JP2017093119A - 変圧器システム - Google Patents

Abstract

【課題】運転効率の高い変圧器システムを提供する。【解決手段】変圧器システムは、負荷に接続され、互いに並列接続された複数の変圧器１１ａ、１１ｂを備える。変圧器は異なる定格容量を有する。さらに、変圧器システムは、負荷の負荷容量を計測する計測器１２と、切替判定部１４２と、コントローラ１４３を備え、計測器により負荷容量を計測し、切替判定部により負荷容量に応じた変圧器の解列及び接続の組み合わせを決定し、コントローラにより変圧器の解列及び接続を各々切り替える制御部１４とを有する。【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、複数の変圧器を並列接続したシステムに関する。

発電機で生成された電力は電力系統の送配電ネットワークにより需要家の負荷に供給される。電力系統と負荷との間には変圧器システムが介在する。変圧器システムは、電力系統の高圧又は特別高圧を負荷に合う所定電圧に変換している。従来より、この変圧器システムは、同定格容量の変圧器を並列接続して配し、その変圧器を並行運転させている。

変圧器には、負荷容量に応じた損失が発生する。損失は、鉄損とも呼ばれる無負荷損と銅損とも呼ばれる負荷損の合算である。変圧器システムは、負荷容量をパラメータとして、変圧器の損失を算出し、負荷容量に対する出力電力を賄い、損失が低減される運転台数の変圧器を駆動させている。例えば、変圧器システムは、同定格容量を有する２台の変圧器を並列接続して備え、負荷が軽負荷運転時には１台の変圧器を単独運転させ、負荷が高負荷運転時には２台の変圧器を並行運転させる。このように、従来より、同定格容量の複数の変圧器を並列接続して備え、損失低減を目的に、負荷容量の応じて運転台数を決定する方法が知られている。

運転台数の決定方法としては、各変圧器の接続及び解列の組み合わせ毎に生じる負荷容量‐損失の特性カーブのクロス点を閾値として、この閾値に対する負荷容量の大小により変圧器の運転台数を決定する手法が知られている。２台の同定格容量の変圧器を並列接続すると、１台を単独運転させた際の特性カーブと２台を並行運転させた際の特性カーブとが１箇所で交差する。すなわち、２台の同定格容量の変圧器を並列接続すると、閾値が一つ生じる。この閾値に対する負荷容量の大小を運転切り替えに用いるものである。

特開平９−３２２３９５号公報

変圧器の定格容量は、高負荷時の負荷容量に合わせて決定されるが、負荷によっては、高負荷時の負荷容量に比べて軽負荷時の負荷容量が極端に小さい場合がある。そうすると、変圧器の最大効率と軽負荷時の負荷容量の相違が著しく、損失に対する無負荷損の割合が大きくなるため、軽負荷時に効率的な運転ができないことが指摘されていた。特に、高負荷時と比べて極端に小さい軽負荷時が長時間続くような環境では、大きな割合の無負荷損が常時発生し、不要な電力を消費し続けてしまう。

また、同定格容量の変圧器を並列接続した変圧器システムの場合、並列接続数と同数の特性カーブしか生じ得ず、閾値の候補となるクロス点も少なく、損失の少ない運転態様の選択肢が限られてしまう。例えば、同定格容量の変圧器を２台並列接続した場合、特性カーブは２つであり、閾値は１つしかない。従って、負荷容量に合わせて損失を少なくするために、２種類の状態を切り替えるのみである。

従来のような、同定格容量の変圧器を並列接続して成る変圧器システムでは、損失を低減させる効果が縮小されていた。本実施形態は、上述の問題を解決すべく、運転効率の高い変圧器システムを提供することを目的としている。

上記の目的を達成するために、本実施形態の変圧器システムは、負荷に接続され、少なくとも一機が他機と異なる定格容量を有し、互いに並列接続された複数の変圧器と、前記負荷の負荷容量を計測する計測器と、を備え、前記負荷容量に応じて前記変圧器の解列及び接続が各々切り替えられること、を特徴とする。

第１の実施形態に係る変圧器システムの構成を示すブロック図である。 第１の実施形態に係る変圧器システムが備える制御部の構成を示すブロック図である。 第１の実施形態に係る変圧器システムが記憶する運転データを示す模式図である。 第１の実施形態に係る変圧器システムが有する変圧器の接続と解列の組み合わせ毎に生じる負荷容量と損失の関係を示す各特性データを示すグラフである。 第１の実施形態に係る変圧器システムの動作を示すフローチャートである。 第１の実施形態に係る変圧器システムの軽負荷時の動作を示すブロック図である。 第１の実施形態に係る変圧器システムの通常負荷時の動作を示すブロック図である。 第１の実施形態に係る変圧器システムの高負荷時の動作を示すブロック図である。 第１の実施形態の変形例に係り、変圧器の接続と解列の組み合わせ毎に生じる負荷容量と効率の関係を示す各特性データを示すグラフである。 第２の実施形態に係る変圧器システムが有する変圧器の接続と解列の組み合わせ毎に生じる負荷容量と損失の関係を示す各特性データと不感帯を示すグラフである。 第２の実施形態に係る変圧器システムが記憶する運転データを示す模式図である。 第２の実施形態に係る変圧器システムの動作を示すフローチャートである。 第２の実施形態に係る変圧器システムの切替動作の一例を示すグラフであり、（ａ）は負荷容量の変化を示し、（ｂ）は不感帯のない場合の切り替えを示し、（ｃ）は不感帯のある場合の切り替えを示す。 第３の実施形態に係る変圧器システムが備える制御部の構成を示すブロック図である。 第３の実施形態に係る変圧器システムの動作を示すフローチャートである。 第３の実施形態に係る変圧器システムの切替動作の一例を示すグラフであり、（ａ）は負荷容量の変化を示し、（ｂ）は切り替えのタイミングを示す。 第４の実施形態に係る変圧器システムが備える制御部の構成を示すブロック図である。 第５の実施形態に係る変圧器システムが備える制御部の構成を示すブロック図である。 第５の実施形態に係る変圧器システムが有する変圧器の接続と解列の組み合わせ毎に生じる負荷容量と損失の関係を示す各特性データと判定値を示すグラフである。 第５の実施形態に係る変圧器システムが備える外部機器の構成を示すブロック図である。 第５の実施形態に係る変圧器システムの動作を示すフローチャートである。 第６の実施形態に係る変圧器システムが備える外部機器の構成を示すブロック図である。

（第１の実施形態）
（構成）
第１の実施形態に係る変圧器システムについて図面を参照しながら詳細に説明する。図１に示す変圧器システム１は、受変電設備であり、電力系統２００と負荷１００との間に電気的に接続される。変圧器システム１は、電力系統２００が供給する高圧又は特別高圧を所定電圧に変圧して負荷１００に供給する。尚、電力系統２００は、電力を需要家の受電設備に供給するシステムであり、送配電ネットワークを含む。負荷１００は、大規模工場、プラント、高層ビル、共用施設又は商業施設などの電源設備である。

変圧器システム１は、２台の変圧器１１ａ、１１ｂと、計測器１２と、開閉器１３ａ、１３ｂと、制御部１４とを備える。変圧器１１ａ、１１ｂは互いに並列接続されている。計測器１２は、電力系統２００と変圧器１１ａ、１１ｂとの間に設置される。開閉器１３ａは、一方の変圧器１１ａを挟んで変圧器１次側及び２次側に各々設けられる。開閉器１３ｂは、他方の変圧器１１ｂを挟んで変圧器１次側及び２次側に各々設けられる。

変圧器１１ａ、１１ｂは異なる定格容量を有する。相対的に小定格容量の変圧器１１ａは、負荷１００が軽負荷である時に単独運転する軽負荷時用である。この軽負荷時用の変圧器１１ａは、最低条件として、軽負荷時の負荷１００の負荷容量を上回る定格容量を有する。但し、この変圧器１１ａは、軽負荷時の負荷容量に合致する出力で最大効率となる定格容量であることが望ましい。また、この変圧器１１ａは、鉄心にアモルファス合金を採用したアモルファス変圧器が望ましい。

相対的に大定格容量の変圧器１１ｂは、負荷１００が通常運転している時に単独運転する通常時用である。この通常時用の変圧器１１ｂは、最低条件として、変圧器システム１が有する総定格容量が高負荷時の負荷１００の負荷容量を上回る定格容量を有する。総定格容量は、変圧器１１ａと変圧器１１ｂの定格容量の合算値である。この最低条件を満たした上で、この変圧器１１ａは、通常時の負荷容量に合致する出力付近に最大効率を有する定格容量となることが望ましい。

尚、軽負荷時とは、夜間や休日等によって負荷１００の運転が停止又はアイドリングしている状態である。通常時は、日中や操業中等によって負荷１００が運転状態にある場合である。高負荷時は、夏場や繁忙期の日中や操業中等において負荷１００がフル操業状態にある場合である。例えば、負荷１００の軽負荷時における負荷容量が６０ｋＷｈの場合、相対的に小定格容量の変圧器１１ａの定格容量は、１００ｋＷｈである。負荷１００の通常時における負荷容量が１００ｋＷｈで、高負荷時における負荷容量が１５０ｋＷｈの場合、相対的に大定格容量の変圧器１１ｂは、最大効率が１００ｋＷｈ付近であり、定格容量が３００ｋＷｈである。

計測器１２は、電流計と電圧計とを備え、電力系統２００側で負荷１００の負荷容量を計測する。計測器１２は、電流値と電圧値を計測し、両結果を乗算することで、負荷容量を計算する。計測器１２と制御部１４は信号線で接続されており、計測器１２は、計算した負荷容量を制御部１４に入力する。電流値及び電圧値が制御部１４に入力され、制御部１４側で負荷容量が計算されてもよい。

制御部１４は、負荷容量を入力とした比較処理と、比較結果に応じた選択処理により、複数の変圧器１１ａ、１１ｂの解列及び接続を決定し、変圧器１１ａ、１１ｂの運転と停止、開閉器１３ａ、１３ｂの開閉を制御する。この制御部１４は、信号線で変圧器１１ａ、１１ｂ、及び開閉器１３ａ、１３ｂと制御信号を送信可能に接続されている。制御部１４は、所謂コンピュータによって構成可能である。制御部１４は、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、又はＣＰＵを搭載し、ＲＯＭに記憶されたプログラムの実行によってソフトウェア処理する。この制御部１４は、図２に示すように、記憶部１４１と切替判定部１４２とコントローラ１４３を備える。

記憶部１４１は、メモリを含み構成され、運転データ１４１ａを記憶する。切替判定部１４２は、メモリとＣＰＵ等の演算制御装置を含み構成され、計測器１２の計測信号が入力され、計測信号が示す負荷容量と運転データ１４１ａから変圧器１１ａ、１１ｂの解列及び接続を決定する。コントローラ１４３は、ドライバ回路を含み構成され、変圧器１１ａ、１１ｂ、及び開閉器１３ａ、１３ｂと信号線で接続され、切替判定部１４２の決定に合致する制御信号を送信する。

図３は、運転データ１４１ａを示す模式図である。運転データ１４１ａには、閾値３１と閾値３２が含まれる。閾値３１は閾値３２よりも小さい。また、運転データ１４１ａには、閾値３１以下の負荷容量に対する制御内容情報３４（第１の制御内容情報３４）、閾値３１超で閾値３２以下の間の負荷容量に対する制御内容情報３５（第２の制御内容情報３５）、及び閾値３２超の負荷容量に対する制御内容情報３６（第３の制御内容情報３６）が含まれる。制御内容情報３４、３５、３６は、複数の変圧器１１ａ、１１ｂの各々について解列又は接続を示す。切替判定部１４２は、計測器１２の測定結果と閾値３１及び３２を比較し、比較結果に合った制御内容情報３４、３５又は３６を選択する。

閾値３１、３２及び制御内容情報３４、３５、３６について説明する。負荷１００の負荷容量と変圧器システム１の総損失との関係を図４に示す。当該関係は、変圧器１１ａ、１１ｂが各々単独運転した場合、及び並列運転した場合に区別して示す。損失は、鉄損等により成る無負荷損と、銅損等により成る負荷損との合計である。図４に示すように、異容量の変圧器１１ａ、１１ｂが２台並列接続された場合、解列及び接続の組み合わせによって３種類の特性カーブ２１、２２、２３が生じる。

特性カーブ２１は、相対的に小定格容量の変圧器１１ａが単独運転した場合の負荷容量と損失の関係を示す。特性カーブ２２は、相対的に大定格容量の変圧器１１ｂが単独運転した場合の負荷容量と損失の関係を示す。特性カーブ２３は、変圧器１１ａ、１１ｂが並列運転した場合の負荷容量と損失の関係を示す。特性カーブ２１、２２、２３は、それぞれ所定の負荷容量で交差し、特性カーブ２１と特性カーブ２２のクロス点２１ａ、特性カーブ２２と特性カーブ２３のクロス点２２ａ、特性カーブ２１と特性カーブ２３のクロス点２３ａが発生する。

閾値３１は、特性カーブ２１と特性カーブ２２とのクロス点２１ａが示す負荷容量である。閾値３２は、特性カーブ２２と特性カーブ２３のクロス点２２ａが示す負荷容量である。切替判定部１４２は、閾値３１、３２を基準にして、変圧器１１ａ、１１ｂの単独運転及び並列運転を切り替えることで、負荷容量に応じて最小損失の特性カーブ２１、２２又は２３を適用させる。尚、本実施形態では、クロス点２１ａからクロス点２３ａまでの負荷容量帯では特性カーブ２２が最小総損失を示すため、クロス点２３ａに対する閾値は不要である。

図５は、このような制御部１４の制御動作を示すフローチャートである。制御部１４は、計測器１２から負荷容量を定期的に受信する（ステップＳ０１）。負荷容量を受信すると、切替判定部１４２は、記憶部１４１から閾値３１と閾値３２を読み出し（ステップＳ０２）、各閾値３１、３２と負荷容量とを比較し（ステップＳ０３〜Ｓ０５）、比較結果に応じて制御内容情報３４、３５又は３６を選択する（ステップＳ０６〜Ｓ０８）。

軽負荷時用の変圧器１１ａが単独運転した場合の特性カーブ２１と変圧器１１ｂが単独運転した場合の特性カーブ２２のクロス点２１ａに相当する閾値３１に対し、負荷容量が下回っている場合（ステップＳ０３，Ｙｅｓ）、切替判定部１４２は、この条件に合致する制御内容情報３４を選択する（ステップＳ０６）。すなわち、軽負荷時に単独運転させる変圧器１１ａの接続、及び変圧器１１ｂの解列に制御方法を決定する。

切替判定部１４２は、選択した制御内容情報３４を示す信号をコントローラ１４３に送信する。コントローラ１４３は、受信した信号に従い、変圧器１１ａを挟む両側の開閉器１３ａを閉にする閉信号を送信し（ステップＳ０９）、変圧器１１ｂを挟む両側の開閉器１３ｂを開にする開信号を送信し（ステップＳ１０）、変圧器１１ａに駆動信号を送信し（ステップＳ１１）、変圧器１１ｂに停止信号を送信する（ステップＳ１２）。

一方、この閾値３１を上回り、且つ変圧器１１ｂが単独運転した場合の特性カーブ２２と変圧器１１ａ、１１ｂが並行運転した場合の特性カーブ２３のクロス点２２ａに相当する閾値３２に対し、負荷容量が下回っている場合（ステップＳ０４，Ｙｅｓ）、この条件に合致する制御内容情報３５を選択する（ステップＳ０７）。すなわち、変圧器１１ｂの接続、及び軽負荷時用の変圧器１１ａの解列に制御方法を決定する。

切替判定部１４２は、選択した制御内容情報３５を示す信号をコントローラ１４３に送信する。コントローラ１４３は、受信した信号に従い、変圧器１１ｂを挟む両側の開閉器１３ａを閉にする閉信号を送信し（ステップＳ１３）、変圧器１１ａを挟む両側の開閉器１３ｂを開にする開信号を送信し（ステップＳ１４）、変圧器１１ｂに駆動信号を送信し（ステップＳ１５）、変圧器１１ａに停止信号を送信する（ステップＳ１６）。

または、この閾値３２を負荷容量が上回っている場合（ステップＳ０５）、この条件に合致する制御内容情報３６を選択する（ステップＳ０８）。すなわち、変圧器１１ａ、１１ｂの接続に制御方法を決定する。

切替判定部１４２は、選択した制御内容情報３６を示す信号をコントローラ１４３に送信する。コントローラ１４３は、受信した信号に従い、変圧器１１ａを挟む両側の開閉器１３ａを閉にする閉信号を送信し（ステップＳ１７）、変圧器１１ｂを挟む両側の開閉器１３ｂを閉にする閉信号を送信し（ステップＳ１８）、変圧器１１ａに駆動信号を送信し（ステップＳ１９）、変圧器１１ｂに駆動信号を送信する（ステップＳ２０）。

（作用効果）
以上の変圧器システム１によれば、２台の変圧器１１ａ、１１ｂが異なる定格容量を有しているので、運転させる変圧器１１ａ、１１ｂの組み合わせに応じて、負荷容量と総損失の関係を示す特性カーブが３種類生じる。そのため、この変圧器システム１では、負荷容量が採り得る全負荷容量帯に亘って、損失の少ない変圧器１１ａ、１１ｂの組み合わせをきめ細やかに選択できる。

例えば、２台の同定格容量の変圧器を並列接続した変圧器システム１では、一方の変圧器を単独運転させるか、両方の変圧器を平行運転させるかの２種類しか採り得ない。しかし、２台の異なる定格容量の変圧器１１ａ、１１ｂを並列接続した変圧器システム１では、相対的に小定格容量の変圧器１１ａを単独運転させるか、相対的に大定格容量の変圧器１１ｂを単独運転させるか、両方の変圧器１１ａ、１１ｂを平行運転させるかの３種類の組み合わせを採り得る。

従って、図６に示すように、負荷１００が軽負荷時の負荷容量の場合には、この負荷容量付近で最大効率を有する相対的に小定格容量の変圧器１１ａを単独運転させ、図７に示すように、負荷１００が通常時の負荷容量の場合には、この負荷容量付近で最大効率を有する相対的に大定格容量の変圧器１１ｂを単独運転させ、負荷１００が高負荷時の負荷容量の場合には、変圧器１１ａ、１１ｂを並行運転させることができる。そのため、負荷容量が採り得る全帯域に亘って損失を少なくする選択肢が増え、不要な電力消費が抑制され、省エネルギー効果が実現される。

もちろん、少なくとも１台の変圧器が他の変圧器と異なっていれば、全負荷容量帯に亘って損失の少ない変圧器の組み合わせを選択でき、変圧器は３台、４台・・・と２台以上を並列に備えていてもよい。台数が多くなれば、負荷容量と総損失との関係を示す特性カーブが解列及び接続の組み合わせに応じて増加し、損失を少なくする解列及び接続の選択肢が更に増加する。また、唯１台の軽負荷時用の変圧器１１ａが他の変圧器と定格容量が異なっているのみならず、複数の変圧器群と他の複数の変圧器群が異なる定格容量を有していてもよい。

尚、負荷１００が採り得る負荷容量が２種類に限られる場合、２種類の負荷容量に対して最小損失の変圧器１１ａ、１１ｂの組み合わせが選択できればよく、負荷容量‐損失特性カーブの全てのクロス点を全て閾値化し、各閾値で挟まれる領域に対する制御内容情報を運転データ１４１ａに含める必要はない。

また、相対的に小定格容量の変圧器１１ａは、負荷１００の軽負荷時用に、最大効率が軽負荷時の負荷容量近傍となるようにした。これにより、負荷１００が軽負荷時の場合に特に問題であった不要な電力消費を効率よく抑制できる。また、この変圧器１１ａをアモルファス変圧器とすることで、不要な電力消費を更に抑制できる。

（変形例）
図９は、変圧器１１ａ、１１ｂの各組み合わせによる負荷容量-効率の特性カーブ２４、２５、２６を示すグラフである。効率は、変圧器１１ａ、１１ｂの出力と損失の和に対する出力の割合である。閾値３１は、この特性カーブ２４と特性カーブ２５のクロス点２４ａの値、閾値３２は、特性カーブ２５と特性カーブ２６のクロス点２６ａの値としてもよい。負荷容量‐損失特性カーブ２１〜２３の各クロス点２１ａ〜２３ａの値と、負荷容量‐効率特性カーブ２４〜２６の各クロス点２４ａ〜２６ａの値とは、一致するために、第１の実施形態に係る変圧器システム１と同一作用及び同一効果を得ることができる。

（第２の実施形態）
（構成）
次に、第２の実施形態に係る変圧器システム１を図面を参照しつつ詳細に説明する。第１の実施形態と同一構成及び同一機能については同一符号を付して詳細な説明を省略する。

図１０は、異なる定格容量を有する変圧器１１ａ、１１ｂの接続及び解列の組み合わせに応じた特性カーブ２１、２２、２３を示すグラフである。図１０に示すように、この変圧器システム１は、クロス点２１ａを中心にした不感帯４１とクロス点２３ａを中心にした不感帯４２を有する。不感帯４１と不感帯４２は、変圧器１１ａ、１１ｂの解列及び接続の切り替えが行われない範囲である。

図１１に示すように、運転データ１４１ａには、不感帯４１の上限値を示す閾値５１ａと不感帯４１の下限値を示す閾値５１ｂと、不感帯４２の上限値を示す閾値５２ａと、不感帯４２の下限値を示す閾値５２ｂが記憶されている。

切替判定部１４２は、この閾値５１ａ、５１ｂ、５２ａ、５２ｂと計測器１２が測定した負荷容量との比較により、解列又は接続する変圧器１１ａ、１１ｂの組み合わせを決定する。図１２は、切替判定部１４２による決定を含む制御部１４の制御動作を示すフローチャートである。図１２に示すように、制御部１４は、計測器１２から負荷容量を定期的に受信する（ステップＳ３１）。負荷容量を受信すると、切替判定部１４２は、記憶部１４１から閾値５１ａ、５１ｂ、５２ａ、５２ｂを読み出し（ステップＳ３２）、各閾値５１ａ、５１ｂ、５２ａ、５２ｂと負荷容量とを比較し（ステップＳ３３〜Ｓ３５）、比較結果に応じて制御内容情報３４、３５又は３６を決定する（ステップＳ３６〜Ｓ３８）。

まず、閾値５１ａは、特性カーブ２１と特性カーブ２２のクロス点２１ａを中心にした不感帯４１の下限値であり、特性カーブ２１は軽負荷時用の変圧器１１ａが単独運転した場合、特性カーブ２２は変圧器１１ｂが単独運転した場合である。この閾値５１ａに対し、負荷容量が下回った場合（ステップＳ３３，Ｙｅｓ）、切替判定部１４２は、制御内容情報３４を選択する（ステップＳ３８）。すなわち、軽負荷時に単独運転させる変圧器１１ａの接続、及び変圧器１１ｂの解列に制御方法を決定する。

切替判定部１４２は、選択した制御内容情報３４を示す信号をコントローラ１３３に送信する。コントローラ１４３は、受信した信号に従い、変圧器１１ａを挟む両側の開閉器１３ａを閉にする閉信号を送信し（ステップＳ３９）、変圧器１１ｂを挟む両側の開閉器１３ｂを開にする開信号を送信し（ステップＳ４０）、変圧器１１ａに駆動信号を送信し（ステップＳ４１）、変圧器１１ｂに停止信号を送信する（ステップＳ４２）。

また、閾値５１ｂは、特性カーブ２１と特性カーブ２２のクロス点２１ａを中心にした不感帯４１の上限値である。また、閾値５２ａは、特性カーブ２２と特性カーブ２３のクロス点２２ａを中心にした不感帯４２の下限値であり、特性カーブ２３は変圧器１１ａ、１１ｂが並行運転した場合である。この閾値５１ｂと閾値５２ａの間に負荷容量がある場合（ステップＳ３４，Ｙｅｓ）、切替判定部１４２は、この条件に合致する制御内容情報３５を選択する（ステップＳ３９）。すなわち、変圧器１１ｂの接続、及び軽負荷時に単独運転させる変圧器１１ａの解列に制御方法を決定する。

切替判定部１４２は、選択した制御内容情報３５を示す信号をコントローラ１４３に送信する。コントローラ１４３は、受信した信号に従い、変圧器１１ｂを挟む両側の開閉器１３ｂを閉にする閉信号を送信し（ステップＳ４３）、変圧器１１ａを挟む両側の開閉器１３ａを開にする開信号を送信し（ステップＳ４４）、変圧器１１ｂに駆動信号を送信し（ステップＳ４５）、変圧器１１ａに停止信号を送信する（ステップＳ４６）。

閾値５２ｂは、特性カーブ２２と特性カーブ２３のクロス点２２ａを中心にした不感帯４２の上限値であり、特性カーブ２２は変圧器１１ｂが単独運転した場合、特性カーブ２３は変圧器１１ａ、１１ｂが並行運転した場合である。この閾値５２ｂに対し、負荷容量が上回った場合（ステップＳ３５，Ｙｅｓ）、切替判定部１４２は、この条件に合致する制御内容情報３５を選択する（ステップＳ４０）。すなわち、変圧器１１ａ、１１ｂの並行運転に制御方法を決定する。

切替判定部１４２は、選択した制御内容情報３５を示す信号をコントローラ１３３に送信する。コントローラ１４３は、受信した信号に従い、変圧器１１ａを挟む両側の開閉器１３ａを閉にする閉信号を送信し（ステップＳ４７）、変圧器１１ｂを挟む両側の開閉器１３ｂを閉にする閉信号を送信し（ステップＳ４８）、変圧器１１ａに駆動信号を送信し（ステップＳ４９）、変圧器１１ｂに駆動信号を送信する（ステップＳ５０）。

負荷容量が不感帯４１又は不感帯４２内にある場合（ステップＳ３３，Ｎｏ、ステップＳ３４，Ｎｏ、ステップＳ３５，Ｎｏ）、切替判定部１４２の処理は終了する（ＥＮＤ）。換言すると、制御内容情報３４〜３６の選択を行わず、コントローラ１４３に制御内容情報３４〜３６を送信しない。コントローラ１４３は、変圧器１１ａ、１１ｂ、開閉器１３ａ、１３ｂに対して開信号、閉信号、駆動信号又は停止信号を送信しない。

（作用効果）
以上の変圧器システム１によれば、負荷容量がクロス点２１ａ、２２ａを横切っても不感帯４１、４２を負荷容量が離脱するまでは応答せず、変圧器１１ａ、１１ｂの接続及び解列を切り替えない。

例えば、図１３の（ａ）に示すように、軽負荷時用の変圧器１１ａが単独運転した場合の特性カーブ２１と変圧器１１ｂが単独運転した場合の特性カーブ２２のクロス点２１ａを中心に負荷容量が継続的に遥動変化した場合、図１３の（ｂ）に示すように、クロス点２１ａを横切るたびに、変圧器１１ａの単独運転と変圧器１１ｂの単独運転が切り替えられる。変圧器１１ａ、１１ｂの運転と停止の切り替えは、開閉器１３ａ、１３ｂの開閉寿命を縮め、また励磁突入電流による電圧変動の要因ともなる。

しかし、図１３の（ｃ）に示すように、本実施形態によると、例えば、不感帯４１の下限値を上回り、クロス点２１ａ付近で負荷容量が遥動変化しても、軽負荷時用の変圧器１１ａの単独運転を維持し、不感帯４１の上限値である閾値５１ｂを上回って、初めて変圧器１１ｂの単独運転に切り替えられる。そのため、クロス点２１ａを横切るたびに変圧器１１ａの単独運転と変圧器１１ｂの単独運転が切り替えられることはなく、遮断器１５ａ、１５ｂの開閉寿命が縮まることを抑制し、また励磁突入電流による電圧変動を抑制できる。

（第３の実施形態）
（構成）
次に、第３の実施形態に係る変圧器システム１を図面を参照しつつ詳細に説明する。第１又は第２の実施形態と同一構成及び同一機能については同一符号を付して詳細な説明を省略する。

第２の実施形態では、クロス点２１ａ、２３ａを中心にした不感帯４１、４２を設定した。これにより、変圧器１１ａ、１１ｂの接続又は解列の切り替えが頻繁に生じることを抑制した。この他、負荷容量がクロス点２１ａ、２３ａを横切って維持時間が経過すると切り替えを行うようにして、頻繁な切り替えを抑制するようにしてもよい。

図１４は、制御部１４の構成を示すブロック図である。図１４に示すように、制御部１４は、タイマー１４４と検知部１４５とを更に備える。タイマー１４４は、水晶振動子等の基本クロック生成回路とＣＰＵ等を含み構成され、予め定められた所定時間を計時する。検知部１４５は、ＣＰＵ等とメモリを含み構成され、タイマー１４４による所定時間がタイムアップするまでに、切替判定部１４２の決定に変化がないか判定する。切替判定部１４２は、決定に変化がなく、所定時間がタイムアップすると、コントローラ１４３に制御内容情報３４、３５又は３６を送信する。

図１５は、この制御部１４の制御動作を示すフローチャートである。制御部１４は、計測器１２から負荷容量を受信する（ステップＳ６１）。負荷容量を受信すると、判定部１３２は、制御内容情報３４、３５又は３６を仮決定する（ステップＳ６２）。仮決定は、切替判定部１４２による比較処理によって制御内容情報３４、３５又は３６が選択されたものの、コントローラ１４３へ選択内容を通知していない状態である。このステップＳ６２では、第１の実施形態のステップＳ０２〜Ｓ０８又は第２の実施形態のステップＳ３２〜Ｓ３８が実行される。

制御内容情報３４、３５又は３６が仮決定すると、検知部１４５は、仮決定された制御内容情報３４、３５又は３６が前回と不変であるか判定する（ステップＳ６３）。尚、仮決定された制御内容情報３４、３５又は３６は少なくとも前回分がメモリに記憶される。

検知部１４５により前回との変化が検知された場合（ステップＳ６３，Ｎｏ）、タイマー１４４は所定時間の計時を開始する（ステップＳ６４）。一方、検知部１４５により前回と不変であることが検知され（ステップＳ６３，Ｙｅｓ）、タイマー１４４により所定時間がタイムアップすれば（ステップＳ６５，Ｙｅｓ）、切替判定部１４２は、仮決定された制御内容情報３４、３５又は３６をコントローラ１４３に送信する（ステップＳ６６）。コントローラ１４３は、制御内容情報３４ａ、３４ｂ又は３４ｃに従って、変圧器１１ａ、１１ｂ、開閉器１５ａ、１５ｂを制御する（ステップＳ６７）。

一方、タイムアップしていない間は（ステップＳ６５，Ｎｏ）、ステップＳ６１に戻り、負荷容量の受信から制御内容情報３４、３５又は３６の仮決定を経て、前回との変化の判定を繰り返す。所定時間の計時中、すなわちタイムアップしていない間に（ステップＳ６５，Ｎｏ）、仮決定された制御内容情報３４、３５又は３６が変化した場合には（ステップＳ６３，Ｎｏ）、タイマー１４４によるカウントがゼロに初期化され、カウントをやり直すことになる。

（作用効果）
以上の変圧器システム１によれば、負荷容量がクロス点２１ａ、２３ａを横切っても、横切ったままの状態を所定時間維持するまでは変圧器１１ａ、１１ｂの離脱及び解列による応答はしない。

例えば、図１６の（ａ）に示すように、本実施形態によると、クロス点２１ａを負荷容量が大になる方向に横切っても、図１６の（ｂ）に示すように、クロス点２１ａ付近で負荷容量が遥動変化する限り、タイマー１４４による所定時間の計時はタイムアップしないので、軽負荷時用の変圧器１１ａの単独運転を維持する。そのため、クロス点２１ａを横切るたびに変圧器１１ａの単独運転と変圧器１１ｂの単独運転が切り替えられることはなく、開閉器１３ａ、１３ｂの開閉寿命が縮まることを抑制し、また励磁突入電流による電圧変動を抑制できる。

（第４の実施形態）
（構成）
次に、第４の実施形態に係る変圧器システム１を図面を参照しつつ詳細に説明する。第１乃至３の実施形態と同一構成及び同一機能については同一符号を付して詳細な説明を省略する。

この変圧器システム１は、図１７に示すように、演算部１５と通信部１６と外部機器３００を備えている。演算部１５は、ＣＰＵ等の演算制御装置を含み構成されており、制御部１４と共通のコンピュータにより成る。通信部１６は、ＬＡＮ、ＷＡＮ、専用回線等の通信ネットワークに接続されるネットワークアダプタであり、外部機器３００に対してデータを送信する。この外部機器３００は、変圧器システム１を管理するユーザの所在施設側に備えられる所謂コンピュータであり、又はユーザの携帯するコンピュータ搭載の端末であり、データを文字や図形等のキャラクタに可視化する表示画面３０１を有する。

この演算部１５は、損失抑制量と抑制電気料金を演算する。損失抑制量は、１台の変圧器のみで構成される変圧器システムで生じる損失と変圧器システム１で生じる損失の差分である。演算部１５は、１台の変圧器のみで構成される変圧器システムの負荷容量‐損失特性カーブを予め記憶する。そして、演算部１５は、この特性カーブと計測器１２の計測結果とから、この変圧器システムの損失を計算する。また、演算部１５は、各特性カーブ２１、２２、２３を記憶し、制御部１４の決定から変圧器１１ａ、１１ｂの接続及び解列の状況にあった特性カーブ２１、２２又は２３を選択する。そして、演算部１５は、選択した特性カーブ２１、２２又は２３と計測器１２の計測結果から、変圧器システム１の損失を計算する。最後に、演算部１５は、両計算結果を差分することで損失抑制量を計算する。

抑制電気料金は、１台の変圧器で構成される変圧器システムに比べて変圧器システム１が節約できた電気料金を示す。演算部１５は、予め電気料金単価を記憶し、損失抑制量に電気料金単価で乗じることで抑制電気料金を計算する。

通信部１６は、演算部１５で計算された損失抑制量と抑制電気料金をユーザの外部機器３００へ送信する。外部機器３００では、損失抑制量と抑制電気料金を表示画面３０１に表示し、ユーザが閲覧可能にする。尚、損失抑制量と抑制電気料金は、何れか一方又は両方が演算され、外部機器３００へ送信される。

このように、この変圧器システム１は、損失抑制量と抑制電気料金の何れか一方又は両方を演算するようにした。これにより、変圧器システム１を管理するユーザは、変圧器システム１による省エネルギー効果を把握できる。

（第５の実施形態）
（構成）
次に、第５の実施形態に係る変圧器システム１を図面を参照しつつ詳細に説明する。第１乃至４の実施形態と同一構成及び同一機能については同一符号を付して詳細な説明を省略する。

第５の実施形態に係る変圧器システム１は、変圧器１１ａ、１１ｂの接続及び解列を遠隔で手動操作可能となっている。この変圧器システム１は、図１８に示すように、通信部１６と警報判定部１７とを更に備えている。警報判定部１７は、ＣＰＵ等を含み構成されており、制御部１４と共通のコンピュータにより成る。記憶部１４１には警報タイミング値が更に記憶されている。

図１９に示すように、警報判定部１７は、判定値６１〜６４を演算する。判定値６１〜６４は、クロス点２１ａ及び２２ａの値を基準に、警報タイミング値だけ上下に離れた値である。そして、警報判定部１７は、この判定値６１、６２、６３又は６４に計測器１２が計測した負荷容量が達したか判定する。すなわち、この警報判定部１７は、負荷容量がクロス点２１ａ又は２２ａ付近か判定する。警告判定部１７は、負荷容量が判定値６１、６２、６３又は６４に達した場合、警報メッセージ１７ａを通信部１７を介してユーザの外部機器３００に送信する。警報メッセージ１７ａは、負荷容量のデータを含み、変圧器１１ａ、１１ｂの切り替え間近であることを示す。

また通信部１６は、外部機器３００から制御内容情報３４、３５又は３６を受信する。通信部１６は、受信した制御内容情報３４、３５又は３６をコントローラ１４３に送信する。コントローラ１４３は、制御内容情報３４、３５又は３６に従って、変圧器１１ａ、１１ｂ、開閉器１３ａ、１３ｂに駆動信号又は停止信号、及び開信号又は閉信号を送信し、変圧器１１ａ、１１ｂの接続及び解列を切り替える。

一方、図２０に示すように、外部機器３００には、表示画面３０１の他、入力マンマシンインターフェース３０２と、制御内容情報３４、３５又は３６を生成する生成部３０３と、警報メッセージ１７ａの受信及び生成部３０３の生成した制御内容情報３４、３５又は３６の変圧器システム１への送信を行う通信部３０４を備える。

外部機器３００は所謂コンピュータであり、表示画面３０１はディスプレイであり、入力マンマシンインターフェース３０２はキーボード、マウス又はタッチパネル等のユーザの入力を受け付ける周辺機器であり、生成部３０３は主にＣＰＵ等により構成され、通信部３０４はネットワークアダプタ等の通信ネットワークに対するインターフェースである。

この表示画面３０１は、変圧器システム１から送信されてきた警報メッセージ１７ａを表示する。生成部３０３は、ＧＵＩインターフェースを構成し、入力マンマシンインターフェース３０２からの操作信号に応じて制御内容情報３４、３５又は３６を選択する。このとき、生成部３０３は、表示画面３０１に変圧器１１ａ、１１ｂの各々に対して接続及び解列を選択するボタンを表示させる。

尚、生成部３０３は、運転データ１４１ａを記憶する記憶部１４１と、閾値３１、３２と負荷容量との比較によって制御内容情報３４、３５又は３６を決定する切替判定部１４２を備えるようにしてもよい。生成部３０３は、判定部１３２の決定内容をボタンとともに表示画面３０１に表示し、当該ボタンの押下に従って、制御内容情報３４、３５又は３６を選択する。

通信部３０４は、生成部３０３が選択した制御内容情報３４、３５又は３６を変圧器システム１に送信する。この通信部３０４が送信した制御内容情報３４、３５又は３６が変圧器システム１の制御部１４に送られ、変圧器１１ａ、１１ｂの接続及び解列を切り替える情報となる。

図２１は、このような変圧器システム１と外部機器３００の動作を示すフローチャートである。制御部１４は、計測器１２から負荷容量を受信する（ステップＳ７１）。負荷容量を受信すると、警報判定部１７は、判定値６１〜６４と負荷容量との大小関係を検出する（ステップＳ７２）。

更に警報判定部１７は、検出した大小関係が前回と比べて不変か判断する（ステップＳ７３）。尚、警報判定部１７は、前回の大小関係をメモリに記憶させている。大小関係が不変であると（ステップＳ７３，Ｙｅｓ）、警報判定部１７は処理を終了する（ＥＮＤ）。
一方、大小関係が変化していると（ステップＳ７３，Ｎｏ）、警報判定部１７は、計測器１２が計測した負荷容量を含めた警告メッセージ１７ａを生成し（ステップＳ７４）、通信部１６を介して外部機器３００に警告メッセージ１７ａを送信する（ステップＳ７５）。

外部機器３００では、通信部３０４が警告メッセージ１７ａを受信すると（ステップＳ７６）、生成部３０３が表示画面３０１上に警告メッセージ１７ａを掲載したＧＵＩ操作画面を表示させる（ステップＳ７７）。入力マンマシンインターフェース３０２を用いて変圧器１１ａ、１１ｂの切り替え操作がなされると（ステップＳ７８）、生成部３０３は操作に従った制御内容情報３４、３５又は３６を生成し（ステップＳ７９）、通信部３０４を介して変圧器システム１に送信する（ステップＳ８０）。

変圧器システム１では、通信部１６が制御内容情報３４、３５又は３６を受信し（ステップＳ８１）、コントローラ１４３により制御内容情報３４、３５又は３６に従った変圧器１１ａ、１１ｂの接続及び解列の切り替えを行う（ステップＳ８２）。

（作用効果）
このように、変圧器システム１は、負荷容量に基づく制御内容情報３４、３５又は３６の自動決定に加えて、ユーザが外部機器３００を用いて手動で変圧器１１ａ、１１ｂの接続及び解列を切り替えることができるようにした。ユーザは、負荷１００の今後の変化を予想できる場合があり、変圧器システム１の自動的な切り替えを待たずに先取りして、変圧器１１ａ、１１ｂの接続及び解列を切り替えることができる。

（第６の実施形態）
次に、第６の実施形態に係る変圧器システム１を図面を参照しつつ詳細に説明する。第５の実施形態と同一構成及び同一機能については同一符号を付して詳細な説明を省略する。図２２に示すように、この変圧器システム１において、外部機器３００は、メモリを含み構成される記憶部３０５と、ＣＰＵ等の演算制御装置を含み構成されるリスト表示制御部３０６を備えている。

記憶部３０５には、制限順位リスト３０５ａが記憶されている。制限順位リスト３０５ａは、負荷１００の運転を制限する内容をリスト化したデータであり、制限が容易な内容から昇順に記載している。例えば、病院において手術室の各種負荷設備よりも待合室の照明のほうが安全の観点から制限が容易である。制限順位リスト３０５ａには、待合室の消灯が手術室の負荷設備停止よりも高順位に記載されている。リスト表示制御部３０６は、外部機器３００が変圧器システム１から警告メッセージを受信すると、生成部３０３が生成した操作画面に制限順位リスト３０５ａをレイアウト表示する。

この変圧器システム１によれば、変圧器１１ａ、１１ｂの切り替えによる損失抑制に加え、負荷１００を制限することにより損失抑制を図ることもでき、併用によって損失抑制の効率が高まる。また、負荷１００の制限の仕方の示唆をユーザに与えることができ、ユーザの利便性が高まる。

（その他の実施形態）
本明細書においては、本発明に係る実施形態を説明したが、この実施形態は例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図していない。具体的には、実施形態を全て又はいずれかを組み合わせたものも包含される。以上のような実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１ 変圧器システム
１１ａ、１１ｂ 変圧器
１２ 計測器
１３ａ、１３ｂ 開閉器
１４ 制御部
１４１ 記憶部
１４１ａ 運転データ
１４２ 切替判定部
１４３ コントローラ
１４４ タイマー
１４５ 検知部
１５ 演算部
１６ 通信部
１７ 警報判定部
１７ａ 警報メッセージ
２１、２２、２３ 特性カーブ
２４、２５、２６ 特性カーブ
２１ａ、２２ａ、２３ａ クロス点
２４ａ、２５ａ、２６ａ クロス点
３１、３２ 閾値
３４、３５、３６ 制御内容情報
４１、４２ 不感帯
５１ａ、５１ｂ 閾値
５２ａ、５２ｂ 閾値
６１、６２、６３、６４ 判定値
１００ 負荷
２００ 電力系統
３００ 外部機器
３０１ 表示画面
３０２ 入力マンマシンインターフェース
３０３ 生成部
３０４ 通信部
３０５ 記憶部
３０５ａ 制限順位リスト
３０６ リスト表示制御部

Claims (12)

1. 負荷に接続され、少なくとも一機が他機と異なる定格容量を有し、互いに並列接続された複数の変圧器と、
   前記負荷の負荷容量を計測する計測器と、
   を備え、
   前記負荷容量に応じて前記変圧器の解列及び接続が各々切り替えられること、
   を特徴とする変圧器システム。
2. 前記複数の変圧器は、
   前記負荷の軽負荷時の負荷容量を超え、他の変圧器と相対的に小定格容量の変圧器と、
   前記小定格容量の変圧器よりも相対的に大定格容量の変圧器と、
   を含み、
   前記複数の変圧器の合計容量が前記負荷の高負荷時の負荷容量を超えること、
   を特徴とする請求項１記載の変圧器システム。
3. 前記小定格容量の変圧器は、アモルファス変圧器であること、
   を特徴とする請求項２記載の変圧器システム。
4. 前記複数の変圧器の解列及び接続の組み合わせ毎に生じ、負荷容量と損失との関係を示す特性カーブにおいて、当該特性カーブ同士が交差する各クロス点に基づいて所定の閾値を各々記憶する記憶部と、
   前記各閾値に対する前記計測器の計測結果の大小関係に応じて、損失が最小となる組み合わせの前記変圧器を決定する判定部と、
   前記判定部の決定に合わせて、前記各変圧器の前記負荷への接続又は解列を切り替えるコントローラと、
   を更に備えること、
   を特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の変圧器システム。
5. 前記閾値は、前記クロス点の負荷容量値であること、
   を特徴とする請求項４記載の変圧器システム。
6. 前記閾値は、前記クロス点を中心とする不感帯の上限値及び下限値であり、
   前記記憶部は、各クロス点に対応する各上限値と各下限値を示す前記各閾値を記憶し、
   前記判定部は、前記計測器の測定結果が前記不感帯を脱すると、損失が最小の組み合わせの前記変圧器を決定すること、
   を特徴とする請求項４記載の変圧器システム。
7. 前記閾値は、前記クロス点の負荷容量値であり、
   前記判定部は、タイマーを含み、前記閾値と前記負荷容量の前記大小関係が維持される時間が所定時間を経過すると、損失が最小の組み合わせの前記変圧器を決定すること、
   を特徴とする請求項４記載の変圧器システム。
8. 前記複数の変圧器の解列及び接続の組み合わせ毎に生じ、負荷容量と損失の関係を示す特性カーブにおいて、当該特性カーブ同士が交差する各クロス点から上下に所定値離れた判定値を記憶する記憶部と、
   前記計測器の計測結果が前記判定値を跨いだかを判定する判定部と、
   データ送受信可能であり、前記判定部が跨いだと判定すると、警報メッセージを送信する通信部と、
   前記通信部とネットワークを介して接続され、前記警報メッセージを受信する外部機器と、
   前記外部機器が有し、前記警報メッセージを表示する表示画面と、
   を更に備えること、
   を特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の変圧器システム。
9. 前記外部機器が有し、前記変圧器の接続又は解列の内容を含む制御内容情報を生成する生成部と、
   前記制御内容情報に応じて、前記各変圧器の前記負荷への接続又は解列を切り替えるコントローラと、
   を更に備えること、
   を特徴とする請求項８記載の変圧器システム。
10. 前記外部機器が有し、前記警告メッセージの受信を契機に、前記負荷の制限内容をリスト化したデータを前記表示画面に表示する表示制御部と、
    を更に備えること、
    を特徴とする請求項８記載の変圧器システム。
11. 前記複数の変圧器の損失を演算し、前記複数の変圧器の合計定格容量を有する仮想の単一変圧器の損失を演算し、更に前記両演算の結果から差分を演算することで、回避された損失を得る演算部を更に備えること、
    を特徴とする請求項１乃至１０の何れかに記載の変圧器システム。
12. 前記演算部は、前記回避された損失に電力料金単価を乗じることで、前記回避された損失に対応する電力料金を得ること、
    を特徴とする請求項１１記載の変圧器システム。

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