JP2014176270A - 電圧調整装置及び電圧調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 無段階で連続的に電圧調整可能な自動電圧調整装置を安価に提供する。
【解決手段】 無段階で連続的に電圧調整可能な電圧増幅回路をタップ切換回路と併用する。電圧増幅回路は１タップ分の電圧調整のみを補償することにより、出力容量を極力縮小してコストメリットを生み出す。
【選択図】 図１

Description

本発明は、配電系統の電圧を無段階で連続的に調整することのできる電圧調整装置及び電圧調整方法に関する。

変電所等から配電線で電力を供給する場合、配電線の電圧は配電系統の末端に向かって低下する。しかし、配電線の電圧は適正な範囲に保つ必要があるので、電圧の低下を補正する電圧調整装置が配電線路の途中に介挿される。
一方で、配電系統に太陽光発電や再生可能エネルギーが大量連系されると急激な電圧変動が懸念され、配電系統電圧の連続制御が可能で応答性も速い電圧調整装置が必要とされる。

上記電圧調整装置としては、例えば、単巻変圧器にタップを設け、負荷時タップ切換器でタップを切換えることによって出力電圧を一定に調整する自動電圧調整装置（ＳＶＲ：Step Voltage Regulator）や、進相電力を発生させて遅相電力を補償すると同時に電圧の変動を抑制する無効電力補償装置（ＳＶＣ：Static Var Compensator）、或いは、配電線に変圧器の二次巻線を直列接続して、変圧器の一次巻線に供給する電圧を電圧増幅回路を用いて調整することにより、配電線の電圧を所望値に維持するインバータ方式の自動電圧調整装置等が知られている（特許文献１乃至３参照）。

特開２０１１−５５５９９ 特開平９−１８２２９６ 特開平１１−１２７５４１

このような電圧調整装置によれば、配電線の電圧降下や負荷変動に起因する電圧変動・電圧歪を抑制すること、或いは、負荷状態において無効電力を連続的に変化させて、応答速度の速い無効電力補償を行うことが可能となり、供給電力の高品質化に貢献することができる。

然るに、前記自動電圧調整装置（ＳＶＲ）は、機械式のタップを切り換えて電圧を調整する方式であるので、連続的な電圧調整ができない欠点を有する。

一方、無効電力補償装置（ＳＶＣ）やインバータなどの電圧増幅回路を用いた電圧調整装置は、自動電圧調整装置（ＳＶＲ）に比べて連続的な電圧調整が可能となるが、装置を構成する半導体やコンデンサ等が高価であり、コスト面でのデメリットがある。

そこで、本発明は上記問題点を解消するために、連続的な電圧調整を可能としつつ、コスト面のメリットもある配電線電圧の自動調整装置及び自動調整方法を提供する。

請求項１記載の発明は、配電線路中に二次巻線が直列接続される制御変圧器と、配電線路の相間に並列接続される励磁変圧器と、該励磁変圧器の二次巻線に接続されるタップ切換回路と、前記励磁変圧器の三次巻線に接続される電圧増幅回路を備え、前記電圧増幅回路と前記タップ切換回路を前記制御変圧器の一次巻線に直列接続して構成したことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、タップ切換回路を機械式接点によって構成したことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、タップ切換回路を半導体素子によって構成したことを特徴とする。

請求項４記載の発明は、配電線路の相間に並列接続した励磁変圧器の二次巻線に接続されるタップ切換回路のタップ切換操作と、前記励磁変圧器の三次巻線に接続される電圧増幅回路の電圧制御を組み合わせることにより、配電線路中に二次巻線が直列接続される制御変圧器の一次巻線に印加される電圧を制御し、前記制御変圧器の二次巻線の電圧を無段階で連続的に調整することを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明において、前記タップ切換回路と電圧増幅回路の出力電圧を各相個別に制御することにより、三相系統の不平衡電圧を平衡電圧に調整することを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、高価な電圧増幅回路を、±α（αはΔＶの１／２より若干大きめの電圧）の電圧幅のみ補償する構成とすることができるので、無段階で連続的な電圧調整を可能としつつ、製品コストの上昇を抑制することができる。

請求項２記載の発明によれば、タップ切換回路を安価に構成することが可能となる。

請求項３記載の発明によれば、タップ切換回路の電圧調整を高速に行うことが可能となる。

請求項４記載の発明によれば、タップ切換式の電圧調整と、電圧増幅回路による電圧制御方式を併用することにより、広範囲の電圧調整をコストの上昇を伴うことなく実現することが可能となる。

請求項５記載の発明によれば、各相個別に電圧制御することができるので、系統電圧の三相不平衡を平衡電圧に調整することが可能となる。

本発明の自動電圧調整装置の実施例を示した回路図である。 本発明の自動電圧調整装置による電圧調整方法の実施例を説明する図である。

以下、本発明の実施の形態について実施例の図１及び図２を用いて説明する。図１は本発明の実施例の回路図である。図１において、１は三相配電系統の各相間に並列接続される励磁変圧器であり、１ａは励磁変圧器１の一次巻線を示し、１ｂは励磁変圧器１の二次巻線、１ｃは励磁変圧器１の三次巻線を示している。

２は各相に二次巻線２ｂを直列接続する制御変圧器であり、２ａは制御変圧器２の一次巻線を示している。

３は励磁変圧器１の二次巻線１ｂに接続されるタップ切換回路であり、図示しない半導体素子などによって構成されている。

４は励磁変圧器１の三次巻線１ｃに接続される電圧増幅回路であり、図示しないトランジスタやダイオード等の半導体素子によって構成されている。

前記タップ切換回路３と電圧増幅回路４は直列的に各々が制御変圧器２の一次巻線２ａに接続して構成される。

次に、本発明の電圧調整装置の動作について説明する。負荷変動によって配電線路の電圧が変動（例えば、低下）すると、図示しない制御部から出力される制御信号によって、まず、タップ切換回路３が投入され、図２に示すように、例えば、＋ΔＶ［Ｖ］を出力する。これと同時に、電圧増幅回路４が投入され、＋α［Ｖ］〜−α［Ｖ］の電圧範囲で出力する。αは、α＜（ΔＶ×１／２）である。

この結果、制御変圧器２の一次巻線２ａには（＋ΔＶ＋α）［Ｖ］〜（＋ΔＶ−α）［Ｖ］の範囲の電圧が印加され、制御変圧器２の巻数比に比例した調整電圧が二次巻線２ｂに誘起され、配電線路電圧に重畳する。

＋α［Ｖ］〜−α［Ｖ］の電圧範囲では、電圧増幅回路が無段階で連続的に補償することができる。

配電線路の電圧低下が大きい場合は、タップ切換回路３のタップを、（＋ΔＶ×２）［Ｖ］や（＋ΔＶ×３）［Ｖ］の出力タップに切換えることができる。

このタップ切換回路と電圧増幅回路の併用で、制御変圧器２の一次巻線２ａへの印加電圧を（＋ΔＶ×３＋α）［Ｖ］まで無段階で連続的に補償させることができる。

一方、配電線路の電圧変動が上昇の場合は、上述した動作と逆の動作を行えば良い。具体的には、図示しない制御部からの指令によって、まず、タップ切換回路３が投入され、図２に示すように、例えば、−ΔＶ［Ｖ］を出力する。これと同時に、電圧増幅回路４が投入され、＋α［Ｖ］〜−α［Ｖ］の電圧範囲で出力する。

この結果、制御変圧器２の一次巻線２ａには（−ΔＶ＋α）［Ｖ］〜（−ΔＶ−α）［Ｖ］の範囲の電圧が印加され、制御変圧器２の巻数比に比例した調整電圧が二次巻線２ｂに誘起され、配電線路電圧に重畳する。

配電線路の電圧低下が大きい場合は、タップ切換回路３のタップを、（−ΔＶ×２）［Ｖ］や（−ΔＶ×３）［Ｖ］の出力タップに切換えることができる。

このタップ切換回路と電圧増幅回路の併用で、制御変圧器２の一次巻線２ａへの印加電圧を（−ΔＶ×３−α）［Ｖ］まで無段階で連続的に補償させることができる。

このように、制御変圧器２への印加電圧を（＋ΔＶ×３＋α）［Ｖ］〜（−ΔＶ×３−α）［Ｖ］の範囲で調整することによって、配電線路に直列接続した制御変圧器２の二次巻線２ｂに巻数比に応じた調整電圧を誘起させることができ、配電線の電圧が所望の電圧値となるように適宜自動調整することが可能となる。

また、図１に示す回路はＵ，Ｖ，Ｗの各相に個別に備えられるので、三相系統電圧に不平衡が生じた場合は、各相の電圧を個別に調整することにより、三相の不平衡電圧を平衡電圧へと調整することが可能となる。

そして、電圧の調整は電圧増幅回路を利用するので、無段階で連続的な電圧調整が可能となる利点を備え、さらに、電圧増幅回路４はタップ切換回路３のタップ間電圧（ΔＶ）の１／２未満である±α（α＜（ΔＶ×１／２））のみの電圧幅を補償する能力を備えていれば良いので、電圧増幅回路４の出力容量を縮小することができ、コスト面のメリットを生み出すことができる。

なお、図１のタップ切換回路では、機械式のタップ切換スイッチやサイリスタ等の半導体素子を用いることができる。

例えば、日負荷変動等に伴う緩やかな電圧変動に対応することを目的とする場合は機械式のタップ切換スイッチを採用することにより装置を安価に構成すれば良く、逆に、瞬時の電圧変動に対応する場合は、半導体素子を採用することによりその目的を達成すれば良い。

なお、半導体素子を採用した場合は切換回数に制限がなくなるので、設計寿命を維持するために切換感度を鈍らせたり、不感帯を設けて切換回数を減らす対応をする必要はなく、細かな電圧調整ができないといった機械式スイッチの有する欠点を解消することも可能となる。

また、タップ点数は±３タップを例示したが、これに限定することなく、目的に応じて適宜変更可能であることは勿論である。

本発明は、配電線路に設置される電圧調整装置として利用される。

１ 励磁変圧器
１ａ 励磁変圧器１の一次巻線
１ｂ 励磁変圧器１の二次巻線
１ｃ 励磁変圧器１の三次巻線
２ 制御変圧器
２ａ 制御変圧器２の一次巻線
２ｂ 制御変圧器２の二次巻線
３ タップ切換回路
４ 電圧増幅回路

Claims (5)

1. 配電線路に二次巻線が直列接続される制御変圧器と、配電線路の相間に並列接続される励磁変圧器と、該励磁変圧器の二次巻線に接続されるタップ切換回路と、前記励磁変圧器の三次巻線に接続される電圧増幅回路を備え、前記電圧増幅回路と前記タップ切換回路を前記制御変圧器の一次巻線に直列接続して構成したことを特徴とする電圧調整装置。
2. 前記タップ切換回路は、機械式接点によって構成したことを特徴とする請求項１記載の電圧調整装置。
3. 前記タップ切換回路は、半導体素子によって構成したことを特徴とする請求項１記載の電圧調整装置。
4. 配電線路の相間に並列接続した励磁変圧器の二次巻線に接続されるタップ切換回路のタップ切換操作と、前記励磁変圧器の三次巻線に接続される電圧増幅回路の電圧制御を組み合わせることにより、配電線路中に二次巻線が直列接続される制御変圧器の一次巻線に印加される電圧を制御し、前記制御変圧器の二次巻線の電圧を無段階で連続的に調整することを特徴とする電圧調整方法。
5. 前記タップ切換回路と電圧増幅回路の出力電圧を各相個別に制御することにより、三相系統の不平衡電圧を平衡電圧に調整することを特徴とする請求項４記載の電圧調整方法。

Images