JP2012196124A - Magnetic flux control device for transformer - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetic flux control device for effectively reducing a residual magnetic flux of a transformer.SOLUTION: A magnetic flux control device 4 is connected to the secondary side of a transformer 3. When the transformer 3 is stopped, the magnetic flux control device 4 reduces a residual magnetic flux of the transformer 3. The magnetic flux control device 4 comprises an inverter 10 and a controller 11. When the transformer 3 is stopped, the inverter 10 gives an AC voltage which is attenuated with the lapse of time to the secondary side of the transformer 3.

Description

本発明は変圧器の磁束制御装置に関し、特に変圧器の残留磁束を低減するための装置に関する。   The present invention relates to a magnetic flux control device for a transformer, and more particularly to a device for reducing the residual magnetic flux of a transformer.

変電所には、電圧を変換するための変圧器や遮断器等の設備が設けられている。たとえば、非特許文献１にはガス遮断器の開閉サージを抑制するための制御方法について開示されている。   The substation is provided with facilities such as a transformer and a circuit breaker for converting the voltage. For example, Non-Patent Document 1 discloses a control method for suppressing a switching surge of a gas circuit breaker.

「ガス遮断器の開閉極位相制御による開閉サージの抑制」、香山 治彦、伊藤 弘基、浅井 順、日高 幹雄、電学論Ｂ、１２４巻２号、２００４年、２６７頁−２７３頁"Suppression of switching surge by switching pole phase control of gas circuit breaker", Haruhiko Kayama, Hiroki Ito, Jun Asai, Mikio Hidaka, Electrology B, Vol. 124, No. 2, 2004, pp. 267-273

使用中の変圧器の電源を遮断器によって一気に遮断すると、変圧器の鉄心に磁束が残留する。変圧器の起動の際に、変圧器の残留磁束を考慮することなく変圧器を励磁した場合、残留磁束の方向と起動時の磁束方向とが異なることが起こりうる。この場合には、励磁に要する電流が増大するという問題が発生する。   When the power supply of the transformer in use is cut off at once by the circuit breaker, magnetic flux remains in the iron core of the transformer. When the transformer is activated without exciting the residual magnetic flux of the transformer, the direction of the residual magnetic flux may be different from the direction of the magnetic flux at the time of activation. In this case, there arises a problem that the current required for excitation increases.

本発明の目的は、変圧器の残留磁束を効果的に低減するための磁束制御装置を提供することである。   The objective of this invention is providing the magnetic flux control apparatus for reducing the residual magnetic flux of a transformer effectively.

本発明のある局面に係る磁束制御装置は、遮断器を介して交流電源に一次側が接続された変圧器の磁束を制御するための磁束制御装置であって、変圧器の二次側に接続されたインバータと、インバータを制御する制御回路とを備える。制御回路は、遮断器によって変圧器が交流電源から切離された場合には、時間の経過にしたがって減衰する交流電圧が変圧器の二次側に与えられるように、インバータを制御する。   A magnetic flux control device according to an aspect of the present invention is a magnetic flux control device for controlling the magnetic flux of a transformer whose primary side is connected to an AC power supply via a circuit breaker, and is connected to the secondary side of the transformer. And an inverter and a control circuit for controlling the inverter. When the transformer is disconnected from the AC power supply by the circuit breaker, the control circuit controls the inverter so that an AC voltage that decays with time is applied to the secondary side of the transformer.

本発明によれば、変圧器の停止時に変圧器の残留磁束を効果的に低減することができる。   According to the present invention, the residual magnetic flux of the transformer can be effectively reduced when the transformer is stopped.

本発明の第１の実施の形態に係る変圧器の磁束制御装置を示した図である。It is the figure which showed the magnetic flux control apparatus of the transformer which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 使用中の変圧器の電源を遮断器によって一気に遮断したときに変圧器に残留する磁束を説明した図である。It is a figure explaining the magnetic flux which remains in a transformer when the power supply of the transformer in use is interrupted at a stretch by a circuit breaker. 残留磁束を考慮することなく変圧器を励磁した場合に生じうる変圧器の電流の変化を示した図である。It is the figure which showed the change of the electric current of the transformer which may arise when a transformer is excited without considering residual magnetic flux. 本発明の第１の実施の形態による残留磁束の低減方法を示した図である。It is the figure which showed the reduction method of the residual magnetic flux by the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第２の実施の形態に係る変圧器の磁束制御装置を示した図である。It is the figure which showed the magnetic flux control apparatus of the transformer which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第３の実施の形態に係る変圧器の磁束制御装置を示した図である。It is the figure which showed the magnetic flux control apparatus of the transformer which concerns on the 3rd Embodiment of this invention.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して、その説明を繰り返さない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.

［実施の形態１］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る変圧器の磁束制御装置を示した図である。図１を参照して、商用周波数（たとえば６０Ｈｚ）の交流電源１から遮断器２を介して変圧器３の１次側に交流が供給される。 [Embodiment 1]
FIG. 1 is a diagram showing a transformer magnetic flux control apparatus according to a first embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, AC is supplied to the primary side of transformer 3 from AC power source 1 having a commercial frequency (for example, 60 Hz) via circuit breaker 2.

磁束制御装置４は変圧器３の二次側に接続される。磁束制御装置４は、変圧器３を停止する際に、変圧器３の残留磁束を低減する。   The magnetic flux control device 4 is connected to the secondary side of the transformer 3. The magnetic flux control device 4 reduces the residual magnetic flux of the transformer 3 when stopping the transformer 3.

磁束制御装置４はインバータ１０および制御装置１１を備える。インバータ１０は、たとえば半導体スイッチング素子と、インダクタンス成分を持つリアクトルや変圧器とにより構成され、変圧器３の二次側電圧に同期した交流を発生し、上記インダクタンス成分を介して変圧器３の二次側に接続される。制御装置１１は、たとえばＰＷＭ（Pulse Width Modulation）方式に従って、インバータ１０の半導体スイッチング素子をオンオフ制御する。なお、インバータ１０の構成は種々の公知の構成を適用できるので、ここでは詳細な説明を繰り返さない。   The magnetic flux control device 4 includes an inverter 10 and a control device 11. The inverter 10 is configured by, for example, a semiconductor switching element and a reactor or a transformer having an inductance component, and generates an alternating current synchronized with the secondary side voltage of the transformer 3. Connected to the next side. The control device 11 performs on / off control of the semiconductor switching element of the inverter 10 according to, for example, a PWM (Pulse Width Modulation) method. Since various known configurations can be applied to the configuration of inverter 10, detailed description thereof will not be repeated here.

図２は、使用中の変圧器の電源を遮断器によって一気に遮断したときに変圧器に残留する磁束を説明した図である。図２を参照して、変圧器３の鉄心の内部の磁束は、Ｂ（磁束密度）とＨ（磁場）との関係を示すＢ−Ｈ曲線に従って決定される。使用中の変圧器３の電源を遮断器２によって一気に遮断したときには、そのときのＢ−Ｈ曲線上の磁束密度に従って鉄心の残留磁束が決定される。   FIG. 2 is a diagram illustrating the magnetic flux remaining in the transformer when the power supply of the transformer in use is interrupted at once by the circuit breaker. Referring to FIG. 2, the magnetic flux inside the iron core of transformer 3 is determined according to a BH curve indicating the relationship between B (magnetic flux density) and H (magnetic field). When the power supply of the transformer 3 in use is interrupted at once by the circuit breaker 2, the residual magnetic flux of the iron core is determined according to the magnetic flux density on the BH curve at that time.

図３は、残留磁束を考慮することなく変圧器を励磁した場合に生じうる変圧器の電流の変化を示した図である。図３を参照して、変圧器３の起動の際に、インバータ１０は交流電圧の振幅を次第に増大させて変圧器３を励磁する。しかしながら、変圧器３の起動時に磁束が残留していた場合、その残留磁束の方向と、インバータ１０の起動時の磁束方向とが異なることが起こりうる。この場合には、変圧器３の励磁突入電流が過大となり、たとえば遮断器２が電源を遮断する可能性がある。   FIG. 3 is a diagram illustrating a change in the current of the transformer that may occur when the transformer is excited without considering the residual magnetic flux. Referring to FIG. 3, when starting transformer 3, inverter 10 gradually increases the amplitude of the AC voltage to excite transformer 3. However, when the magnetic flux remains when the transformer 3 is started, the direction of the residual magnetic flux may be different from the magnetic flux direction when the inverter 10 is started. In this case, the magnetizing inrush current of the transformer 3 becomes excessive, and for example, the circuit breaker 2 may shut off the power supply.

一方、本発明の実施の形態によれば、変圧器３の停止時、すなわち遮断器２によって変圧器３の電源が遮断されたときに、インバータ１０は制御装置１１の制御により、変圧器３の残留磁束を低減させる。これにより、変圧器３の励磁突入電流を抑制できる。   On the other hand, according to the embodiment of the present invention, when the transformer 3 is stopped, that is, when the power source of the transformer 3 is shut off by the circuit breaker 2, the inverter 10 is controlled by the control device 11. Reduce residual magnetic flux. Thereby, the magnetizing inrush current of the transformer 3 can be suppressed.

図４は、本発明の第１の実施の形態による残留磁束の低減方法を示した図である。図４（ａ）は、Ｂ−Ｈ曲線の時間変化を模式的に示した図である。図４（ｂ）は、インバータ１０による変圧器３の二次側の電圧の制御を示した図である。   FIG. 4 is a diagram showing a method for reducing residual magnetic flux according to the first embodiment of the present invention. FIG. 4A is a diagram schematically showing a time change of the BH curve. FIG. 4B is a diagram illustrating control of the voltage on the secondary side of the transformer 3 by the inverter 10.

図４を参照して、インバータ１０は、所定の時定数τで減衰する交流電圧を変圧器３の二次側に与える。これにより、変圧器３の鉄心の内部の磁束を示すＢ−Ｈ曲線が次第に小さくなり、残留磁束を０にすることができる。時定数τは、たとえば予め決定された値を用いることができる。この場合、制御装置１１は、その値に従って、インバータ１０が発生させる交流電圧の振幅を制御する。時定数τは、変圧器の磁束が減少する程度の時間に設定される。また、時間の経過にしたがって減衰する波形であればよく、所定の減衰率で減衰させてもよい。   Referring to FIG. 4, inverter 10 provides an AC voltage that attenuates with a predetermined time constant τ to the secondary side of transformer 3. Thereby, the BH curve which shows the magnetic flux inside the iron core of transformer 3 becomes small gradually, and residual magnetic flux can be made zero. As the time constant τ, for example, a predetermined value can be used. In this case, the control device 11 controls the amplitude of the AC voltage generated by the inverter 10 according to the value. The time constant τ is set to such a time that the transformer magnetic flux decreases. Further, it may be a waveform that attenuates over time, and may be attenuated at a predetermined attenuation rate.

このように本発明の第１の実施の形態によれば、変圧器の停止時に、インバータは、時間の経過にしたがって減衰する交流電圧を変圧器の二次側に与える。これにより、変圧器の残留磁束を効果的に低減することができる。   As described above, according to the first embodiment of the present invention, when the transformer is stopped, the inverter provides an AC voltage that decays with time to the secondary side of the transformer. Thereby, the residual magnetic flux of a transformer can be reduced effectively.

［実施の形態２］
図５は、本発明の第２の実施の形態に係る変圧器の磁束制御装置を示した図である。図５を参照して、実施の形態２では、交流電源１は三相交流電源である。変圧器３は交流電源１からの三相交流を第１および第２の単相交流へと変換する。変圧器３は例えばスコット結線変圧器であるがこれに限定されない。負荷７，９は単相負荷であり、変圧器３から出力される第１の単相交流および第２の単相交流をそれぞれ受ける。遮断器６は、負荷７と変圧器３の第１の出力との間に設けられる。遮断器８は、負荷９と変圧器３の第２の出力との間に設けられる。 [Embodiment 2]
FIG. 5 is a diagram showing a magnetic flux control device for a transformer according to the second embodiment of the present invention. Referring to FIG. 5, in the second embodiment, AC power supply 1 is a three-phase AC power supply. The transformer 3 converts the three-phase alternating current from the alternating current power source 1 into first and second single-phase alternating current. The transformer 3 is, for example, a Scott connection transformer, but is not limited thereto. Loads 7 and 9 are single-phase loads, and receive the first single-phase alternating current and the second single-phase alternating current output from transformer 3, respectively. The circuit breaker 6 is provided between the load 7 and the first output of the transformer 3. The circuit breaker 8 is provided between the load 9 and the second output of the transformer 3.

実施の形態２では、磁束制御装置は、電力補償装置４１によって構成される。電力補償装置４１は、単相インバータ２１，２２と、制御装置２３，２４とを含む。単相インバータ２１の交流側は、変圧器３の第１の二次側出力に接続される。単相インバータ２２の交流側は、変圧器３の第２の二次側出力に接続される。制御装置２３，２４は、単相インバータ２１，２２をそれぞれ制御する。なお、制御装置２３，２４が１つの制御装置に統合されていてもよい。   In the second embodiment, the magnetic flux control device is configured by a power compensation device 41. The power compensation device 41 includes single-phase inverters 21 and 22 and control devices 23 and 24. The AC side of the single-phase inverter 21 is connected to the first secondary output of the transformer 3. The AC side of the single-phase inverter 22 is connected to the second secondary side output of the transformer 3. Controllers 23 and 24 control single-phase inverters 21 and 22, respectively. Note that the control devices 23 and 24 may be integrated into one control device.

電力補償装置４１は、単相電源システムの電圧変動や無効電力を補償する。具体的に説明すると、単相インバータ２１は、負荷７側の無効電力を打ち消すための無効電力を出力する。単相インバータ２２は、負荷９側の電圧変動や無効電力を打ち消すための無効電力を出力する。   The power compensator 41 compensates for voltage fluctuations and reactive power of the single-phase power supply system. More specifically, the single-phase inverter 21 outputs reactive power for canceling reactive power on the load 7 side. The single-phase inverter 22 outputs reactive power for canceling voltage fluctuations and reactive power on the load 9 side.

さらに、単相インバータ２１，２２は、負荷７，９への送電の停止時に、変圧器３の残留磁束を低減する。負荷７，９への送電が停止される場合、遮断器６が開状態となることにより、負荷７への送電の電路が遮断されるとともに、遮断器８が開状態となることにより、負荷９への送電の電路が遮断される。次に、遮断器２が開状態となることにより、交流電源１（三相交流電源）からの電路が遮断される。その後、単相インバータ２１，２２は、時間の経過にともなって減衰する交流電圧を、変圧器３の二次側に与える。これにより実施の形態１と同様に、変圧器３の残留磁束を低減させることができる。なお、実施の形態１と同様に、時間の経過にともなって減衰する交流電圧は、所定の時定数τで減衰する交流電圧であってもよい。   Furthermore, the single-phase inverters 21 and 22 reduce the residual magnetic flux of the transformer 3 when power transmission to the loads 7 and 9 is stopped. When power transmission to the loads 7 and 9 is stopped, the circuit breaker 6 is opened, thereby interrupting the power transmission line to the load 7 and the circuit breaker 8 is opened. The power transmission line to is interrupted. Next, when the circuit breaker 2 is opened, the electric circuit from the AC power source 1 (three-phase AC power source) is interrupted. Thereafter, the single-phase inverters 21 and 22 apply an alternating voltage that attenuates with time to the secondary side of the transformer 3. Thereby, similarly to Embodiment 1, the residual magnetic flux of the transformer 3 can be reduced. As in the first embodiment, the alternating voltage that attenuates with time may be an alternating voltage that attenuates with a predetermined time constant τ.

以上のように実施の形態２によれば、三相電源から２つの単相電源に変換して、２つの単相電源から２つの単相負荷へそれぞれ電力を供給する変電システムにおいて、変圧器の残留磁束を低減することができる。さらに、実施の形態２によれば、２つの単相電源システムの無効電力を補償するための電力補償装置によって、変圧器の残留磁束を低減することができる。   As described above, according to the second embodiment, in the substation system that converts the three-phase power source into two single-phase power sources and supplies power from the two single-phase power sources to the two single-phase loads, respectively, Residual magnetic flux can be reduced. Furthermore, according to the second embodiment, the residual magnetic flux of the transformer can be reduced by the power compensator for compensating the reactive power of the two single-phase power supply systems.

［実施の形態３］
図６は、本発明の第３の実施の形態に係る変圧器の磁束制御装置を示した図である。図６を参照して、実施の形態３に係る磁束制御装置は、電力補償装置４２によって構成される。電力補償装置４２は、単相インバータ２１，２２と、制御装置２３，２４とを含む。単相インバータ２１の直流側と単相インバータ２２の直流側とが互いに接続される。この点で電力補償装置４２の構成は、図５に示された電力補償装置４１の構成と異なる。 [Embodiment 3]
FIG. 6 is a diagram showing a magnetic flux control device for a transformer according to the third embodiment of the present invention. Referring to FIG. 6, the magnetic flux control device according to the third embodiment is configured by a power compensation device 42. The power compensation device 42 includes single-phase inverters 21 and 22 and control devices 23 and 24. The DC side of single-phase inverter 21 and the DC side of single-phase inverter 22 are connected to each other. In this respect, the configuration of the power compensator 42 is different from the configuration of the power compensator 41 shown in FIG.

なお、図６の他の部分の構成は、図５に示された対応する部分の構成と同じであるので以後の説明は繰り返さない。   6 is the same as the configuration of the corresponding part shown in FIG. 5, and therefore, the following description will not be repeated.

実施の形態２と同じく、単相インバータ２１，２２は、負荷７，９への送電の停止時に変圧器３の残留磁束を低減する。さらに、この実施の形態によれば、電力補償装置４２は、単相電源システムの有効電力および無効電力を補償する。   As in the second embodiment, the single-phase inverters 21 and 22 reduce the residual magnetic flux of the transformer 3 when power transmission to the loads 7 and 9 is stopped. Furthermore, according to this embodiment, the power compensation device 42 compensates the active power and reactive power of the single-phase power supply system.

有効電力の補償は、電力補償装置４２が、負荷７側と負荷９側との間で有効電力を融通することにより実現される。具体的には、単相インバータ２１，２２の一方が、単相交流の電力の一部を直流に変換する。単相インバータ２１，２２の他方は、その直流電力を交流電力に変換して供給する。これにより、負荷７側と負荷９側との間で有効電力を等しくすることができる。なお、無効電力の補償は、実施の形態２で説明した方法と同じ方法により実現されるので、詳細な説明は以後繰り返さない。   The compensation of the active power is realized by allowing the power compensation device 42 to exchange the active power between the load 7 side and the load 9 side. Specifically, one of the single-phase inverters 21 and 22 converts part of the single-phase AC power to DC. The other of the single-phase inverters 21 and 22 converts the DC power into AC power and supplies it. Thereby, active power can be made equal between the load 7 side and the load 9 side. Note that reactive power compensation is realized by the same method as described in the second embodiment, and thus detailed description will not be repeated.

以上のように実施の形態３によれば、実施の形態２と同じく、三相電源から２つの単相電源に変換して、２つの単相電源から２つの単相負荷へそれぞれ電力を供給する変電システムにおいて、変圧器の残留磁束を低減することができる。さらに、実施の形態３によれば、２つの単相電源システムの有効電力および無効電力を補償するための電力補償装置によって、変圧器の残留磁束を低減することができる。   As described above, according to the third embodiment, as in the second embodiment, the three-phase power supply is converted into two single-phase power supplies, and power is supplied from the two single-phase power supplies to the two single-phase loads, respectively. In the substation system, the residual magnetic flux of the transformer can be reduced. Furthermore, according to the third embodiment, the residual magnetic flux of the transformer can be reduced by the power compensator for compensating the active power and reactive power of the two single-phase power supply systems.

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て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。   The embodiment disclosed this time must be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

１ 交流電源、２，６，８ 遮断器、３ 変圧器、４ 磁束制御装置、７，９ 負荷、１０ インバータ、１１，２３，２４ 制御装置、２１，２２ 単相インバータ、４１，４２ 電力補償装置。   1 AC power source, 2, 6, 8 circuit breaker, 3 transformer, 4 magnetic flux control device, 7, 9 load, 10 inverter, 11, 23, 24 control device, 21, 22 single-phase inverter, 41, 42 power compensation device .

Claims (4)

遮断器を介して交流電源に一次側が接続された変圧器の磁束を制御するための磁束制御装置であって、
前記変圧器の二次側に接続されたインバータと、
前記インバータを制御する制御回路とを備え、
前記制御回路は、前記遮断器によって前記変圧器が前記交流電源から切離された場合には、時間の経過にしたがって減衰する交流電圧が前記変圧器の二次側に与えられるように、前記インバータを制御する、磁束制御装置。 A magnetic flux control device for controlling the magnetic flux of a transformer whose primary side is connected to an AC power supply via a circuit breaker,
An inverter connected to the secondary side of the transformer;
A control circuit for controlling the inverter,
When the transformer is disconnected from the AC power source by the circuit breaker, the control circuit is configured so that an AC voltage that decays with time is applied to the secondary side of the transformer. Controlling a magnetic flux control device. 前記制御装置は、所定の時定数で、前記インバータの交流電圧を減衰させる、請求項１に記載の磁束制御装置。   The magnetic flux control device according to claim 1, wherein the control device attenuates the AC voltage of the inverter with a predetermined time constant. 前記交流電源は、三相交流電源であり、
前記変圧器は、前記三相交流電源からの三相交流を、第１および第２の単相負荷にそれぞれ供給される第１および第２の単相交流へと変換し、
前記インバータは、
前記変圧器における前記第１の単相交流の出力側に、その交流側が接続される第１の単相インバータと、
前記変圧器における前記第２の単相交流の出力側に、その交流側が接続される第２の単相インバータとを含む、請求項１または２に記載の磁束制御装置。 The AC power supply is a three-phase AC power supply,
The transformer converts the three-phase alternating current from the three-phase alternating current power source into first and second single-phase alternating currents supplied to the first and second single-phase loads, respectively.
The inverter is
A first single-phase inverter connected to the output side of the first single-phase AC in the transformer;
3. The magnetic flux control device according to claim 1, further comprising a second single-phase inverter connected to the output side of the second single-phase AC in the transformer. 前記第１の単相インバータの直流側と前記第２の単相インバータの直流側とは、互いに接続されている、請求項３に記載の磁束制御装置。   4. The magnetic flux control device according to claim 3, wherein a DC side of the first single-phase inverter and a DC side of the second single-phase inverter are connected to each other.
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