JP2016046858A - 自動電圧調整装置 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽光発電設備が連系する配電系統で必要とされる仕様を低コストで実現することを可能にした自動電圧調整装置を提供する。【解決手段】調整変圧器２のタップを切り換えるタップ切換器８を、奇数タップ選択子１１及び偶数タップ選択子１２を用いて通電タップとするタップを選択する機械式のタップ選択器８Ａと、タップ選択器８Ａが選択する通電タップを新たなタップに切り換える際に、配電線５につながる回路を通電状態のままでタップ選択器８Ａが新たに選択したタップに切り換え接続する切換開閉器８Ｂとにより構成し、切換開閉器８Ｂを構成する各スイッチを、サイリスタによりスイッチ主回路を構成したサイリスタスイッチＳＳにより構成する。【選択図】 図２

Description

本発明は、配電系統に設置される自動電圧調整装置に関するものである。

配電系統に設置される自動電圧調整装置として、特許文献１に示されているように、機械式のタップ選択器を用いることなく、サイリスタスイッチを用いてタップ切換器を構成したものが知られている。

図３は、特許文献１に示された自動電圧調整装置の一相分の構成を示したもので、同図において１は一次巻線１ｐ及び二次巻線１ｓを有する直列変圧器、２は一次巻線２ｐ及び二次基線２ｓを有する調整変圧器である。直列変圧器１の二次巻線１ｓの一端及び他端はそれぞれ一次側（電源側）線路接続端子３及び二次側（負荷側）線路接続端子４に接続され、一次側線路接続端子３及び二次側線路接続端子４がそれぞれ一次側配電線５及び二次側配電線６に接続されることにより、直列変圧器の二次巻線１ｓが配電線に直列に接続される。

調整変圧器２の一次巻線２ｐの一端は二次側線路接続端子４に接続され、他端は中性点Ｎに接続されている。この例では、三相の調整変圧器の一次巻線２ｐがスター結線された状態で三相の配電線間に並列に接続される。

調整変圧器の二次巻線２ｓは、その一端及び他端にそれぞれ一端側最端タップ２t1及び他端側最端タップ２t4を有し、最端タップ２t1と２t4との間に中間タップ２t2及び２t3を有している。タップ２t1ないし２t3にはそれぞれタップ選択用スイッチＡ，Ｂ及びＣの一端が接続され、これらのタップ選択用スイッチＡ〜Ｃの他端は、直列変圧器１の一端に共通接続されている。また調整変圧器２の二次巻線２ｓの最端タップ２t4及び２t1にそれぞれ第１の極性切換用スイッチＴ１の一端及び第２の極性切換用スイッチＴ２の一端が接続され、第１の極性切換用スイッチＴ１及び第２の極性切換用スイッチＴ２の他端が直列変圧器１の一次巻線１ｐの他端に共通接続されている。

タップ切換の過程で直列変圧器の一次側が開放状態になって、直列変圧器の一次巻線１ｐに異常過電圧が誘起するのを防止するため、直列変圧器１の一次巻線１ｐの両端には、橋絡用スイッチＲＳを通して限流抵抗器Ｒが並列に接続され、タップ選択用スイッチＡ〜Ｃと、極性切換スイッチＴ１，Ｔ２及び橋絡用スイッチＲＳと、限流抵抗器Ｒとにより、タップ切換器８が構成されている。この自動電圧調整装置においては、調整変圧器２が出力する調整電圧が、タップ選択用スイッチＡないしＣの何れかと、第１及び第２の極性切換スイッチＴ１及びＴ２の何れかとを通して直列変圧器１の一次巻線１ｐに印加される。

図３に示された自動電圧調整装置においては、タップ選択用スイッチＡ〜Ｃと、極性切換スイッチＴ１，Ｔ２と、橋絡用スイッチＲＳとが、スイッチ主回路をサイリスタにより構成したサイリスタスイッチＳＳにより構成されている。

タップ切換器８の各スイッチを制御するために、制御部９が設けられている。制御部９は、橋絡用スイッチＲＳを一時的に閉路状態にすることにより直列変圧器１の一次巻線１ｐの両端が開放状態になるのを防ぎつつ、閉路状態にするタップ選択用スイッチと閉路状態にする極性切換用スイッチの組み合わせを切り換えることにより、調整変圧器２から直列変圧器１の一次巻線に印加する調整電圧を切り換えて、配電線電圧を許容範囲内に収めるように調整する。

図３に示されているように、機械式のタップ選択器や機械式のスイッチを用いることなく、タップを選択する回路及びタップ切換の過程で負荷電流を開閉するスイッチをすべてサイリスタスイッチを用いて構成した自動電圧調整装置は、サイリスタ式自動電圧調整装置と呼ばれる。サイリスタ式自動電圧調整装置は、動作が速いサイリスタスイッチを用いてタップ切換を行うため、真空バルブや油中接点スイッチ等の機械式スイッチを用いた自動電圧調整装置に比べて、タップ切換速度を遙かに速くすることができるという特徴を有する。

自動電圧調整装置を運用するに当っては、電圧調整を行うリレーにより配電線電圧が正常範囲から逸脱したことが感知されてから実際にタップ切換を行うまでの時間（電圧調整装置の動作時限）の最小値を電圧調整動作の最小設定時限として設定しておいて、タップ切換の間隔がこの最小設定時限よりも短くならないようにして電圧調整動作を行う。上記最小設定時限は、タップ切換器の構造上可能なタップ切換の最短切換間隔（一度タップ切換を行ってから次のタップ切換を行うまでの最短の時間間隔）に若干の余裕時間を加えた時間に設定される。タップ切換用スイッチとして機械式スイッチを用いた自動電圧調整装置は、耐用切換回数が２０万回程度に制限され、装置の期待寿命の間に許容されるタップ切換の回数が制限されるため、上記最小設定時限を余り短くすることができず、系統で瞬時電圧変動が高頻度で起る場合に対応できないという問題を有している。これに対し、サイリスタ式自動電圧調整装置によれば、耐用切換回数の制限をなくすことができるため、期待寿命を短縮することなく、最小設定時限を短く設定して、系統で電圧変動が高頻度で発生する場合にも十分に対応することができる。

近年、太陽光発電設備が連系する配電系統が多くなっているが、このような配電系統では、高頻度で瞬時電圧変動が起る。配電系統を通して需要家に供給する電力の品質を維持するためには、最小設定時限を短くすることにより電圧変動に対する電圧調整の追従性を良好にして、瞬時電圧変動が起る毎に電圧調整動作を行うことができるようにしておくことが望ましいが、機械式スイッチを用いてタップ切換を行う通常の自動電圧調整装置を用いた場合には、最小設定時限を長く設定せざるを得ないため、瞬時電圧変動が高頻度で起る場合には、電圧変動が起る毎にタップ切換を行って電圧調整を行うことができない。これに対し、サイリスタ式自動電圧調整装置によれば、最小設定時限を十分に短く設定することができるため、太陽光発電設備が連係している配電系統において高頻度で生じる電圧変動にも十分に対応することができる。

上記のように、最小設定時限を短く設定して電圧変動に対する電圧調整の追従性を良好にすることができるというサイリスタ式自動電圧調整装置の特徴は、太陽光発電設備が連系する配電系統で必要とされる仕様に適合するものであるため、最近になって、同配電系統に設置する自動電圧調整装置として、サイリスタ式自動電圧調整装置を採用することが検討されるようになっている。

特開平８−３３５１２１号公報

上記のように、サイリスタ式自動電圧調整装置は、太陽光発電設備が連系する配電系統に設置する自動電圧調整装置に必要とされる仕様を満たすものではあるが、反面その価格が非常に高いという問題を有しており、このことが、サイリスタ式自動電圧調整装置を系統に採用することを妨げる一要因となっている。特に、調整変圧器に設けるタップの数を多くして、細かいステップで電圧調整を行うことが必要とされる場合には、必要とするサイリスタスイッチの数が非常に多くなる上に、サイリスタスイッチの制御が複雑になるため、そのコストが格段に高くなる。

前述のように、サイリスタ式自動電圧調整装置は、タップ切換速度（タップ切換の所要時間）が速く、耐用切換回数に制限がなく、電圧調整動作の最小設定時限を短く設定できるという特徴を有するが、太陽光発電設備が連系する系統において、瞬時電圧変動が生じる頻度と、装置の期待寿命とから算出した耐用切換回数は、４０〜６０万回の範囲であり、耐用切換回数が無制限である必要はない。このことから、図３に示したサイリスタ式自動電圧調整装置の仕様は、太陽光発電設備が連系する系統で使用される自動電圧調整装置に必要とされる仕様としては過剰なものであるということができる。

また自動電圧調整装置としては、機械式のタップ選択器と、機械式スイッチを用いて構成した切換開閉器（配電線につながる回路を今まで選択されていたタップから新たに選択されたタップに通電状態のままで切り換え接続する開閉器）とにより構成されたタップ切換器（以下機械式タップ切換器という。）を用いたものが広く採用されている。この種の自動電圧調整装置においては、タップ選択器の耐用切換回数及び切換開閉器の耐用切換回数の内、少ない方の耐用切換回数によりタップ切換器全体としての耐用切換回数が決まる。一般には、タップ選択器の耐用切換回数よりも切換開閉器の耐用切換回数の方が少ないため、切換開閉器の耐用切換回数により、タップ切換器全体としての耐用切換回数が決まる。

タップ切換器の耐用切換回数は、タップ切換器の期待寿命を、タップ切換の最短切換間隔で除することにより求められる。系統で高頻度で瞬時電圧変動が発生する場合には、タップ切換の最短切換間隔を短くして最小設定時限を短く設定し得るようにしておくことが必要とされるが、期待寿命を短縮することなく最短切換間隔を短くするためには、耐用切換回数を多くしておく必要がある。

一般に用いられている機械式の自動電圧調整装置において、タップ選択器の耐用切換回数は、太陽光発電設備が連係する系統で必要とされる回数（系統で高い頻度で生じる瞬時電圧変動に対応するために必要とされる回数）を十分に上回っているが、切換開閉器の耐用切換回数は、同系統で必要とされる回数を大きく下回っている。そのため、従来の機械式の自動電圧調整装置を太陽光発電設備が連係する系統に適用した場合には、タップ切換の最短切換間隔を短くして、最小設定時限を瞬時電圧変動の発生間隔以下に設定することが困難であり、系統で生じる電圧変動に追従して電圧調整を適確に行うことが難しかった。

機械式のタップ選択器と機械式の切換開閉器とにより構成される機械式タップ切換器を用いた自動電圧調整装置は、サイリスタ式自動電圧調整装置に比べて安価であるが、上記の理由から、太陽光発電設備が連係する系に設置する電圧調整装置としては不向きである。太陽光発電設備は今後ますます普及することが見込まれることから、コストの大幅な上昇を招くことなく、系統の電圧変動に対する電圧調整動作の追従性を良好にすることができる自動電圧調整装置を開発することが望まれている。

本発明の目的は、太陽光発電設備が連系する配電系統に設置する場合に必要とされる仕様を低コストで実現することを可能にした自動電圧調整装置を提供することにある。

本明細書においては、上記の目的を達成するために、以下に示す少なくとも第１ないし第３の発明が開示される。
第１の発明
第１の発明は、複数のタップを有し、配電線電圧を入力として、選択された通電タップに対応した電圧を、配電線電圧を調整するために用いる調整電圧として出力する調整変圧器と、この調整変圧器の複数のタップの中から通電タップとして選択するタップを切り換えるタップ切換器とを備えて、調整変圧器の通電タップを切り換えることにより配電線電圧を調整する自動電圧調整装置を対象とする。

本発明においては、タップ切換器が、調整変圧器に設けられたタップの中から通電タップとするタップを選択する機械式のタップ選択器と、タップ選択器と協働する複数のスイッチを備えて、タップ選択器が通電タップとして選択するタップを新たなタップに切り換える際に、配電線につながる回路を通電状態のままでタップ選択器が新たに選択したタップに切り換え接続する切換開閉器とを備えて、前記タップ選択器と切換開閉器とを協働させることにより通電タップとして選択するタップを切り換えるように構成され、切換開閉器を構成する各スイッチは、サイリスタによりスイッチ主回路を構成したサイリスタスイッチにより構成される。

上記のように、調整変圧器のタップの中から通電タップとするタップを選択する手段としては機械式のタップ選択器を用い、配電線につながる回路を選択されたタップに切り換え接続する切換開閉器を構成するスイッチとしてのみサイリスタスイッチを用いると、サイリスタスイッチの数を少なくすることができるため、サイリスタ式自動電圧調整装置に比べて大幅なコストの削減を図ることができる。

上記のように、切換開閉器を構成する各スイッチをオンオフの回数に制限がないサイリスタスイッチにより構成すると、切換開閉器の耐用切換回数の制限を無くすことができる。切換開閉器とともにタップ切換器を構成するタップ選択器は機械式であるためその耐用切換回数に制限があるが、タップ選択器の耐用切換回数はもともと太陽光発電設備が連係する系統で必要とされる耐用切換回数（装置の期待寿命を短縮することなく、タップ切換の最短切換時間を系統で電圧変動が発生する時間間隔以下とするために必要な耐用切換回数）を大幅に上回っているため、切換開閉器の耐用切換回数の制限をなくすことができれば、タップ切換器全体としての耐用切換回数を、太陽光発電設備が連係する系統において高い頻度で発生する瞬時電圧変動を補償するために必要とされる耐用切換回数以上の回数とすることができる。

従って上記のように、サイリスタスイッチを用いて構成した切換開閉器と機械式のタップ選択器とを組み合わせてタップ切換器を構成すれば、電圧調整動作の最小設定時限を太陽光発電設備が連系する系統で生じる瞬時電圧変動の発生間隔以下に設定して、系統で生じる電圧変動を補償することができる自動電圧調整装置を低コストで実現することができる。

なお上記のように構成した場合、タップ切換速度は、タップ切換器を構成するタップ選択器及び切換開閉器のうち、動作速度が遅いタップ選択器の動作速度に依存することになるが、タップ切換速度がタップ選択器の動作速度に依存しても、太陽光発電設備が連系する系統で発生する電圧変動を補償する上で十分なタップ切換速度を得ることはできるので、何等問題が無い。

第２の発明
本明細書に開示された第２の発明は、一次側配電線に接続される一次側線路接続端子及び二次側配電線に接続される二次側線路接続端子と、複数のタップを有する単巻変圧器からなっていて前記一次側線路接続端子と選択された通電タップとを通して取り込んだ配電線電圧を選択された通電タップに対応した調整電圧に変換して該調整電圧を前記二次側線路接続端子を通して出力する調整変圧器と、前記調整変圧器の複数のタップの中から前記通電タップとして選択するタップを切り換えるタップ切換器とを備えて、前記調整変圧器の通電タップを切り換えることにより二次側配電線の電圧を調整する自動電圧調整装置を対象とする。

本発明においては、タップ切換器が、機械的に変位する奇数タップ選択子及び偶数タップ選択子を有して奇数タップ選択子により調整変圧器に設けられた奇数タップの中から通電タップとするタップを選択し、偶数タップ選択子により調整変圧器に設けられた偶数タップの中から通電タップとするタップを選択する機械式のタップ選択器と、一端が奇数タップ選択子及び偶数タップ選択子にそれぞれ接続され他端が一次側線路接続端子に共通接続された第１のタップ選択用スイッチ及び第２のタップ選択用スイッチと、第１のタップ選択用スイッチ及び第２のタップ選択用スイッチの共通接続点と奇数タップ選択子又は偶数タップ選択子との間に限流抵抗器を通して並列に接続された限流抵抗投入引き外しスイッチとを有する切換開閉器とを備えていて、切換開閉器を構成する各スイッチが、サイリスタによりスイッチ主回路を構成したサイリスタスイッチにより構成される。この場合、調整変圧器の一つのタップが素通しタップとして二次側線路接続端子に接続される。

第３の発明
第３の発明は、複数のタップを有する単巻変圧器からなっていて、配電線電圧を入力として、選択された通電タップに対応した調整電圧を出力する調整変圧器と、調整電圧が一次巻線の両端に印加され、二次巻線が配電線に直列に接続される直列変圧器と、調整変圧器の複数のタップの中から通電タップとして選択するタップを切り換えるタップ切換器とを備えて、調整変圧器の通電タップを切り換えることにより配電線電圧を調整する自動電圧調整装置を対象とする。

本発明においては、上記タップ切換器が、機械的に変位する奇数タップ選択子及び偶数タップ選択子を有して奇数タップ選択子により前記調整変圧器に設けられた奇数タップの中から前記通電タップとするタップを選択し、偶数タップ選択子により調整変圧器に設けられた偶数タップの中から通電タップとするタップを選択する機械式のタップ選択器と、一端が奇数タップ選択子及び偶数タップ選択子にそれぞれ接続され、他端が直列変圧器の一次巻線の一端に共通接続された第１のタップ選択用スイッチ及び第２のタップ選択用スイッチと、第１のタップ選択用スイッチ及び第２のタップ選択用スイッチの共通接続点と奇数タップ選択子又は偶数タップ選択子との間に限流抵抗器を通して並列に接続された限流抵抗投入引き外しスイッチとを有する切換開閉器とを備えていて、切換開閉器を構成する各スイッチが、サイリスタによりスイッチ主回路を構成したサイリスタスイッチにより構成される。この場合は、調整変圧器の一つのタップが出力端子として直列変圧器の一次巻線の他端に接続される。

本発明によれば、調整変圧器のタップの中から通電タップとするタップを選択する手段としては機械式のタップ選択器を用い、配電線につながる回路を選択されたタップに切り換える切換開閉器を構成するスイッチとしてのみサイリスタスイッチを用いるので、サイリスタスイッチの数を大幅に少なくして、タップを選択する回路を構成するスイッチ及び回路を選択されたタップに切換接続するスイッチの双方をサイリスタスイッチにより構成していたサイリスタ式自動電圧調整装置に比べて、大幅なコストの削減を図ることができる。

また本発明によれば、切換開閉器を構成するスイッチとしてオンオフの回数に制限がないサイリスタスイッチを用いたことにより、切換開閉器の耐用切換回数の制限をなくして、タップ切換器の耐用切換回数を、太陽光発電設備が連係する系統において必要とされる回数以上とすることができるので、電圧調整動作の最小設定時限を、太陽光発電設備が連係する系統において電圧変動が生じる時間間隔以下に設定して、高頻度で発生する瞬時電圧変動に対する電圧調整動作の追従性を良好にすることができる。

従って本発明によれば、太陽光発電設備が連系する系統で生じる電圧変動を補償することができる自動電圧調整装置を低コストで実現することができる。

本発明に係る自動電圧調整装置の第１の実施形態の構成を示す回路図である。 本発明に係る自動電圧調整装置の第２の実施形態の構成を示す回路図である。 従来のサイリスタ式自動電圧調整装置の構成を示す回路図である。

以下図面を参照して本発明に係る自動電圧調整装置の実施形態について詳細に説明する。図１は本発明を間接切換式の自動電圧調整装置に適用した実施形態の１相分の構成を示したものである。同図において１は一次巻線１ｐ及び二次巻線１ｓを有する直列変圧器、２は配電線電圧を入力として直列変圧器１に調整電圧を供給する調整変圧器である。

直列変圧器１は三相の各相に対して設けられていて、各相の直列変圧器１の二次巻線１ｓの一端及び他端がそれぞれ各相の一次側（電源側）線路接続端子３及び二次側（負荷側）線路接続端子４に接続され、一次側線路接続端子３及び二次側線路接続端子４がそれぞれ一次側配電線５及び二次側配電線６に接続されることにより各相の直列変圧器の二次巻線１ｓが各相の配電線に直列に接続される。配電線の定格電圧は、例えば６６００ボルトである。

調整変圧器２は、奇数タップ２t1，２t3，…２t9と、偶数タップｔ2，ｔ4, …ｔ8とを有する単巻変圧器からなっていて、三相の調整変圧器２がスター結線された状態で三相の配電線間に並列に接続される。

調整変圧器２から直列変圧器１に供給する調整電圧を調整するため、調整変圧器２の複数のタップの中から通電タップとして選択するタップを切り換えるタップ切換器８が設けられ、直列変圧器１と調整変圧器２と、タップ切換器８と、タップ切換器８を制御する制御部９とにより、自動電圧調整装置が構成されている。

タップ切換器８は、調整変圧器２に設けられた複数のタップの中から通電タップとするタップを選択する機械式のタップ選択器８Ａと、タップ選択器８Ａと協働する複数のスイッチを有してタップ選択器が通電タップとして選択するタップを新たなタップに切り換える際に、配電線につながる回路（本実施形態では直列変圧器１の一次側）を通電状態のままでタップ選択器が新たに選択したタップに切り換え接続する切換開閉器８Ｂとにより構成される。

タップ選択器８Ａは、調整変圧器２の奇数タップ２t1，２t3，…，２t9の中から通電タップとするタップを選択する奇数タップ選択器ＴＳ１と、偶数タップ２t2，２t4，…，２t8の中から通電タップとするタップを選択する偶数タップ選択器ＴＳ２と、奇数タップ選択器及び偶数タップ選択器を操作する電動操作機構（図示せず。）とからなっている。

奇数タップ選択器ＴＳ１は、奇数タップ２t1，２t3，…，２t9にそれぞれ接続されて一方向に並べて配置された奇数タップ側固定接点群と、これらの固定接点の並設方向に機械的に変位しながら一連の固定接点に順次接触して奇数タップ２t1，２t2，…を順次選択する奇数タップ選択子１１とにより構成されている。

同様に、偶数タップ選択器ＴＳ２は、偶数タップ２t2，２t4，…，２t8にそれぞれ接続されて一方向に並べて配置された偶数タップ側固定接点群と、これらの固定接点の並設方向に機械的に変位しながら一連の固定接点に順次接触して偶数タップ２t2，２t4，…，を順次選択する偶数タップ選択子１２とにより構成されている。

奇数タップ選択器ＴＳ１及び偶数タップ選択器ＴＳ２を操作する電動操作機構は、制御部９から与えられるタップ切換指令に応じて、電動機を駆動源として奇数タップ選択子１１及び偶数タップ選択子１２を機械的に変位させることにより、奇数タップ選択子１１及び偶数タップ選択子１２にタップ選択動作を行わせる。

切換開閉器８Ｂは、一端が奇数タップ選択子１１に接続され、他端が直列変圧器１の一次巻線の一端に接続された第１のタップ選択用スイッチＳＷ１と、一端が偶数タップ選択子１２に接続され、他端が第１のタップ選択用スイッチＳＷ１の他端（直列変圧器１の一次巻線１ｐの一端）に共通接続された第２のタップ選択用スイッチＳＷ２と、第１のタップ選択用スイッチＳＷ１及び第２のタップ選択用スイッチＳＷ２の共通接続点（直列変圧器１の一次巻線１ｐの一端）と偶数タップ選択子１２との間に限流抵抗器Ｒを通して並列に接続された限流抵抗投入引き外しスイッチＲＳとにより構成されている。

本実施形態では、調整変圧器の一つのタップ２t5が調整変圧器の出力端子として、直列変圧器１の一次巻線１ｐの他端に接続され、タップ選択器８Ａにより選択された通電タップを通して出力される調整変圧器２の出力電圧が、切換開閉器８Ｂを通して直列変圧器１の一次巻線１ｐに印加されている。

第１のタップ選択用スイッチＳＷ１、第２のタップ選択用スイッチＳＷ２及び限流抵抗投入引き外しスイッチＲＳは、サイリスタスイッチＳＳにより構成されている。サイリスタスイッチＳＳは、サイリスタをスイッチング素子として構成した双方向性を有するスイッチ主回路（主回路電流をオンオフするスイッチ回路）と、このスイッチ回路を構成するサイリスタに制御信号（トリガ信号）を与えるドライバとにより構成される。

サイリスタスイッチＳＳのスイッチ主回路は、単方向性を有する対のサイリスタを逆並列接続して構成したものでもよく、双方向性を有するサイリスタ（例えばトライアック）により構成したものでもよい。各サイリスタスイッチとしては、サイリスタと該サイリスタにトリガ信号を与える回路を構成する電子部品とを組み合わせたディスクリートな構成を有するものを用いてもよいが、コストの低減を図るためには、市販のソリッドステートコンタクタ（ＳＳＣ）を用いるのが好ましい。ソリッドステートコンタクタは、サイリスタをスイッチング素子とした双方向性のスイッチ主回路と、該スイッチ主回路を構成するサイリスタを駆動するドライバとをユニット化したもので、外部から与える制御信号によりオンオフ制御することができる。

第１のタップ選択用スイッチＳＷ１、第２のタップ選択用スイッチＳＷ２及び限流抵抗投入引き外しスイッチＲＳは、制御部９から制御信号（トリガ信号） が与えられたときにオン状態になり、これらの制御信号の供給が停止された後それぞれのアノード電流が保持電流以下になった時にオフ状態になる。

制御部９は、配電線電圧を検出する計器用変圧器（図示せず。）を備えていて、該計器用変圧器により検出された配電線電圧が設定された範囲から外れた際に、以下のようにして、調整変圧器２の通電タップを切り換えるタップ切換動作をタップ切換器８に行わせることにより、配電線電圧を許容範囲内に保つ。

タップ切換器８により通電タップを切り換える際には、先ず通電中の通電タップを選択しているタップ選択器と異なるタップ選択器に次のタップを選択する動作を行わせた後、限流抵抗投入引き外しスイッチＲＳをオン状態にして、第１のタップ選択用スイッチ及び第２のタップ選択用スイッチのうち、通電中のタップに接続されているタップ選択用スイッチと、限流抵抗器Ｒと、次に選択するタップに接続されているタップ選択用スイッチとを通して制限されたタップ間短絡電流を流す状態にし、この状態で通電中の通電タップに接続されているタップ選択用スイッチをオフ状態にした後、新たに選択する通電タップに接続されているタップ選択用スイッチをオン状態にし、次いで限流抵抗投入引き外しスイッチＲＳをオフ状態にして限流抵抗器Ｒを引き外すことにより、通電タップを奇数タップから偶数タップに、又は偶数タップから奇数タップに切り換える。

例えば、奇数タップ選択器のタップ選択子１１によりタップ２t3を選択して、タップ選択用スイッチＳＷ２をオフ状態にし、タップ選択用スイッチＳＷ１をオン状態にして、タップ２t3を通電タップとして選択している状態で、通電タップをタップ２t4に切り換える際には、第２のタップ選択用スイッチＳＷ２をオフ状態にしたままで、先ず偶数タップ選択器ＴＳ２のタップ選択子１２を、タップ２t4に接続された固定接点に接触させる。次いで限流抵抗投入引き外し用スイッチＲＳをオン状態にして、タップ２t3,２t4間をスイッチＳＷ１及びＲＳと限流抵抗器Ｒとを通して橋絡して、タップ２t3、２t4間を通して制限されたタップ間短絡電流が流れる状態にする。この状態で、第１のタップ選択用スイッチＳＷ１をオフ状態にして、限流抵抗器Ｒと新たに通電タップとするタップ２t4とを通して電流が流れる状態にし、次いで第２のタップ選択用スイッチＳＷ２をオン状態にした後、限流抵抗投入引き外し用スイッチＲＳをオフ状態にすることにより限流抵抗器Ｒを引き外して、通電タップを奇数タップ２t3から偶数タップ２t4に切り換えるタップ切換動作を完了する。

本実施形態のように、調整変圧器２のタップの中から通電タップとするタップを選択する手段として機械式のタップ選択器８Ａを用い、配電線につながる回路を選択された通電タップに切り換え接続する切換開閉器８Ｂを構成するスイッチとしてサイリスタスイッチＳＳを用いると、サイリスタスイッチの数を少なくすることができるため、図３に示されたサイリスタ式自動電圧調整装置に比べて大幅なコストの削減を図ることができる。

本実施形態のように、タップ選択器８Ａとして機械式のものを用い、切換開閉器８Ｂを構成するスイッチとしてサイリスタスイッチＳＳを用いた場合、タップ切換器８によるタップ切換速度は、タップ選択器８Ａの選択動作速度に依存する。そのため、最小設定時限は数秒のオーダーになり、図３に示したサイリスタ式自動電圧調整装置を用いる場合に設定し得る最小設定時限に比べると長くなるが、太陽光発電設備が連系する配電系統で瞬時電圧変動が発生する時間間隔は短くても１０秒単位であるため、最小設定時限が数秒になっても、同系統で生じる電圧変動を補償する上では何等問題ない。

本実施形態のように構成すると、切換開閉器８Ｂを構成するスイッチのオンオフの回数に制限がなくなるため、切換開閉器の耐用切換回数の制限を無くすことができる。切換開閉器とともにタップ切換器を構成するタップ選択器８Ａは機械式であるためその耐用切換回数に制限があるが、タップ選択器８Ａの耐用切換回数は４０〜６０万回で、もともと太陽光発電設備が連係する系統で必要とされる耐用切換回数（装置の期待寿命を短縮することなく、タップ切換の最短切換時間を系統で電圧変動が発生する時間間隔以下とするために必要な耐用切換回数）を上回っているため、切換開閉器の耐用切換回数の制限をなくすことができれば、タップ切換器８全体としての耐用切換回数を、太陽光発電設備が連係する系統において高い頻度で発生する瞬時電圧変動を補償するために必要とされる耐用切換回数以上の回数とすることができる。

従って上記のように、機械式のタップ選択器８Ａとサイリスタスイッチを用いて構成した切換開閉器８Ｂとを組み合わせてタップ切換器８を構成すれば、電圧調整動作の最小設定時限を、太陽光発電設備が連系する系統で生じる瞬時電圧変動の発生間隔以下に設定して、系統で生じる電圧変動を補償することができる自動電圧調整装置を、大幅なコストの上昇を伴うことなく実現することができる。

図１に示した実施形態では、間接切換式の自動電圧調整装置に本発明を適用したが、自動電圧調整装置が直接切換式の構成をとる場合にも本発明を適用することができる。図２は直接切換式のタップ切換器を用いた自動電圧調整装置に本発明を適用した第２の実施形態の要部の構成を示したものである。本実施形態では、直列変圧器が省略されて、切換開閉器８Ｂの第１のタップ選択用スイッチＳＷ１及び第２のタップ選択用スイッチＳＷ２の共通接続点が一次側線路接続端子３に接続され、調整変圧器２の一つのタップ２t5が素通しタップとして二次側線路接続端子４に接続されている。その他の点は図１に示した実施形態と同様である。

図２に示した実施形態においては、調整変圧器２が一次側配電線５の電圧を入力として、選択された通電タップに対応した電圧を調整電圧として二次側配電線６に印加する。この場合の調整電圧は、二次側配電線６の配電線電圧そのものである。制御部９は、二次側配電線６の電圧を検出する計器用変圧器を備えていて、該計器用変圧器を通して検出された配電線電圧が許容範囲から外れた際に、二次側配電線６の電圧を許容範囲に収めるように、タップ切換器８にタップ切換動作を行わせる。

図１及び図２に示した例では、第１のタップ選択用スイッチＳＷ１及び第２のタップ選択用スイッチＳＷ２の共通接続点と偶数タップ選択子１２との間に、限流抵抗投入引き外し用スイッチＲＳを限流抵抗器Ｒを通して並列に接続するようにしたが、限流抵抗投入引き外し用スイッチＲＳは、第１のタップ選択用スイッチＳＷ１及び第２のタップ選択用スイッチＳＷ２の共通接続点と奇数タップ選択子１１との間に限流抵抗器Ｒを通して並列に接続するようにしてもよい。

１ 直列変圧器
１ｐ 直列変圧器の一次巻線
１ｓ 直列変圧器の二次巻線
２ 調整変圧器
２ｐ 調整変圧器の一次巻線
２ｓ 調整変圧器の二次巻線
３ 一次側線路接続端子
４ 二次側線路接続端子
５ 一次側配電線
６ 二次側配電線
８ タップ切換器
８Ａ 機械式のタップ選択器
８Ｂ 切換開閉器
９ 制御部
ＳＳ サイリスタスイッチ
ＳＷ１ 第１のタップ選択用スイッチ
ＳＷ２ 第２のタップ選択用スイッチ
Ｒ 限流抵抗器
ＲＳ 限流抵抗投入引き外し用スイッチ

Claims (3)

1. 複数のタップを有し、配電線電圧を入力として、選択された通電タップに対応した電圧を、配電線電圧を調整するために用いる調整電圧として出力する調整変圧器と、前記調整変圧器の複数のタップの中から通電タップとして選択するタップを切り換えるタップ切換器とを備えて、前記調整変圧器の通電タップを切り換えることにより配電線電圧を調整する自動電圧調整装置において、
   前記タップ切換器は、前記調整変圧器に設けられたタップの中から前記通電タップとするタップを選択する機械式のタップ選択器と、前記タップ選択器と協働する複数のスイッチを有して前記タップ選択器が前記通電タップとして選択するタップを新たなタップに切り換える際に、配電線につながる回路を通電状態のままで前記タップ選択器が新たに選択したタップに切り換え接続する切換開閉器とを備えて、前記タップ選択器と切換開閉器とを協働させることにより前記通電タップとして選択するタップを切り換えるように構成され、
   前記切換開閉器を構成する各スイッチは、サイリスタによりスイッチ主回路を構成したサイリスタスイッチにより構成されていること、
   を特徴とする自動電圧調整装置。
2. 一次側配電線に接続される一次側線路接続端子及び二次側配電線に接続される二次側線路接続端子と、複数のタップを有する単巻変圧器からなっていて前記一次側線路接続端子と選択された通電タップとを通して取り込んだ配電線電圧を選択された通電タップに対応した調整電圧に変換して該調整電圧を前記二次側線路接続端子を通して出力する調整変圧器と、前記調整変圧器の複数のタップの中から前記通電タップとして選択するタップを切り換えるタップ切換器とを備えて、前記調整変圧器の通電タップを切り換えることにより前記二次側配電線の電圧を調整する自動電圧調整装置において、
   前記タップ切換器は、
   機械的に変位する奇数タップ選択子及び偶数タップ選択子を有して前記奇数タップ選択子により前記調整変圧器に設けられた奇数タップの中から前記通電タップとするタップを選択し、前記偶数タップ選択子により前記調整変圧器に設けられた偶数タップの中から前記通電タップとするタップを選択する機械式のタップ選択器と、
   一端が前記奇数タップ選択子及び偶数タップ選択子にそれぞれ接続され他端が前記一次側線路接続端子に共通接続された第１のタップ選択用スイッチ及び第２のタップ選択用スイッチと、前記第１のタップ選択用スイッチ及び第２のタップ選択用スイッチの共通接続点と前記奇数タップ選択子又は偶数タップ選択子との間に限流抵抗器を通して並列に接続された限流抵抗投入引き外しスイッチとを有する切換開閉器と、
   を備え、
   前記切換開閉器を構成する各スイッチは、サイリスタによりスイッチ主回路を構成したサイリスタスイッチからなり、
   前記調整変圧器の一つのタップが素通しタップとして前記二次側線路接続端子に接続されていること、
   を特徴とする自動電圧調整装置。
3. 複数のタップを有する単巻変圧器からなっていて、配電線電圧を入力として、選択された通電タップに対応した調整電圧を出力する調整変圧器と、前記調整電圧が一次巻線の両端に印加され、二次巻線が配電線に直列に接続される直列変圧器と、前記調整変圧器の複数のタップの中から通電タップとして選択するタップを切り換えるタップ切換器とを備えて、前記調整変圧器の通電タップを切り換えることにより配電線電圧を調整する自動電圧調整装置において、
   前記タップ切換器は、
   機械的に変位する奇数タップ選択子及び偶数タップ選択子を有して前記奇数タップ選択子により前記調整変圧器に設けられた奇数タップの中から前記通電タップとするタップを選択し、前記偶数タップ選択子により前記調整変圧器に設けられた偶数タップの中から前記通電タップとするタップを選択する機械式のタップ選択器と、
   一端が前記奇数タップ選択子及び偶数タップ選択子にそれぞれ接続され、他端が前記直列変圧器の一次巻線の一端に共通接続された第１のタップ選択用スイッチ及び第２のタップ選択用スイッチと、前記第１のタップ選択用スイッチ及び第２のタップ選択用スイッチの共通接続点と前記奇数タップ選択子又は偶数タップ選択子との間に限流抵抗器を通して並列に接続された限流抵抗投入引き外しスイッチとを有する切換開閉器と、
   を備え、
   前記切換開閉器を構成する各スイッチは、サイリスタによりスイッチ主回路を構成したサイリスタスイッチからなり、
   前記調整変圧器の一つのタップが出力端子として前記直列変圧器の一次巻線の他端に接続されていること、
   を特徴とする自動電圧調整装置。

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