JP2017195671A - 電圧調整方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 配電線の三相不平衡電圧を是正することのできる電圧調整方法を提供する。【解決手段】 タップ切換回路３とインバータ回路４を制御する電気信号を各相個別にすることで、各相個別の電圧調整を可能とし、配電線の三相不平衡電圧の是正を可能とした。【選択図】 図１

Description

本発明は、配電線の三相不平衡電圧を是正し電力品質を向上することのできる電圧調整方法に関する。
配電系統に分散電源（太陽光発電等）が大量連系されることが予想される中、電圧上昇・電圧変動や電圧不平衡の発生が懸念されている。配電系統の電圧を適正電圧に維持する電圧調整装置としては、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り換えることで出力電圧を一定に調整する自動電圧調整装置（ＳＶＲ：Step Voltage Regulator）が知られている（特許文献１参照）。
特開２０１１−５５５９９
然るに、従来の自動電圧調整装置（ＳＶＲ）は、負荷時タップ切換器が三相一括で動作する構造のため三相一括の電圧調整しか行えず、三相不平衡電圧を是正することができなかった。
仮に上記の自動電圧調整装置（ＳＶＲ）で三相不平衡電圧を是正しようとすれば、タップを動作させる駆動部が各相毎（三相分）必要になり、装置の構造が複雑化するとともに、コストが高くなり現実的でない。
本発明は、上記問題に鑑み、装置コストを抑制しつつ、配電線の三相不平衡電圧を確実に是正することのできる電圧調整方法を提供する。
請求項１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サイリスタ式のタップ切換回路と、前記励磁変圧器の三次巻線に接続されるインバータ回路を備えた電圧調整装置において、前記タップ切換回路とインバータ回路を制御する電気信号を各相個別にすることにより、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する電圧を制御し、各相個別の電圧調整を可能とすることに特徴を有する。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、タップ切換回路は電圧調整装置の一次側相電圧を監視してタップ切換えを行うフィードフォワード制御とし、インバータ回路は電圧調整装置の二次側相電圧を監視して電圧制御を行うフィードバック制御とすることに特徴を有する。
請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２の何れかに記載の発明において、タップ切換回路とインバータ回路は、配電線路の線間電圧から各相の相電圧を算出し、この相電圧を基準電圧に近づけるように各相個別に制御することに特徴を有する。
請求項４記載の発明は、請求項１乃至請求項３の何れかに記載の発明において、インバータ回路は、タップ切換回路を各相個別に制御したときに発生する零相電圧を打ち消す零相電圧を発生させることに特徴を有する。
請求項５記載の発明は、請求項１乃至請求項４の何れかに記載の発明において、励磁変圧器に安定巻線を設けて、各相個別に電圧制御したときに発生する零相電流を打ち消すことに特徴を有する。
請求項１記載の発明によれば、タップ切換回路とインバータ回路を制御する電気信号を各相個別にすることで、各相個別の電圧調整が可能となり、配電線の三相不平衡電圧の是正が可能となる。
請求項２記載の発明によれば、タップ切換回路をフィードフォワード制御することで大まかな電圧調整を行い、残りをインバータ回路で基準電圧に調整するので、インバータ回路の容量を抑えることができ、製品コストを抑制できる。
請求項３記載の発明によれば、簡易な制御方法で基準電圧への調整が可能となる。
請求項４記載の発明によれば、サイリスタ式のタップ切換回路を各相個別に制御したときに発生する零相電圧をインバータ回路による電圧制御で打ち消すことが可能となる。
請求項５記載の発明によれば、各相電流のアンバランスにより発生する零相電流を安定巻線によって打ち消すことができる。
本発明の電圧調整装置を示す回路図である。 本発明の電圧調整装置によるタップ切換回路のフィードフォワード制御とインバータ回路のフィードバック制御を示すブロック図である。 本発明の電圧調整装置による三相不平衡電圧時の電圧調整方式を説明するベクトル図である。 本発明の電圧調整装置によるタップ切換回路のフィードフォワード制御とインバータ回路のフィードバック制御を示すフローである。 本発明の電圧調整装置を構成するタップ切換回路のタップ選択を示す表である。 本発明の電圧調整装置を構成するインバータ回路のインバータ制御を示すブロックである。 本発明の電圧調整装置を構成するタップ切換回路とインバータ回路による電圧調整範囲を示す図である。
以下、本発明の実施の形態を図１乃至図５により説明する。図１は本発明に係る電圧調整装置Ａ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は励磁変圧器の三次巻線を示している。また、１ｄは励磁変圧器１の四次巻線（安定巻線）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、図示しないサイリスタ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に接続されるインバータ回路であり、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。
タップ切換回路３とインバータ回路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Ａの動作を図２により説明する。負荷変動によって配電線路の電圧が変動すると、図示しない制御部から出力される電気信号によって、まず、電圧調整装置Ａの一次電圧と基準電圧の差ΔＶtapを小さくするようタップ切換回路３のタップ選択が行われ、それに応じてサイリスタによるタップ切換えが実行される。
タップ切換回路３は電圧調整装置Ａの一次電圧を監視してタップ切換えを行うフィードフォワード制御であり、制御変圧器２の一次巻線２ａには、タップ切換回路３のタップ切換えに応じた電圧が印加される。これにより、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、配電線路の電圧を基準電圧に近づける。
次に、インバータ回路４は配電線路の二次電圧と基準電圧との差ΔＶinvに応じたＰ（比例）制御を行い、この差ΔＶinvを解消するよう動作する。
インバータ回路４は電圧調整装置Ａの二次電圧を監視して電圧制御を行うフィードバック制御を行い、制御変圧器２の一次巻線２ａに、インバータ回路４の電圧制御に応じた電圧を印加する。この結果、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、配電線路の電圧を基準電圧に一致させる。
このように本発明の電圧調整装置Ａは、タップ切換回路３とインバータ回路４の併用で、配電線路の電圧を基準電圧と一致するように無段階で連続的に補償することができる。
なお、タップ切換回路３とインバータ回路４は、配電線路の線間電圧から各相の相電圧を算出し、この相電圧を基準電圧に近づけるように各相個別に制御している。つまり、本発明の電圧調整装置Ａはタップ切換回路３とインバータ回路４を用いて、図３に示すように、タップ切換による調整電圧とインバータ回路による調整電圧で、出力電圧を基準電圧に近づける制御を行う。この制御を各相で行うことにより、三相不平衡電圧が是正される。
各相のタップ切換回路３とインバータ回路４に発生させる電圧は、ある一定時間毎に変化させる方式である。
図４は前述の制御方式を示すフローである。タップ切換回路３は、電圧調整装置Ａの一次側相電圧を監視し、これが制御閾値を超えればタップ制御を始める。並行してインバータ回路４は、電圧調整装置Ａの二次側相電圧の制御を行う。タップ切換回路３がタップの切換えを行うときには、インバータ回路４は０［Ｖ］出力を行う。タップの切換えが完了し、一定時間が経過した後、インバータ回路４は配電線路の二次側相電圧の制御を開始する。この制御は各相にて行われる。
タップ制御は、タップ切換器の1タップ分の補償電圧V1tap（相電圧換算）を求め、V1tapと設定値との差電圧（ΔVtap）を比較し、図５にあてはめタップを選択する。
図６はインバータ制御のブロック図である。インバータは常時二次相電圧をフィードバック制御している。ただし、タップ切換時はインバータ制御系の過渡的な応答を抑えるため、零電圧制御を行う。
図７に電圧調整装置Ａの電圧調整範囲の一例を示す。電圧調整装置Ａを構成するタップ切換回路３は三段階の昇圧と三段階の降圧の電圧調整が可能であり、一段階で７５［Ｖ］の電圧調整が可能である。
インバータ回路４はタップ切換回路３の一段階の電圧調整（７５［Ｖ］）の１／２以上の昇圧及び降圧制御（図５では±４３．５［Ｖ］）の電圧調整を無段階で行うことが可能である（但し、最大タップ時は＋３７．５［Ｖ］、最少タップ時は−３７．５［Ｖ］としている）。
この結果、−２６２．５［Ｖ］〜＋２６２．５［Ｖ］の範囲を各相個別に無段階で電圧調整することが可能となる。そして、インバータ回路４はタップ切換回路３のタップ間電圧（図５では７５［Ｖ］）の１／２程度の電圧幅を補償する能力を備えていれば良いので、その出力容量を縮小することができ、低コスト化を実現できる。
次に、上記の如く電圧制御を行った場合、タップ切換回路３で零相電圧が発生する問題がある。零相電圧の発生は、変電所の地絡保護継電器の不要動作を引き起こすため、これを解消する必要がある。本発明では、タップ切換回路３で発生した零相電圧と反対方向の零相電圧をインバータ回路４で発生させることにより、零相電圧の発生を防止している。
さらに、各相個別に電圧制御を行った場合、各相の電流がアンバランスとなり、零相電流が発生してしまう。本発明では励磁変圧器１に安定巻線１ｄを追加することにより、発生する零相電流を打ち消す構成としている。
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 励磁変圧器の一次巻線
１ｂ 励磁変圧器の二次巻線
１ｃ 励磁変圧器の三次巻線
１ｄ 励磁変圧器の四次巻線（安定巻線）
２ 制御変圧器
２ａ 制御変圧器の一次巻線
２ｂ 制御変圧器の二次巻線
３ タップ切換回路
４ インバータ回路
Ａ 電圧調整装置

Claims (5)

  1. 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サイリスタ式のタップ切換回路と、前記励磁変圧器の三次巻線に接続されるインバータ回路を備えた電圧調整装置において、前記タップ切換回路とインバータ回路を制御する電気信号を各相個別にすることにより、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する電圧を制御し、各相個別の電圧調整を可能とすることを特徴とする電圧調整方法。
  2. 前記タップ切換回路は前記電圧調整装置の一次側相電圧を監視してタップ切換えを行うフィードフォワード制御とし、前記インバータ回路は前記電圧調整装置の二次側相電圧を監視して電圧制御を行うフィードバック制御とすることを特徴とする請求項１記載の電圧調整方法。
  3. 前記タップ切換回路及びインバータ回路は、配電線路の線間電圧から各相の相電圧を算出し、当該相電圧を基準電圧に近づけるように各相個別に制御することを特徴とする請求項１又は請求項２の何れかに記載の電圧調整方法。
  4. 前記インバータ回路は、前記タップ切換回路を各相個別に制御したときに発生する零相電圧を打ち消す零相電圧を発生させることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の電圧調整方法。
  5. 前記励磁変圧器に安定巻線を設けて、各相個別に電圧制御したときに発生する零相電流を打ち消すことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載の電圧調整方法。
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