JP4009033B2

JP4009033B2 - 電圧位相調整装置

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Publication number: JP4009033B2
Application number: JP03284399A
Authority: JP
Inventors: 崇元治; 栄藤根; 光一原田; 佳昭津田
Original assignee: Kansai Electric Power Co Inc; Daihen Corp
Current assignee: Kansai Electric Power Co Inc; Daihen Corp
Priority date: 1999-02-10
Filing date: 1999-02-10
Publication date: 2007-11-14
Anticipated expiration: 2019-02-10
Also published as: JP2000232735A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、配電系統の電圧の大きさ及びその電圧位相を調整する電圧位相調整装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
配電系統の位相・電圧は、需要、供給力の変化によって絶えず変動している。位相・電圧変動が大きいと、需要家の各種電気機器の正常な使用、または寿命などに影響を与える。そこで、この位相及び電圧を補償して負荷端の需要家における電圧を調整し、良質の電力を供給するため、電圧調整器または電圧位相調整器が配電系統に設置されている。このうち、電圧位相調整器は、複数の配電系統が連系している系統間に授受される有効電力及び無効電力を所定の方向及び大きさに制御し、かつ各系統の局部電圧を適正電圧範囲に収めるよう系統に所定の大きさ及び位相を持つ電圧を挿入し、系統の電圧の大きさ及びその電圧位相を調整するものである。
【０００３】
図６は、従来の電圧位相調整器を備えた配電系統を示したもので、同図において１は電源側線路、２は負荷側線路、３は電圧位相調整器である。電圧位相調整器３は電圧調整用変圧器Ｔ１と位相調整用変圧器Ｔ２とから構成され、電圧調整用変圧器Ｔ１には、分路巻線４Ｕ，４Ｖ，４Ｗ及び電圧調整用タップ付き直列巻線５Ｕ，５Ｖ，５Ｗが図示しない鉄心に巻装され、星形結線されている。この電圧調整用タップ付き直列巻線５Ｕ，５Ｖ，５Ｗの中央タップはそれぞれ一次端子Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１に接続されている。位相調整用変圧器Ｔ２には、励磁巻線７Ｕ，７Ｖ，７Ｗ及び位相調整用タップ巻線８Ｕ，８Ｖ，８Ｗが図示しない鉄心に巻装され、励磁巻線７Ｕ，７Ｖ，７Ｗは三角結線されると共に、それぞれの結線部が１次端子Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１に接続されている。この位相調整用タップ巻線８Ｕ，８Ｖ，８Ｗの中央タップはそれぞれ電圧調整用タップ切換器６Ｕ，６Ｖ，６Ｗを介して電圧調整用タップ付き直列巻線５Ｕ，５Ｖ，５Ｗに接続されている。また、位相調整用タップ巻線８Ｕ，８Ｖ，８Ｗはそれぞれ位相調整用タップ切換器９Ｕ，９Ｖ，９Ｗを介して二次端子Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２に接続されている（特開昭６３−１４７２０９号公報）。
【０００４】
上記のように構成された電圧位相調整器において、変圧比と位相差を変化させる原理を図７に示す一つの相の電圧ベクトル図を用いて説明する。同図において、Ｏは中性点を示し、ベクトルＯＶはＶ相の一次端子電圧を示す。まず、電圧調整用タップ切換器６Ｕ，６Ｖ，６Ｗをそれぞれ例えば昇圧方向にタップを切り換えると、一次端子電圧のベクトルＯＶに電圧調整用変圧器Ｔ１によりベクトルＶＶ′が加えられベクトルＯＶ′が得られる。一方、位相調整用タップ切換器９Ｕ，９Ｖ，９Ｗをそれぞれ例えば位相進み方向にタップを切り換えると、位相調整用変圧器Ｔ２によりベクトルＯＶ′に対して直角成分を持つベクトルＶ′ｖがベクトルＯＶに加えられて、一次端子電圧のベクトルＯＶと位相角βを持つ二次端子電圧のベクトルＯｖが得られる。なお、点線は上記と逆の位相角βを持つ二次端子電圧が得られることを示している。このようにして、所定のタップを選択することにより定まる調整点に電圧の大きさ及びその電圧位相が調整される。この調整点は、これらのタップの組み合わせにより定まり、その一例を図８の黒点で示している。タップ数は例えば各相毎に位相調整用が９つ、電圧調整用が６つ設けられており、この例では、図を簡略化するために、位相調整用が５つ、電圧調整用が３つの場合を示している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電圧位相調整器は、図８に示されるように調整点がそれぞれのタップ幅（例えば６．６［ＫＶ］系の配電線の場合で電圧調整幅は１００［Ｖ］程度、位相調整角は４［度］程度）で制限されるため、きめ細かく電圧の大きさ及びその電圧位相の調整を行うことができないという問題があった。
【０００６】
また、調整点が図８の点線で示される範囲内に制限かつ固定されるため、調整範囲外の電圧の大きさ及びその電圧位相に調整することができないという問題があった。
【０００７】
本発明は、タップ幅の制約を受けることなく、きめ細かく電圧の大きさ及びその電圧位相の調整を行うことができる電圧位相調整装置を提供することを課題としている。
【０００８】
本発明はさらに、調整範囲外に調整しなければならない状況が発生しても、この範囲外の電圧の大きさ及びその電圧位相に調整することができる電圧位相調整装置を提供することを課題としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は電圧位相調整装置に係わるものである。
【００１０】
請求項１に記載の発明は、配電線路の途中に設置されて設置点を基準にして電源よりの電源側線路の電圧を入力して、設置点を基準にして負荷側の電圧の位相を調整する位相調整用タップ巻線を有するタップ付きの位相調整用変圧器と、位相調整用変圧器のタップをタップ切換指令に応じて切り換えるタップ切換器とを少なくとも備えたタップ切換式位相調整器と、タップ切換式位相調整器の出力側と設置点を基準にして負荷よりの負荷側線路との間に二次巻線が挿入されて二次巻線の誘起電圧をタップ切換式位相調整器の出力電圧に重畳させる直列変圧器と、配電線路側から得た電圧を入力して大きさ及び位相が可変の調整電圧を発生して調整電圧を直列変圧器の一次巻線に与える電力変換器とを少なくとも備えた静止形電圧調整器と、負荷側線路の電圧の大きさ及び電源側線路の電圧に対する負荷側線路の電圧の位相角から定められる目標位相角を持つ負荷側線路の目標電圧に、負荷側線路の電圧を一致させるためにタップ切換式位相調整器の出力電圧に加えるべき電圧を直列変圧器の二次巻線に誘起させるために必要な調整電圧を電力変換器から出力させるように電力変換器を制御する電圧位相制御部とを設けたものである。
【００１１】
上記の請求項１の発明においては、目標電圧とタップ切換式位相調整器の出力電圧との差に対応する電圧が静止形電圧調整器から出力され、位相調整器のタップが切り換わっても、それぞれのタップに応じて大きさ及び位相が可変した上記の差に対応する電圧が位相調整器の出力電圧にベクトル加算されることにより、負荷側線路の電圧が目標電圧に常に一致するため、従来では調整点が段階的にしか設定できなかったことに対して、本発明では目標電圧（調整点）が任意に設定される。すなわち、負荷側線路の電圧の大きさ及びその電圧位相がきめ細かく調整される。また、その調整範囲は、位相調整器の各タップによる位相調整点を中心とする静止形電圧調整器から出力される電圧の最大値の円内になるので、目標電圧（調整点）はこの円内で任意に設定され、しかも調整範囲は従来よりも広くなる。
【００１２】
また請求項２に記載の発明は、電圧位相制御部はさらに目標位相角と電源側線路の電圧に対するタップ切換式位相調整器の出力電圧の位相角との差が位相調整器の１タップ分による位相調整量以上であると判定されたときに、この差が位相調整器の１タップ分による位相調整量以下になるまでタップ切換器にタップ切換指令を与えるように少なくとも構成したものである。
【００１３】
上記の請求項２の発明においては、目標位相角と位相調整器の出力電圧の位相角との差が位相調整器の１タップ分による位相調整量以上であると判定されたときに、この差が位相調整器の１タップ分による位相調整量以下になるまでタップを切り換えることにより、タップが切り換わる毎に静止形電圧調整器から出力される電圧が小さくなり、これに伴って静止形電圧調整器の熱的負担が小さくなるため、また定常状態では、目標位相角と位相調整器の出力電圧の位相角との差を１タップ分による位相調整量以下にすることにより、静止形電圧調整器の熱的負担が小さくなっているため、この機器の放熱器が小さく、しかも容量が小さくなる。
【００１４】
さらに請求項３に記載の発明は、電力変換器は入力電圧を一定の直流電圧に変換するコンバータと、該コンバータの出力電圧を交流電圧に変換して調整電圧を出力するインバータと、コンバータから出力される直流電圧を一定とするように該コンバータを構成する半導体スイッチ素子をオンオフ制御し、インバータから所定の大きさと位相とを有する交流電圧を発生させるように外部から与えられるインバータ制御信号に応じて該インバータを構成する半導体スイッチ素子をオンオフ制御する半導体スイッチ制御部とを備えてなり、電圧位相制御部はタップ切換式位相調整器の出力電圧を検出する検出回路と、負荷側線路の目標電圧を設定する目標電圧設定部と、目標電圧設定部により設定された負荷側線路の目標電圧と検出回路の出力とから調整電圧の目標値を演算する調整電圧演算部と、電力変換器の実際の出力電圧と演算された調整電圧の目標値との差を零にするように電力変換器の半導体スイッチ制御部にインバータ制御信号を与えるインバータ制御信号発生部とを備えたものである。
【００１５】
また請求項４に記載の発明は、電圧位相制御部はさらに目標位相角と電源側線路の電圧に対するタップ切換式位相調整器の出力電圧の位相角との差を演算する位相差演算部と、位相差演算部により演算された位相差を設定した判定値と比較して位相差演算部の出力が判定値以上であると判定されたときに、タップ切換指令を与えるタップ切換指令部とを少なくとも備えたものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係わる電圧位相調整装置の全体的な構成の一例を示したもので、同図において１は電源側線路、２は負荷側線路、１０は本発明に係わる電圧位相調整装置である。
【００１７】
電圧位相調整装置１０は、タップ切換式位相調整器１１と静止形電圧調整器１２と電圧位相制御部１５とにより構成される。タップ切換式位相調整器１１は、配電線路の途中に設置されて設置点を基準にして電源よりの電源側線路１の電圧Ｖr1を入力として、この設置点を基準にして負荷側の電圧Ｖr2の位相を調整する位相調整用タップ巻線を有するタップ付きの位相調整用変圧器１３と、この位相調整用変圧器のタップをタップ切換指令に応じて切り換えるタップ切換器１４とにより構成されている。
【００１８】
静止形電圧調整器１２は、一次巻線１６ａと二次巻線１６ｂとを有して二次巻線１６ｂがタップ切換式位相調整器１１の出力側と負荷側線路２との間に挿入された直列変圧器１６と、配電線路側から並列変圧器１７を通して得た電圧を調整電圧ΔＶi に変換して該調整電圧ΔＶi を直列変圧器１６の一次巻線１６ａに与える電力変換器１８とを備えている。
【００１９】
電力変換器１８は、並列変圧器１７から与えられる電圧を一定の直流電圧に変換するコンバータと、このコンバータの出力を大きさ及び位相が可変の調整電圧（交流電圧）に変換するインバータと、コンバータ及びインバータを制御する制御部とからなっていて、配電線路側から並列変圧器１７を通して得た電圧を大きさ及び位相が可変の調整電圧ΔＶi に変換し、この調整電圧を直列変圧器１６の一次巻線１６ａに与える。
【００２０】
電圧位相制御部１５は、負荷側線路２の電圧Ｖr1を目標電圧に一致させるために、タップ切換式位相調整器１１の出力電圧Ｖr2に加えるべき電圧ΔＶo を直列変圧器１６の二次巻線１６ｂに誘起させるために直列変圧器１６の一次巻線１６ａに与える必要がある調整電圧ΔＶi を電力変換器１８から出力させるように該電力変換器１８を制御する。
【００２１】
図示の例では、並列変圧器１７の一次側がタップ切換式位相調整器１１の出力側に接続されていて、位相調整器１１の出力電圧が並列変圧器１７により降圧されて電力変換器１８に与えられている。
【００２２】
図２を参照すると、直列変圧器１６、並列変圧器１７及び電力変換器１８の構成が詳細に示されている。なお図１においては、電圧位相調整装置の全体的な構成を単線結線図で示しているため、３相の電圧や構成部品を示す符号を区別していないが、図２においては、Ｕ，Ｖ及びＷの３相を区別するために、Ｕ，Ｖ及びＷの３相の電圧や３相の部品を示す符号にそれぞれｕ，ｖ及びｗの添字が付されている。
【００２３】
図２に示した例では、直列変圧器１６が、スター結線された３相の一次巻線１６pu，１６pv及び１６pwと、互いに独立な二次巻線１６su，１６sv及び１６swとを有している。直列変圧器１６の３相の二次巻線１６su，１６sv及び１６swはそれぞれ位相調整用変圧器１３（図３には図示せず。）の３相の出力端子１３ｕ，１３ｖ及び１３ｗと負荷側線路２ｕ，２ｖ及び２ｗとの間に接続されて、位相調整用変圧器１３及び負荷側線路２ｕ，２ｖ及び２ｗに対して直列に接続されている。
【００２４】
並列変圧器１７は、デルタ結線された３相の一次巻線１７pu，１７pv及び１７pwと、同じくデルタ結線された二次巻線１７su，１７sv及び１７swとを有し、該変圧器１７の３相の入力端子がそれぞれ位相調整用変圧器１３の３相の出力端子１３ｕ，１３ｖ及び１３ｗに接続されている。
【００２５】
電力変換器１８は、並列変圧器１７の出力電圧を直流電圧に変換するコンバータ１８Ａと、このコンバータ１８Ａにより変換された直流電圧を蓄積する電源コンデンサ１８Ｂと、電源コンデンサ１８Ｂの両端に得られる直流電圧を配電線路の電圧と周波数が等しい３相交流電圧に変換して調整電圧ΔＶiu，ΔＶiv及びΔＶiwとして出力するインバータ１８Ｃと、コンバータ１８Ａ及びインバータ１８Ｃを構成する半導体スイッチを制御する半導体スイッチ制御部１８Ｄとからなっており、電力変換器１８から出力される調整電圧ΔＶiu〜ΔＶiwの大きさ及び位相は、インバータ１８Ｃを構成する半導体スイッチ素子をオンオフ制御することにより、適宜に調整することができるようになっている。
【００２６】
図示のコンバータ１８Ａは、ダイオードＤu 〜Ｄw 及びＤx 〜Ｄz を３相全波ブリッジ接続するとともに、ダイオードＤu ，Ｄv ，Ｄw 及びＤx ，Ｄy ，Ｄzのそれぞれの両端にＩＧＢＴ（絶縁ゲート形トランジスタ）等の半導体スイッチ素子Ｓu ，Ｓv ，Ｓw 及びＳx ，Ｓy ，Ｓz を逆並列に接続した回路からなっていて、このコンバータの３相の交流入力端子に並列変圧器１７の３相の出力端子が接続されている。
【００２７】
またインバータ１８Ｃは、ＩＧＢＴ等の半導体スイッチ素子Ｓu ´〜Ｓw ´及びＳx ´〜Ｓz ´を３相ブリッジ接続するとともに、スイッチ素子Ｓu ´〜Ｓw´及びＳx ´〜Ｓz ´のそれぞれの両端に帰還用ダイオードＤu ´〜Ｄw ´及びＤx ´〜Ｄz ´を逆並列接続した回路からなっていて、このインバータ回路の直流入力端子はコンデンサ１８Ｂの両端に接続され、交流出力端子は直列変圧器１６の３相の入力端子に接続されている。
【００２８】
コンバータ１８Ａを構成する半導体スイッチ素子Ｓu 〜Ｓw 及びＳx 〜Ｓz と、インバータ１８Ｃを構成する半導体スイッチ素子Ｓu ´〜Ｓw ´及びＳx ´〜Ｓz ´とを制御するために半導体スイッチ制御部１８Ｄが設けられている。
【００２９】
半導体スイッチ制御部１８Ｄは例えばＣＰＵを備えていて、このＣＰＵに所定のプログラムを実行させることにより、コンデンサ１８Ｂの両端の電圧を一定に保つようにコンバータ１８Ａを制御するコンバータ制御手段と、電圧位相制御部１５から与えられるインバータ制御信号に応じてインバータ１８Ｃを制御するインバータ制御手段とを実現する。
【００３０】
半導体スイッチ制御部１８Ｄは、図示しない検出回路から与えられるコンデンサ１８Ｂの両端の電圧の検出値をフィードバックすることにより、コンデンサ１８Ｂの両端の電圧を設定値に保ち、このコンデンサ１８Ｂの両端に一定の直流電圧を発生させる。この直流電圧は、インバータ１８Ｃに電源電圧として与えられる。
【００３１】
半導体スイッチ制御部１８Ｄはまた、電圧位相制御部１５から与えられるインバータ制御信号に応じてインバータ１８Ｃの上辺のスイッチ素子Ｓu ´〜Ｓw ´及び下辺のスイッチ素子Ｓx ´〜Ｓz ´をそれぞれ所定の順序でオンオフ制御することにより、負荷側線路２ｕ〜２ｗの電圧を目標電圧に一致させるために、タップ切換式位相調整器１１の出力電圧に加えるべき電圧ΔＶou〜ΔＶowを直列変圧器１６の二次巻線１６su〜１６swに誘起させるために必要な調整電圧ΔＶiu〜ΔＶiwをインバータ１８Ｃから出力させる。
【００３２】
図１に示された電圧位相制御部１５は、図３に示したように、図示しない計器用電圧変成器（ＶＴ）を通してタップ切換式位相調整器１１の出力電圧Ｖr2を検出する検出回路２０と、負荷側線路２の電圧Ｖr3の大きさ及び電源側線路１の電圧Ｖr1に対する負荷側線路２の電圧の位相角から目標位相角Θraを持つ目標電圧Ｖraを設定する目標電圧設定部２１と、この目標電圧設定部により設定された負荷側線路２の目標電圧Ｖraと検出回路２０の出力とから直列変圧器１６に与える調整電圧の目標値ΔＶiaを演算する調整電圧演算部２２と、図示しない計器用電圧変成器（ＶＴ）を通して検出した電力変換器１８の実際の出力電圧ΔＶi と演算された調整電圧の目標値ΔＶiaとの差を零にするようにフィードバック制御を行い、電力変換器１８の半導体スイッチ制御部１８Ｄにインバータ制御信号を与えるインバータ制御信号発生部２３とを備えている。
【００３３】
調整電圧演算部２２は、目標電圧Ｖraと検出回路２０から得られるタップ切換式位相調整器１１の出力電圧Ｖr2との差をとって、その差に直列変圧器の電圧変成比の逆数を乗じることにより、調整電圧の目標値ΔＶiaをを演算する。
【００３４】
図示のインバータ制御信号発生部２３は、波形成形部２４と制御信号出力部２５とにより構成されている。波形成形部２４は、調整電圧の目標値ΔＶiaと電力変換器１８が出力している実際の調整電圧ΔＶi との差ΔＶia−ΔＶi を誤差増幅する。制御信号出力部２５は、波形成形部２４から得られる信号を入力して、調整電圧の目標値ΔＶiaと電力変換器１８が出力している調整電圧ΔＶi との差を零にするようにインバータ１８Ｃを構成する半導体スイッチ素子をオンオフ制御すべくインバータ制御信号を発生する。電力変換器１８内の半導体スイッチ制御部１８Ｄは、このインバータ制御信号に応じてインバータ１８Ｃを構成するスイッチ素子をオンオフ制御してインバータ１８Ｃから調整電圧の目標値ΔＶiaに等しい大きさの調整電圧ΔＶi を出力させる。
【００３５】
また電圧位相制御部１５は、目標電圧設定部２１により設定された負荷側線路２の目標位相角Θraと検出回路２０から得られて電源側線路１の電圧Ｖr1に対するタップ切換式位相調整器１１の出力電圧Ｖr2の位相角βとの差を演算する位相差演算部３０と、この位相差演算部３０により演算された位相差αを、タップ式位相調整器１１の１タップ分による位相調整量が設定された判定値Θと比較して位相差演算部３０の出力がこの判定値以上であると判定されたときに、上記の差αが判定値Θ以下になるまでタップ切換器１４にタップ切換指令を与えるタップ切換指令部３１を備えている。このタップ切換指令部３１は、位相差演算部３０の出力α＝（Θra−β）がα＞０であり、かつα＞Θであれば、タップを切り換える方向が進み位相側であると判断し、α＜０であり、かつ｜α｜＞Θであれば、タップを切り換える方向が遅れ位相側であると判断して、α≦Θまたは｜α｜≦Θとなるまでタップ切換器１４にタップ切換指令を与える。またタップ切換指令部３１は、特定タップ選択部３２から出力される特定タップ選択信号を入力すると、特定タップに切り換える特定タップ切換指令を出力するが、上記のタップ切換指令及び特定タップ切換指令のどちらか一方を出力するようになっている。
【００３６】
ここで、本発明に係わる電圧位相調整装置の動作を図４に示すベクトル図を用いて説明する。同図において、Ｖr1，Ｖr2，Ｖr3，ΔＶo は図１に示したように、それぞれ電源側線路１の電圧、タップ切換式位相調整器１１の出力電圧、負荷側線路２の電圧、直列変圧器１６の誘起電圧である。Ｖraは目標電圧、Θraは目標位相角、Θは判定値、βはＶr2の位相角、αはΘraとβとの位相差である。なお、時間の経過が分かるように上記記号に(t0),(t1),(t2)を付している。
【００３７】
上記動作の説明を簡単にするために、タップ切換式位相調整器１１のタップ位置を中央タップとし、ある目標電圧Ｖraが時刻ｔ０で与えられたとすると、時刻ｔ０でのＶr2(t0)は時刻ｔ０でのＶr1(t0)と同じになる。まず、時刻ｔ０では目標電圧ＶraとこのＶr2(t0)とから時刻ｔ０でのΔＶo(t0) が演算され、このΔＶo (t0)がＶr2(t0)にベクトル加算されることにより、Ｖr3は目標電圧Ｖraに瞬時に一致することになる。一方、時刻ｔ０でのβ(t0)は図示していないが零となり、時刻ｔ０でのα(t0)はα(t0)＝Θra−β(t0)＞Θであるので、タップ式位相調整器１１が時刻ｔ０から若干遅れて１タップ切り換わり、切り換わった時刻をｔ１とすると、時刻ｔ１でＶr2(t0)からＶr2(t1)となる。つぎに、時刻ｔ１では目標電圧ＶraとＶr2(t1)とから時刻ｔ１でのΔＶo(t1) が演算され、このΔＶo(t1)がΔＶo(t0) に代わってＶr2(t1)に加算されることにより、Ｖr3はタップが切り換わっても目標電圧Ｖraに一致したままとなる。一方、時刻ｔ１でβ(t0)からβ(t1)となり、時刻ｔ１でのα(t1)はα(t1)＝Θra−β(t1)＞Θであるので、さらに時刻ｔ１から若干遅れて１タップ同じ方向に切り換わり、切り換わった時刻をｔ２とすると、時刻ｔ２でＶr2(t1)からＶr2(t2)となる。つづいて、時刻ｔ２では目標電圧ＶraとＶr2(t2)とから時刻ｔ２でのΔＶo(t2) が演算され、このΔＶo(t2) がΔＶo(t1) に代わってＶr2(t2)に加算されることにより、Ｖr3は目標電圧Ｖraに一致したままとなる。一方、時刻ｔ２でβ(t1)からβ(t2)となり、時刻ｔ２でのα(t2)は図４から明らかなようにα(t2)＝Θra−β(t2)＜Θであるので、タップは切り換わることなく、時刻ｔ２でのタップに維持されたままになる。
【００３８】
上記のように、目標電圧Ｖraとタップ切換式位相調整器１１の出力電圧Ｖr2との差に対応する電圧ΔＶo が静止形電圧調整器１２から出力され、位相調整器１１のタップが切り換わっても、それぞれのタップに応じて大きさ及び位相が可変したΔＶo がＶr2にベクトル加算されることにより、負荷側線路２の電圧Ｖr3が目標電圧Ｖraに常に一致することになるので、従来では調整点が段階的にしか設定できなかったことに対して、本発明では目標電圧（調整点）を任意に設定することができる。すなわち、負荷側線路２の電圧Ｖr3の大きさ及びその電圧位相をきめ細かく調整することができる。その調整範囲は、静止形電圧調整器から出力される電圧ΔＶo の最大値を図５に示す円とすると、この図に示すように、位相調整器１１の各タップによる位相調整点を示す黒点を中心とする各円内になる。したがって、目標電圧（調整点）はこの円内で任意に設定することができ、しかも調整範囲を従来よりも広くすることができる。
【００３９】
また、目標位相角と位相調整器の出力電圧の位相角との差が位相調整器の１タップ分による位相調整量以上であると判定されたときに、この差が位相調整器の１タップ分による位相調整量以下になるまでタップを切り換えることにより、タップが切り換わる毎に静止形電圧調整器１２から出力されるΔＶo が小さくなり、これに伴って静止形電圧調整器１２の熱的負担が小さくなる。また定常状態では、目標位相角Θraと位相調整器１１の出力電圧Ｖr2の位相角βとの差を１タップ分による位相調整量以下にすることにより、静止形電圧調整器１２の熱的負担が小さくなっている。したがって、この機器の放熱器を小さく、しかも容量を小さくすることができる。
【００４０】
本発明においては、配電系統の力率が恒久的に悪く、かつその力率に対応する位相調整量が予め分かっているような場合、この位相調整量を最大限補償することができる特定タップを予め選択して、特定タップ切換指令を出力し、この特定タップに固定するようにしてもよい。
【００４１】
また本発明においては、配電線路側から得た電圧を電力変換器に入力するとしているが、これは、配電線を通して供給される電圧を電力変換器の入力電圧として用いるとの趣旨であり、電力変換器に入力する電圧の取り出し方には種々の変形を考えることができる。
【００４２】
静止形電圧調整器１２はタップ切換式位相調整器１１と負荷側線路２との間に設けられているため、装置の構成を簡単にするためには、例えばタップ切換式位相調整器の出力電圧を並列変圧器１７に入力して、この並列変圧器の出力電圧を電力変換器１８に入力するのが好ましい。しかし、本発明はこのような構成をとる場合に限定されるものではなく、例えば電源側線路１の電圧を並列変圧器を通して電力変換器に入力してもよい。また負荷側線路２の電圧を並列変圧器を通して電力変換器に入力してもよい。
【００４３】
本発明に係わる電圧位相調整装置は、位相調整用変圧器のタップを切り換えると、出力電圧が変化する方式のタップ切換式位相調整器を用いたが、出力電圧が変化しない方式のタップ切換式位相調整器を用いることもできる。
【００４４】
また本発明に係わる電圧位相調整装置は、系統の各相に対応する電圧位相制御部を設けて、３相の電力変換器から直列変圧器を通して３相の線路に加えられる調整電圧をそれぞれ制御することにより、３相の線路電圧の不平衡を抑制することもできる。
【００４５】
さらに本発明に係わる電圧位相調整装置は、位相差及び電圧差が大きい高圧異系統などの連係箇所おいて、系統間の連係を無停電で行える無停電切替装置として用いることができる。
【００４６】
また本発明に係わる電圧位相調整装置は、静止形電圧調整器１２が故障した場合、位相調整器として機能させることもできる。
【００４７】
さらに本発明に係わる電圧位相調整装置は、タップ切換式位相調整器１１と静止形電圧調整器１２とを一体的または分けて構成することができ、分けて構成する場合、電圧位相制御部１５はどちらかに付属させるようにすればよい。
【００４８】
【発明の効果】
以上のように、請求項１及び３に記載した発明によれば、目標電圧とタップ切換式位相調整器の出力電圧との差に対応する電圧が静止形電圧調整器から出力され、位相調整器のタップが切り換わっても、それぞれのタップに応じて大きさ及び位相が可変した上記の差に対応する電圧を位相調整器の出力電圧にベクトル加算するようにしたので、従来では調整点が段階的にしか設定できなかったことに対して、目標電圧（調整点）を任意に設定することができるようになり、負荷側線路の電圧の大きさ及びその電圧位相をきめ細かく調整することができる。また、その調整範囲は、位相調整器の各タップによる位相調整点を中心とする静止形電圧調整器から出力される電圧の最大値の円内になるので、目標電圧（調整点）はこの円内で任意に設定することができ、しかも調整範囲は従来よりも広くすることができる。
【００４９】
また請求項２及び４に記載した発明によれば、目標位相角と位相調整器の出力電圧の位相角との差が位相調整器の１タップ分による位相調整量以上であると判定されたときに、この差が位相調整器の１タップ分による位相調整量以下になるまでタップを切り換えるようにし、また定常状態では、目標位相角と位相調整器の出力電圧の位相角との差を１タップ分による位相調整量以下にするようにしたので、静止形電圧調整器の熱的負担が小さくなり、この機器の放熱器を小さく、しかも容量を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる電圧位相調整装置の全体的な構成を示した概略構成図である。
【図２】図１の電圧位相調整装置で用いる電圧位相制御部の一構成例を示したブロック図である。
【図３】図１の電圧位相調整装置で用いる電力変換器の構成例を示した回路図である。
【図４】本発明に係わる電圧位相調整装置の動作を説明するための電圧ベクトル図である。
【図５】本発明に係わる電圧位相調整装置による調整範囲を示す図である。
【図６】従来の電圧位相調整器の構成を示した結線図である。
【図７】従来の電圧位相調整器の電圧位相調整の原理を示す電圧ベクトル図である。
【図８】従来の電圧位相調整器による調整点を示す図である。
【符号の説明】
１電源側線路
２負荷側線路
１０電圧位相調整装置
１１タップ切換式位相調整器
１２静止形電圧調整器
１３位相調整用変圧器
１４タップ切換器
１５電圧位相制御部
１６直列変圧器
１７並列変圧器
１８電力変換器
２０検出回路
２１目標電圧設定部
２２調整電圧演算部
２３インバータ制御信号発生部
３０位相差演算部
３１タップ切換指令部

Claims

配電線路の途中に設置されて設置点を基準にして電源よりの電源側線路の電圧を入力して、前記設置点を基準にして負荷側の電圧の位相を調整する位相調整用タップ巻線を有するタップ付きの位相調整用変圧器と、前記位相調整用変圧器のタップをタップ切換指令に応じて切り換えるタップ切換器とを少なくとも備えたタップ切換式位相調整器と、
前記タップ切換式位相調整器の出力側と前記設置点を基準にして負荷よりの負荷側線路との間に二次巻線が挿入されて前記二次巻線の誘起電圧を前記タップ切換式位相調整器の出力電圧に重畳させる直列変圧器と、前記配電線路側から得た電圧を入力して大きさ及び位相が可変の調整電圧を発生して前記調整電圧を前記直列変圧器の一次巻線に与える電力変換器とを少なくとも備えた静止形電圧調整器と、
前記負荷側線路の電圧の大きさ及び前記電源側線路の電圧に対する前記負荷側線路の電圧の位相角から定められる目標位相角を持つ前記負荷側線路の目標電圧に、前記負荷側線路の電圧を一致させるために前記タップ切換式位相調整器の出力電圧に加えるべき電圧を前記直列変圧器の二次巻線に誘起させるために必要な前記調整電圧を前記電力変換器から出力させるように前記電力変換器を制御する電圧位相制御部とを具備した電圧位相調整装置。
前記電圧位相制御部はさらに、前記目標位相角と前記電源側線路の電圧に対する前記タップ切換式位相調整器の出力電圧の位相角との差が前記位相調整器の１タップ分による位相調整量以上であると判定されたときに、前記差が前記位相調整器の１タップ分による位相調整量以下になるまで前記タップ切換器にタップ切換指令を与えるように少なくとも構成された電圧位相調整装置。
前記電力変換器は、入力電圧を一定の直流電圧に変換するコンバータと、該コンバータの出力電圧を交流電圧に変換して調整電圧を出力するインバータと、前記コンバータから出力される直流電圧を一定とするように該コンバータを構成する半導体スイッチ素子をオンオフ制御し、前記インバータから所定の大きさと位相とを有する交流電圧を発生させるように外部から与えられるインバータ制御信号に応じて該インバータを構成する半導体スイッチ素子をオンオフ制御する半導体スイッチ制御部とを備えてなり、
前記電圧位相制御部は、前記タップ切換式位相調整器の出力電圧を検出する検出回路と、前記負荷側線路の目標電圧を設定する目標電圧設定部と、該目標電圧設定部により設定された負荷側線路の目標電圧と前記検出回路の出力とから前記調整電圧の目標値を演算する調整電圧演算部と、前記電力変換器の実際の出力電圧と演算された調整電圧の目標値との差を零にするように前記電力変換器の半導体スイッチ制御部にインバータ制御信号を与えるインバータ制御信号発生部とを備えた請求項１または２のいずれか１つに記載の電圧位相調整装置。
前記電圧位相制御部はさらに、前記目標位相角と前記電源側線路の電圧に対する前記タップ切換式位相調整器の出力電圧の位相角との差を演算する位相差演算部と、前記位相差演算部により演算された位相差を設定した判定値と比較して位相差演算部の出力が前記判定値以上であると判定されたときに、タップ切換指令を与えるタップ切換指令部とを少なくとも備えた請求項１ないし３のいずれか１つに記載の電圧位相調整装置。