアクタンスの大きい所謂コイル負荷の場合、交流電圧が印加された負荷における遅れ力率に応じて配電線のインピーダンスが増加し得るため、この配電線を流れる電流がたとえ相対的に小さくなっても、電圧調整装置から負荷までの電圧降下は相対的に大きくなるといった現象が起こり得る。一方、配電線の電流の実効値に配電線の抵抗値を乗じて求められた電圧降下は、電流の減少に伴って小さくなるため、実際の電圧降下よりも小さくなる。このため、前述した電圧調整装置では、交流電圧が印加されたコイル負荷に対して補償不足となる虞がある。

また、前述した負荷が例えば容量リアクタンスの大きい所謂コンデンサ負荷の場合、交流電圧が印加された負荷における進み力率に応じて配電線のインピーダンスが減少し得るため、この配電線を流れる電流がたとえ相対的に大きくなっても、電圧調整装置から負荷までの電圧降下は相対的に小さくなるといった現象が起こり得る。一方、配電線の電流の実効値に配電線の抵抗値を乗じて求められた電圧降下は、電流の増大に伴って大きくなるため、実際の電圧降下よりも大きくなる。このため、前述した電圧調整装置では、交流電圧が印加されたコンデンサ負荷に対して補償過剰となる虞がある。

本発明はかかる課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、負荷に印加される交流電圧を調整するに際し、この負荷に交流電圧を配電する配電線における電圧降下を精度良く求めることにある。

前記課題を解決するための発明は、交流電圧を負荷に配電する配電線に設けられ、前記負荷に印加される負荷側電圧を切り換えるためのタップを有する変圧器と、前記タップを切り換えるタップ切換器と、を備えた電圧調整装置であって、前記配電線の電圧を計測する電圧計測部と、前記配電線の電流を計測する電流計測部と、前記電圧計測部により計測された電圧と前記電流計測部により計測された電流との位相差に応じた力率を求める力率取得部と、前記力率取得部により求められた力率と、当該電圧調整装置及び前記負荷間の前記配電線の抵抗及びリアクタンスとに基づいて、当該電圧調整装置及び前記負荷間の前記配電線のインピーダンスを算出するインピーダンス算出部と、前記インピーダンス算出部により算出されたインピーダンスを前記電流計測部により計測された電流に乗算して、当該電圧調整装置及び前記負荷間の前記配電線の電圧降下を求める電圧降下算出部と、前記電圧降下算出部により算出された電圧降下を前記電圧計測部により計測された電圧から減算して求められた負荷側電圧の実測値と、予め定められた負荷側電圧の基準値との差分値に応じて前記タップを切り換えるべく、前記タップ切換器を制御するタップ切換制御部と、を備えたことを特徴とする。

また、かかる電圧調整装置において、交流電圧が入力される入力部と、交流電圧が出力される出力部と、を更に備え、前記電圧計測部及び前記電流計測部は、前記入力部と前記出力部との間で電圧及び電流をそれぞれ計測する、ことが好ましい。

また、かかる電圧調整装置において、前記タップ切換制御部は、前記電圧降下算出部により算出された電圧降下を前記電圧計測部により計測された電圧から減算して求められた負荷側電圧の実測値と、予め定められた負荷側電圧の基準値との差分値が、予め定められた差分値範囲内にあるか否かを判定し、前記差分値が前記予め定められた差分値範囲内にないと判定した場合、該当の差分値を前記予め定められた差分値範囲内とすべく、前記タップ切換器を制御する、ことが好ましい。

また、かかる電圧調整装置において、前記タップ切換制御部は、前記電圧降下算出部により算出された電圧降下を前記電圧計測部により計測された電圧から減算して求められた負荷側電圧の実測値と、予め定められた負荷側電圧の基準値との差分値が、予め定められた差分値範囲内にあるか否かを判定し、前記差分値が前記予め定められた差分値範囲内にないと所定時間判定し続けた場合、該当の差分値を前記予め定められた差分値範囲内とすべく、前記タップ切換器を制御する、ことが好ましい。

また、かかる電圧調整装置において、当該電圧調整装置及び前記負荷間の前記配電線の抵抗及びリアクタンスをそれぞれ示すデータを記憶する記憶部を更に備え、前記インピーダンス算出部は、前記インピーダンスの算出に先立って、前記記憶部から前記データを読み出す、ことが好ましい。

また、前記課題を解決するための発明は、交流電圧を負荷に配電する配電線に設けられ、前記負荷に印加される負荷側電圧を切り換えるためのタップを有する変圧器と、前記タップを切り換えるタップ切換器と、を備えた電圧調整装置の電圧調整方法であって、前記配電線の電圧及び電流を計測する電圧／電流計測ステップと、前記電圧／電流計測ステップにおいて計測された電圧と電流との位相差に応じた力率を求める力率取得ステップと、前記力率取得ステップにおいて求められた力率と、当該電圧調整装置及び前記負荷間の前記配電線の抵抗及びリアクタンスとに基づいて、当該電圧調整装置及び前記負荷間の前記配電線のインピーダンスを算出するインピーダンス算出ステップと、前記インピーダンス算出ステップにおいて算出されたインピーダンスを前記電圧／電流計測ステップにおいて計測された電流に乗算して、当該電圧調整装置及び前記負荷間の前記配電線の電圧降下を求める電圧降下算出ステップと、前記電圧降下算出ステップにおいて算出された電圧降下を前記電圧／電流計測ステップにおいて計測された電圧から減算して求められた負荷側電圧の実測値と、予め定められた負荷側電圧の基準値との差分値に応じて前記タップを切り換えるべく、前記タップ切換器を制御するタップ切換制御ステップと、を備えたことを特徴とする。

また、前記課題を解決するための発明は、交流電圧を負荷に配電する配電線に設けられ、前記負荷に印加される負荷側電圧を切り換えるためのタップを有する変圧器と、前記タップを切り換えるタップ切換器と、を備えた電圧調整装置に電圧調整方法を実行させる電圧調整プログラムであって、前記配電線の電圧及び電流を計測する電圧／電流計測ステップと、前記電圧／電流計測ステップにおいて計測された電圧と電流との位相差に応じた力率を求める力率取得ステップと、前記力率取得ステップにおいて求められた力率と、当該電圧調整装置及び前記負荷間の前記配電線の抵抗及びリアクタンスとに基づいて、当該電圧調整装置及び前記負荷間の前記配電線のインピーダンスを算出するインピーダンス算出ステップと、前記インピーダンス算出ステップにおいて算出されたインピーダンスを前記電圧／電流計測ステップにおいて計測された電流に乗算して、当該電圧調整装置及び前記負荷間の前記配電線の電圧降下を求める電圧降下算出ステップと、前記電圧降下算出ステップにおいて算出された電圧降下を前記電圧／電流計測ステップにおいて計測された電圧から減算して求められた負荷側電圧の実測値と、予め定められた負荷側電圧の基準値との差分値に応じて前記タップを切り換えるべく、前記タップ切換器を制御するタップ切換制御ステップと、を備えたことを特徴とする。

負荷に印加される交流電圧を調整するに際し、この負荷に交流電圧を配電する配電線における電圧降下を精度良く求めることができる。

＝＝＝電圧調整装置の構成＝＝＝
図１のブロック図に例示されるように、本実施の形態の電圧調整装置１０は、主として、タップ２０が設けられた調整変圧器（変圧器）３０と、タップ切換器４０と、計器用変圧器（電圧計測部）５０と、変流器（電流計測部）６０と、制御基板７０と、直列変圧器８０とを備えて構成されている。この電圧調整装置１０の入力側及び出力側にはＵ端子（入力部）及びｕ端子（出力部）がそれぞれ設けられており、ｕ端子に接続される配電線１００を通じて負荷９０に単相の交流電圧が配電される。尚、本実施の形態の電圧調整装置１０は単相の交流電圧に対応するものであるが、これに限定されるものではなく、一般に複数相の交流電圧に対応するものであってよい。

タップ２０は、電位が０Ｖである第０タップ２００と、電位が１４０Ｖである第１タップ２０１と、電位が２８０Ｖである第２タップ２０２と、電位が４２０Ｖである第３タップ２０３とを備えて構成され、調整変圧器３０に設けられている。尚、この０Ｖ、１４０Ｖ、２８０Ｖ、及び４２０Ｖの電圧設定は一例であり、これに限定されるものではない。

タップ切換器４０は、切換用リレー４１１乃至４１４（総称する場合は切換用リレー４１０と表す）と、橋絡用リレー４２０と、限流用抵抗４４１及び４４２（総称する場合は限流抵抗４４０と表す）とを備えて構成されるリレー回路４５０からなっている。切換用リレー４１０はタップ切換を行い、橋絡用リレー４２０はタップ間を橋絡し、限流用抵抗４４０はタップ間の電流を限流するものである。

以下、リレー回路４５０について説明する。第３タップ２０３及び第１タップ２０１に対しては第１切換用リレー４１１が接続され、このリレー４１１の動作によりリレー回路４５０におけるＲｙ１の紙面右側の端部（Ｘ１、図１参照）の電位が４２０Ｖ又は１４０Ｖとなる。即ち、第１切換用リレー４１１は、図１におけるＵ３・Ｘ１間及びＵ１・Ｘ１間の一方を接続するとともに他方を遮断する構成となっている。

本実施の形態においては、後の説明上、Ｕ３・Ｘ１間を接続しＵ１・Ｘ１間を遮断する第１切換用リレー４１１の状態をオンの状態と言い、逆にＵ３・Ｘ１間を遮断しＵ１・Ｘ１間を接続する第１切換用リレー４１１の状態をオフの状態と言う。つまり、第１切換用リレー４１１がオンの状態の場合、Ｘ１には４２０Ｖの電位が生じ、第１切換用リレー４１１がオフの状態の場合、Ｘ１には１４０Ｖの電位が生じる。また、前述したＸ１と、リレー回路４５０においてＲ１及びＲ２の紙面右側が共通に接続される端部Ｙ（図１参照）とには第４切換用リレー４１４が接続されており、当該第４切換用リレー４１４は、そのオン又はオフ状態に応じてＸ１・Ｙ間をそれぞれ接続又は遮断する構成を有している。

第２タップ２０２及び第０タップ２００に対しては第２切換用リレー４１２が接続され、このリレー４１２の動作によりリレー回路４５０におけるＲｙ２の紙面右側の端部（Ｘ２、図１参照）の電位が２８０Ｖ又は０Ｖとなる。即ち、第２切換用リレー４１２は、図１におけるＵ２・Ｘ２間及びＵ０・Ｘ２間の一方を接続するとともに他方を遮断する構成となっている。

本実施の形態においては、後の説明上、Ｕ２・Ｘ２間を接続しＵ０・Ｘ２間を遮断する第２切換用リレー４１２の状態をオンの状態と言い、逆にＵ２・Ｘ２間を遮断しＵ０・Ｘ２間を接続する第２切換用リレー４１２の状態をオフの状態と言う。つまり、第２切換用リレー４１２がオンの状態の場合、Ｘ２には２８０Ｖの電位が生じ、第２切換用リレー４１２がオフの状態の場合、Ｘ２には０Ｖの電位が生じる。

また、前述したＸ２とＹとには第３切換用リレー４１３が接続されており、当該第３切換用リレー４１３は、そのオン又はオフ状態に応じてＸ２・Ｙ間をそれぞれ接続又は遮断する構成を有している。また、前述したＸ１とＹとには、直列接続された限流用抵抗４４１及び橋絡用リレー４２０が接続され、前述したＸ２とＹとには、直列接続された限流用抵抗４４２及び橋絡用リレー４２０が接続されている。ここで、橋絡用リレー４２０は、図１におけるＸ１・Ｙ間及びＸ２・Ｙ間をともに接続又は遮断する構成となっている。

計器用変圧器５０は、適宜なグラウンドに対する入力側端子Ｕの電圧を計測する計測装置である。電圧調整装置１０内のインピーダンスを０と近似すれば、この計器用変圧器５０により、配電線１００の当該電圧調整装置１０における電圧たる出力側電圧Ｖｏｕｔ（図１参照）が計測されることになる。

変流器６０は、配電線１００を流れる電流Ｉ（図１参照）を計測する計測装置である。

制御基板７０は、前述したタップ切換器４０の動作を制御するためのＣＰＵを含む所定の回路が形成された基板である。

直列変圧器８０は、リレー回路４５０の出力側（例えば図１のＹ）における電位０Ｖ乃至４２０Ｖを例えば３．５分の１である０Ｖ乃至１２０Ｖに変圧する機能を有している。この直列変圧器８０からの出力が、入力側端子Ｕの電圧４２０Ｖに加えられることにより、出力側端子ｕの電圧は４２０Ｖ乃至５４０Ｖとなる。

配電線１００は、出力側電圧Ｖｏｕｔを負荷９０に配電すべく、出力側端子ｕ及び負荷９０を接続する例えば金属製の電線である。図１において仮想的にＲ及びＸで例示されるように、この配電線１００は、出力側端子ｕ及び負荷９０間で連続的に分布する抵抗１００ｒ及びリアクタンス１００ｘを有するものとする。この抵抗１００ｒ及びリアクタンス１００ｘは、配電線１００の金属の種類、断面積、長さ等により予め決まった値を有する。図１に例示されるように、配電線１００が有する抵抗１００ｒ及びリアクタンス１００ｘにより電圧降下ΔＶが発生し、よって（Ｖｏｕｔ−ΔＶ）が負荷側電圧となる。後述するように、ΔＶは、出力電圧Ｖｏｕｔ、電流Ｉ、抵抗１００ｒ、及びリアクタンス１００ｘに基づいて算出される。

図２のブロック図に例示されるように、制御基板７０上に形成された回路は、前述したタップ切換器４０等を制御する制御部５００、タイマ６００、及びメモリ７００を有している。後述するように、制御部５００は、タップ切換器４０を構成する切換用リレー４１０及び橋絡用リレー４２０を所定タイミングで所定時間だけオン又はオフの状態にするものである。この所定時間は、例えばタイマ６００により計測される。

また、後述するように、制御部５００は、計器用変圧器５０及び変流器６０に電圧及び電流をそれぞれ計測させてから、負荷側電圧の実測値と基準値との差分値を算出して判定し、当該判定結果に基づいてタップ切換器４０を制御するまでの一連の動作を所定の周期で繰り返し行う機能を有するものである。尚、この判定に際し、制御部５００は、ＲＯＭやＲＡＭ等のメモリ（記憶部）７００に記憶された基準電圧データ７０２、許容値データ７０３、及び動作時限データ７０４を読み出すものである。このメモリ７００は、前述した配電線１００の抵抗１００ｒ及びリアクタンス１００ｘを配電線データ７０１として予め記憶するものでもある。

＝＝＝タップ選択動作＝＝＝
図３のフローチャートに例示されるように、先ず、制御部５００は、タイマ６００をリセットした後、時間の計測を開始させる（Ｓ１００）。

計器用変圧器５０及び変流器６０にそれぞれ出力電圧Ｖｏｕｔ及び電流Ｉを常時計測させている制御部５００は、時間とともに変化するＶｏｕｔ及びＩのデータを受信する。これらのデータは、後述する力率を算出するために例えばメモリ７００に一旦記憶させてもよい（Ｓ１０１）。

次に、制御部５００は、時間とともに変化するＶｏｕｔ及びＩの位相差θを求め、これから力率ｃｏｓθを得る。尚、このｃｏｓθは、電圧調整装置１０における力率である。また、制御部５００はｓｉｎθを得る（Ｓ１０２）。

次に、制御部５００は、メモリ７００に記憶された配電線データ７０１から抵抗１００ｒ及びリアクタンス１００ｘの値Ｒ及びＸを読み出し、（Ｒｃｏｓθ＋Ｘｓｉｎθ）を得る。ここで、ｃｏｓθは電圧調整装置１０における力率であるが、Ｖｏｕｔに対してΔＶが相対的に小さいほど、ｃｏｓθは負荷９０における力率としてより良く近似できることが知られている。そこで、ｃｏｓθを負荷９０における力率とみなせば、（Ｒｃｏｓθ＋Ｘｓｉｎθ）は、出力側端子ｕ及び負荷９０間の配電線１００のインピーダンスとみなすことができる。尚、Ｒ及びＸは、配電線１００の金属の種類、断面積、長さ等により予め決まった値であり、電圧調整装置１０の使用者により適宜な入力手段を通じて入力され、配電線データ７０１としてメモリ７００に記憶されるものである（Ｓ１０３）。

次に、制御部５００は、配電線１００のインピーダンスをＩに乗じて、出力側端子ｕ及び負荷９０間の配電線１００の電圧降下ΔＶを２・Ｉ・（Ｒｃｏｓθ＋Ｘｓｉｎθ）と求める。ここで、「２」は交流電圧が単相であることに対応する係数であり、例えば三相の場合、この係数は３^０．５となる（Ｓ１０４）。

次に、制御部５００は、Ｖｏｕｔ−ΔＶを求めてこれを負荷側電圧の実測値とする。また、制御部５００は、メモリ７００に記憶された基準電圧データ７０２から負荷側電圧の基準値Ｅを読み出し、Ｖｏｕｔ−ΔＶ−Ｅを求めて、負荷側電圧の実測値と負荷側電圧の基準値との差分値Ｖｄとする。つまり、差分値Ｖｄは、実測値の基準値からのずれの大きさを示す値である。更に、制御部５００は、メモリ７００に記憶された許容値データ７０３から許容値を読み出す。尚、基準値及び許容値は、例えば負荷９０のユーザとの契約等で予め決められた値であり、電圧調整装置１０の使用者により適宜な入力手段を通じて入力され、それぞれ基準電圧データ７０２及び許容値データ７０３としてメモリ７００に記憶されるものである（Ｓ１０５）。

次に、制御部５００は、差分値Ｖｄの絶対値が許容値より大きいか否かを判定する。尚、この許容値をＱとしたとき、例えば−Ｑ以上＋Ｑ以下が、予め定められた差分値範囲に相当する（S１０６）。

もし、差分値Ｖｄの絶対値が許容値よりも大きく（Ｓ１０６：ＹＥＳ）、タイマ６００に計測された時間Ｔが、メモリ７００に記憶された動作時限データ７０４から読み出した動作時限（所定時間）に達していれば（Ｓ１０７、Ｓ１０８：ＹＥＳ）、制御部５００は、Ｖｄが正の場合には（Ｓ１０９：Ｖｄ＞０）、この絶対値分の過剰電圧を補償すべくタップを所定ステップ（１乃至３ステップ）分降下させるべくタップ切換器４０を制御する（Ｓ１１０）。また、制御部５００は、Ｖｄが負の場合には（Ｓ１０９：Ｖｄ＜０）、この絶対値分の不足電圧を補償すべくタップを所定ステップ（１乃至３ステップ）分上昇させるべくタップ切換器４０を制御する（Ｓ１１１）。尚、タップが切り換えられた後、制御部５００は、ステップＳ１００の処理を再度実行する。

もし、差分値Ｖｄの絶対値が許容値以下であれば（Ｓ１０６：ＮＯ）、制御部５００は、ステップＳ１００の処理を再度実行する。

もし、差分値Ｖｄの絶対値が許容値よりも大きく（Ｓ１０６：ＹＥＳ）、タイマ６００に計測された時間Ｔが、メモリ７００に記憶された動作時限データ７０４から読み出した動作時限に達していなければ（Ｓ１０７、Ｓ１０８：ＮＯ）、制御部５００は、ステップＳ１０１の処理を再度実行する。

＝＝＝タップ切換動作＝＝＝
前述したステップＳ１１０及びＳ１１１におけるタップ切換動作の一例として、出力側端子ｕの電圧を４６０Ｖから４２０Ｖへ切り換えるべく、制御部５００が、第１タップ２０１から第０タップ２００へ切り換える動作について説明する。

＜＜＜(Ry1, Ry2, Ry3, Ry4, Ry5)=(OFF, OFF, OFF, ON, OFF)＞＞＞
図４のダイアグラムにおける時間領域Ｔ１では、第１切換用リレー４１１はオフの状態にあり、第２切換用リレー４１２はオフの状態にあり、第３切換用リレー４１３はオフの状態にあり、第４切換用リレー４１４はオンの状態にあり、橋絡用リレー４２０はオフの状態にある。これを例えば（Ｒｙ１、Ｒｙ２、Ｒｙ３、Ｒｙ４、Ｒｙ５）＝（ＯＦＦ、ＯＦＦ、ＯＦＦ、ＯＮ、ＯＦＦ）と略記する。この場合、Ｕ１からＸ１及びＹを介して直列変圧器８０に至る経路（図５の太線参照）の電位はいたる所で１４０Ｖであり、直列変圧器８０から第１タップ２０１に至る経路（図５の太線参照）の電位はいたる所で０Ｖである。つまり、第１タップ２０１が選択されていることになり、出力側端子ｕの電圧は４６０（＝４２０＋１４０／３．５）Ｖである。

＜＜＜(Ry1, Ry2, Ry3, Ry4, Ry5)=(OFF, OFF, OFF, ON, ON)＞＞＞
図４のダイアグラムにおける時間領域Ｔ２では、制御部５００から橋絡用リレー４２０へオンの信号を送信し、（Ｒｙ１、Ｒｙ２、Ｒｙ３、Ｒｙ４、Ｒｙ５）＝（ＯＦＦ、ＯＦＦ、ＯＦＦ、ＯＮ、ＯＮ）とする。

本実施の形態の限流用抵抗４４１、４４２の抵抗値は、Ｕ１からＸ１、Ｒｙ４、及びＹを介して直列変圧器８０に至る経路（図６の太線参照）と、ＹからＲ２及びＸ２を介してＵ０に至る経路（図６の太線参照）とに主として電流が流れるように予め設定されている。尚、直列変圧器８０から第１タップ２００に至る経路（図６の太線参照）の電位はいたる所で０Ｖである。この場合、第１タップ２０１が選択された状態が保持され、出力側端子ｕの電圧は４６０Ｖである。

＜＜＜(Ry1, Ry2, Ry3, Ry4, Ry5)=(OFF, OFF, OFF, OFF, ON)＞＞＞
図４のダイアグラムにおける時間領域Ｔ３では、制御部５００から第４切換用リレー４１４へオフの信号を送信し、（Ｒｙ１、Ｒｙ２、Ｒｙ３、Ｒｙ４、Ｒｙ５）＝（ＯＦＦ、ＯＦＦ、ＯＦＦ、ＯＦＦ、ＯＮ）とする。

本実施の形態においては、制御部５００が橋絡用リレー４２０へオンの信号を送信してから第４切換用リレー４１４へオフの信号を送信するまでの時間差は２００ｍｓである。（Ｒｙ１、Ｒｙ２、Ｒｙ３、Ｒｙ４、Ｒｙ５）＝（ＯＦＦ、ＯＦＦ、ＯＦＦ、ＯＦＦ、ＯＮ）の場合、リレー回路４５０内の電流は、Ｕ１からＲｙ１、Ｒ１、及びＹを介して直列変圧器８０に至る経路（図７の太線参照）と、ＹからＲ２及びＸ２を介してＵ０に至る経路（図７の太線参照）とに流れる。尚、直列変圧器８０から第１タップ２００に至る経路（図７の太線参照）の電位はいたる所で０Ｖである。この場合、変流器６０で計測される負荷電流が０Ａの場合には、直列変圧器８０の１次側の電位は、Ｕ１の１４０Ｖが限流用抵抗４４１、４４２で２分割された７０Ｖである。一方、この負荷電流が例えば２３．８Ａの場合は、直列変圧器８０のインピーダンス及び限流用抵抗４４１、４４２の抵抗値に応じて、直列変圧器８０の１次側の電位は例えば２Ｖとなる。よって、直列変圧器８０の２次側の電位はおよそ１Ｖ（＝２Ｖ／３．５）乃至２０Ｖ（＝７０Ｖ／３．５）となり、出力側端子ｕの電圧はおよそ４２１Ｖ乃至４４０Ｖである。

このように、本実施の形態では、出力側端子ｕの電圧を４６０Ｖから４２０Ｖとすべくタップを切り換える途中では、急激に４２０Ｖに下降することはなく、４２０Ｖに対しておよそ１乃至７０Ｖの電圧が加えられるようになっている。

＜＜＜(Ry1, Ry2, Ry3, Ry4, Ry5)=(OFF, OFF, ON, OFF, ON)＞＞＞
図４のダイアグラムにおける時間領域Ｔ４では、制御部５００から第３切換用リレー４１３へオンの信号を送信し、（Ｒｙ１、Ｒｙ２、Ｒｙ３、Ｒｙ４、Ｒｙ５）＝（ＯＦＦ、ＯＦＦ、ＯＮ、ＯＦＦ、ＯＮ）とする。本実施の形態においては、制御部５００が第４切換用リレー４１４へオフの信号を送信してから第３切換用リレー４１３へオンの信号を送信するまでの時間差は１００ｍｓである。

本実施の形態の限流用抵抗４４１、４４２の抵抗値は、Ｕ１からＲｙ１、Ｒ１、及びＹを介して直列変圧器８０に至る経路（図８の太線参照）と、ＹからＲｙ３及びＲｙ２を介してＵ０に至る経路（図８の太線参照）とに主として電流が流れるように予め設定されている。尚、直列変圧器８０から第１タップ２００に至る経路（図８の太線参照）の電位はいたる所で０Ｖである。この場合、第０タップ２００が選択されたこととなり、出力側端子ｕの電圧は４２０Ｖとなる。

＜＜＜(Ry1, Ry2, Ry3, Ry4, Ry5)=(OFF, OFF, ON, OFF, OFF)＞＞＞
図４のダイアグラムにおける時間領域Ｔ５では、制御部５００から橋絡用リレー４２０へオフの信号を送信し、（Ｒｙ１、Ｒｙ２、Ｒｙ３、Ｒｙ４、Ｒｙ５）＝（ＯＦＦ、ＯＦＦ、ＯＮ、ＯＦＦ、ＯＦＦ）とする。本実施の形態においては、制御部５００が第３切換用リレー４１３へオンの信号を送信してから橋絡用リレー４２０へオフの信号を送信するまでの時間差は２００ｍｓである。（Ｒｙ１、Ｒｙ２、Ｒｙ３、Ｒｙ４、Ｒｙ５）＝（ＯＦＦ、ＯＦＦ、ＯＮ、ＯＦＦ、ＯＦＦ）の場合、Ｕ０からＲｙ２及びＲｙ３を介して直列変圧器８０に至る経路（図９の太線参照）の電位はいたる所で０Ｖであり、直列変圧器８０から第１タップ２００に至る経路（図９の太線参照）の電位もいたる所で０Ｖである。つまり、第０タップ２００が選択された状態が保持され、出力側端子ｕの電圧は４２０Ｖである。

図１０のダイアグラムに例示されるように、出力側端子ｕの電圧を４２０Ｖ、４６０Ｖ、５００Ｖ、及び５４０Ｖの何れかとすべくタップを上昇又は下降させるための制御部５００の動作は、前述した一連の動作と類似の動作である。例えば、図１０における５００Ｖから４６０Ｖへのタップの切換動作は、（Ｒｙ１、Ｒｙ２、Ｒｙ３、Ｒｙ４、Ｒｙ５）を（ＯＦＦ、ＯＮ、ＯＮ、ＯＦＦ、ＯＦＦ）の状態から、（ＯＦＦ、ＯＮ、ＯＮ、ＯＦＦ、ＯＮ）、（ＯＦＦ、ＯＮ、ＯＦＦ、ＯＦＦ、ＯＮ）、（ＯＦＦ、ＯＮ、ＯＦＦ、ＯＮ、ＯＮ）の状態を経て、（ＯＦＦ、ＯＮ、ＯＦＦ、ＯＮ、ＯＦＦ）の状態とすることにより実現される。

＝＝＝電圧降下（ΔＶ）の高精度計測＝＝＝
本実施の形態の電圧調整装置１０の制御部５００により、電圧降下ΔＶが２・Ｉ・（Ｒｃｏｓ＋Ｘｓｉｎθ）と求められる。前述したように、出力側電圧Ｖｏｕｔに対してΔＶが相対的に小さいほど、電圧調整装置１０における力率は負荷９０における力率としてより良く近似できることが知られている。よって、このΔＶは、負荷９０における力率に基づいているとみなせる。そして、このΔＶは、例えば配電線１００の電流の実効値から求められたΔＶ（＝２・Ｉ・Ｒ）よりも高精度である。

また、本実施の形態の電圧調整装置１０の制御部５００により、負荷側電圧の実測値（Ｖｏｕｔ−ΔＶ）と、予め定められた負荷側電圧の基準値Ｅとの差分値Ｖｄ（＝Ｖｏｕｔ−ΔＶ−Ｅ）に応じてタップを所定ステップ分上昇又は下降させるべく、タップ切換器４０が制御される。このＶｄは、負荷９０における力率が考慮されたΔＶに基づいているため、例えば配電線の電流の実効値から求められたΔＶに基づくＶｄよりも高精度である。

従って、本実施の形態の電圧調整装置１０は、負荷側電圧を高精度に補償できる。

また、本実施の形態の電圧調整装置１０は、負荷側電圧を高精度に補償しつつ、より長い配電線１００に適用可能となる。

尚、本実施の形態の制御部５００及びこの制御部５００に前述したステップＳ１０２の処理を実行させるプログラムは、力率取得部に相当する。また、本実施の形態の制御部５００及びこの制御部５００に前述したステップＳ１０３の処理を実行させるプログラムは、インピーダンス算出部に相当する。また、本実施の形態の制御部５００及びこの制御部５００に前述したステップＳ１０４の処理を実行させるプログラムは、電圧降下算出部に相当する。また、本実施の形態の制御部５００及びこの制御部５００に前述したステップＳ１０６乃至Ｓ１１１の処理を実行させるプログラムは、タップ切換制御部に相当する。

前述した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。

本実施の形態の電圧調整装置の回路構成例を示すブロック図である。 本実施の形態の電圧調整装置の制御構成例を示すブロック図である。 本実施の形態の電圧調整装置のタップ選択動作を説明するためのフローチャートである。 本実施の形態の電圧調整装置の切換用リレー及び橋絡用リレーの動作タイミングを説明するためのダイアグラムである。 時間領域Ｔ１における切換用リレー及び橋絡用リレーの状態を説明するための回路図である。 時間領域Ｔ２における切換用リレー及び橋絡用リレーの状態を説明するための回路図である。 時間領域Ｔ３における切換用リレー及び橋絡用リレーの状態を説明するための回路図である。 時間領域Ｔ４における切換用リレー及び橋絡用リレーの状態を説明するための回路図である。 時間領域Ｔ５における切換用リレー及び橋絡用リレーの状態を説明するための回路図である。 本実施の形態の電圧調整装置の切換用リレー及び橋絡用リレーの動作タイミングを説明するためのもう一つのダイアグラムである。

符号の説明

１０ 電圧調整装置 ２０ タップ
３０ 調整変圧器 ４０ タップ切換器
４１０ 切換用リレー ４２０ 橋絡用リレー
４４０ 限流用抵抗 ４５０ リレー回路
５０ 計器用変圧器 ６０ 変流器
７０ 制御基板 ８０ 直列変圧器
９０ 負荷 ５００ 制御部
６００ タイマ ７００ メモリ
７０１ 配電線データ ７０２ 基準電圧データ
７０３ 許容値データ ７０４ 動作時限データ

Claims (7)

1. 交流電圧を負荷に配電する配電線に設けられ、前記負荷に印加される負荷側電圧を切り換えるためのタップを有する変圧器と、前記タップを切り換えるタップ切換器と、を備えた電圧調整装置であって、
   前記配電線の電圧を計測する電圧計測部と、
   前記配電線の電流を計測する電流計測部と、
   前記電圧計測部により計測された電圧と前記電流計測部により計測された電流との位相差に応じた力率を求める力率取得部と、
   前記力率取得部により求められた力率と、当該電圧調整装置及び前記負荷間の前記配電線の抵抗及びリアクタンスとに基づいて、当該電圧調整装置及び前記負荷間の前記配電線のインピーダンスを算出するインピーダンス算出部と、
   前記インピーダンス算出部により算出されたインピーダンスを前記電流計測部により計測された電流に乗算して、当該電圧調整装置及び前記負荷間の前記配電線の電圧降下を求める電圧降下算出部と、
   前記電圧降下算出部により算出された電圧降下を前記電圧計測部により計測された電圧から減算して求められた負荷側電圧の実測値と、予め定められた負荷側電圧の基準値との差分値に応じて前記タップを切り換えるべく、前記タップ切換器を制御するタップ切換制御部と、
   を備えたことを特徴とする電圧調整装置。
2. 交流電圧が入力される入力部と、交流電圧が出力される出力部と、を更に備え、
   前記電圧計測部及び前記電流計測部は、前記入力部と前記出力部との間で電圧及び電流をそれぞれ計測する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電圧調整装置。
3. 前記タップ切換制御部は、
   前記負荷側電圧の実測値と前記負荷側電圧の基準値との差分値が、予め定められた差分値範囲内にあるか否かを判定し、
   前記差分値が前記予め定められた差分値範囲内にないと判定した場合、該当の差分値を前記予め定められた差分値範囲内とすべく、前記タップ切換器を制御する、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電圧調整装置。
4. 前記タップ切換制御部は、
   前記負荷側電圧の実測値と前記負荷側電圧の基準値との差分値が、予め定められた差分値範囲内にあるか否かを判定し、
   前記差分値が前記予め定められた差分値範囲内にないと所定時間判定し続けた場合、該当の差分値を前記予め定められた差分値範囲内とすべく、前記タップ切換器を制御する、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電圧調整装置。
5. 当該電圧調整装置及び前記負荷間の前記配電線の抵抗及びリアクタンスをそれぞれ示すデータを記憶する記憶部を更に備え、
   前記インピーダンス算出部は、前記インピーダンスの算出に先立って、前記記憶部から前記データを読み出す、
   ことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の電圧調整装置。
6. 交流電圧を負荷に配電する配電線に設けられ、前記負荷に印加される負荷側電圧を切り換えるためのタップを有する変圧器と、前記タップを切り換えるタップ切換器と、を備えた電圧調整装置の電圧調整方法であって、
   前記配電線の電圧及び電流を計測する電圧／電流計測ステップと、
   前記電圧／電流計測ステップにおいて計測された電圧と電流との位相差に応じた力率を求める力率取得ステップと、
   前記力率取得ステップにおいて求められた力率と、当該電圧調整装置及び前記負荷間の前記配電線の抵抗及びリアクタンスとに基づいて、当該電圧調整装置及び前記負荷間の前記配電線のインピーダンスを算出するインピーダンス算出ステップと、
   前記インピーダンス算出ステップにおいて算出されたインピーダンスを前記電圧／電流計測ステップにおいて計測された電流に乗算して、当該電圧調整装置及び前記負荷間の前記配電線の電圧降下を求める電圧降下算出ステップと、
   前記電圧降下算出ステップにおいて算出された電圧降下を前記電圧／電流計測ステップにおいて計測された電圧から減算して求められた負荷側電圧の実測値と、予め定められた負荷側電圧の基準値との差分値に応じて前記タップを切り換えるべく、前記タップ切換器を制御するタップ切換制御ステップと、
   を備えたことを特徴とする電圧調整方法。
7. 交流電圧を負荷に配電する配電線に設けられ、前記負荷に印加される負荷側電圧を切り換えるためのタップを有する変圧器と、前記タップを切り換えるタップ切換器と、を備えた電圧調整装置に電圧調整方法を実行させる電圧調整プログラムであって、
   前記配電線の電圧及び電流を計測する電圧／電流計測ステップと、
   前記電圧／電流計測ステップにおいて計測された電圧と電流との位相差に応じた力率を求める力率取得ステップと、
   前記力率取得ステップにおいて求められた力率と、当該電圧調整装置及び前記負荷間の前記配電線の抵抗及びリアクタンスとに基づいて、当該電圧調整装置及び前記負荷間の前記配電線のインピーダンスを算出するインピーダンス算出ステップと、
   前記インピーダンス算出ステップにおいて算出されたインピーダンスを前記電圧／電流計測ステップにおいて計測された電流に乗算して、当該電圧調整装置及び前記負荷間の前記配電線の電圧降下を求める電圧降下算出ステップと、
   前記電圧降下算出ステップにおいて算出された電圧降下を前記電圧／電流計測ステップにおいて計測された電圧から減算して求められた負荷側電圧の実測値と、予め定められた負荷側電圧の基準値との差分値に応じて前記タップを切り換えるべく、前記タップ切換器を制御するタップ切換制御ステップと、
   を備えたことを特徴とする電圧調整プログラム。
   

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