JP5712043B2 - 電圧調整装置 - Google Patents

Description

本発明は、電柱に設置された柱上変圧器の低圧側の電圧を調整する電圧調整装置に関する。

２次側（低圧側）がＶ結線又はΔ結線で構成されている三相柱上変圧器からの三相４線式の低圧配電線（Ｒ相、Ｎ相、Ｓ相、Ｔ相低圧配電線）、即ち、三相４線式低圧配電系統には、動力用の三相負荷及び電灯用の単相負荷が共用で接続される。

このような三相４線式低圧配電系統における単相３線（Ｒ相、Ｎ相、Ｓ相低圧配電線）に電圧調整装置を接続し、単相配電に対してのみ電圧を補償することが求められている。即ち、三相柱上変圧器から負荷までの低圧配電線が長い場合には、負荷の軽重に応じて低圧配電線の電圧変動（線路電圧変動）が大きくなる。このため、電圧調整装置を設けて、低圧配電線の電圧を調整し、電力供給における電圧を安定化させる必要がある。

なお、従来のこの種の技術として、特許文献１が知られている。特許文献１に記載された分散型電源システムは、単相インバータを介して負荷を並列にして商用電力系統に接続された直流電源を備え、単相インバータは商用電力系統が３相のときは３台、単相３線式のときは２台とし、負荷の電流値から単相インバータの出力基準を調整し各線間のアンバランスを補償する出力調整器を有する。

特開平５−３０８７８０号公報

しかしながら、単相３線のＲ相低圧配電線及びＳ相低圧配電線に流れる負荷電流を検出し、検出された負荷電流で低圧配電線の電圧を調整しようとすると、単相３線のＲ相及びＳ相低圧配電線には、単相負荷の負荷電流と三相負荷の負荷電流との合計電流が流れているため、単相負荷の負荷電流のみを検出できず、単相負荷の低圧配電線の電圧を適正に補償できない。

また、太陽光発電による電圧上昇を補償する場合には、三相負荷による三相平衡の電圧降下と太陽光発電による単相の電圧上昇とが合成されるため、適正に補償できない。

本発明は、単相負荷の負荷電流のみを個別に算出して、低圧配電線の送電端から末端までの電圧を規定値内に調整することができる電圧調整装置を提供することにある。

請求項１の発明は、三相３線式の高圧配電線に接続される１次巻線と該１次巻線の電圧を降圧する２次巻線とを有する三相４線式配電系統の柱上変圧器を介して三相３線式の高圧配電線に接続され且つ三相４線式の第１相、中性相からなる第２相、第３相及び第４相低圧配電線に接続され、第１の１次巻線と該第１の１次巻線に電圧を発生させる第１の２次巻線とを有し且つ前記第１の１次巻線が前記第１相低圧配電線に直列に接続される第１直列変圧器と、第２の１次巻線と該第２の１次巻線に電圧を発生させる第２の２次巻線とを有し且つ前記第２の１次巻線が前記第３相低圧配電線に直列に接続される第２直列変圧器とを備え、前記三相４線式の低圧配電線の送電端から末端までの間の複数地点に接続される単相負荷及び三相負荷に給電し、前記第１直列変圧器の第１の１次巻線及び前記第２直列変圧器の第２の１次巻線の電圧を調整する電圧調整装置であって、前記第１相低圧配電線に流れる第１相負荷電流を検出する第１電流検出器と、前記第３相低圧配電線に流れる第３相負荷電流を検出する第２電流検出器と、前記三相負荷が接続される前記第４相低圧配電線に流れる三相負荷電流を検出する第３電流検出器と、前記第１相低圧配電線と前記第３相低圧配電線と前記第４相低圧配電線との各線間電圧を検出する電圧検出器と、前記第１相負荷電流及び前記第３相負荷電流から前記三相負荷電流を減算して前記第１相の単相負荷電流及び第３相の単相負荷電流を算出し、算出された単相負荷電流と前記電圧検出器からの各線間電圧と前記低圧配電線の配電線インピーダンスとに基づき前記低圧配電線の送電端から末端までの電圧が規定値内になるように前記第１直列変圧器及び前記第２直列変圧器の２次巻線の電圧を調整する電圧調整回路とを備えることを特徴とする。

請求項２の発明では、請求項１記載の電圧調整装置において、前記電圧調整回路は、前記負荷電流算出部からの単相負荷電流と前記電圧検出器からの検出電圧とに基づき前記負荷の有効電流および無効電流を算出し、前記負荷の有効電流および無効電流と前記低圧配電線の配電線インピーダンスとに基づき前記低圧配電線の末端の電圧を算出する制御回路と、前記制御回路で算出された前記低圧配電線の末端の電圧が規定値内になるように前記第１直列変圧器及び前記第２直列変圧器の１次巻線の電圧で調整するために、前記第１直列変圧器及び前記第２直列変圧器の２次巻線の電圧を調整する電圧調整部とを備えることを特徴とする。

請求項３の発明では、請求項１記載の電圧調整装置において、太陽光発電装置が前記低圧配電線の送電端から末端までの間の複数地点の少なくとも１地点に接続され、前記太陽光発電装置の発電容量を予測するために設けられ、太陽光を受けて発電し、その発電量を太陽電池発電量として計測する検出用太陽電池が前記電圧調整回路に接続され、前記電圧調整回路は、前記検出用太陽電池からの太陽電池発電量により算出される前記太陽光発電装置の発電容量と前記負荷電流算出部からの単相負荷電流と前記電圧検出器からの検出電圧と前記低圧配電線の配電線インピーダンスとに基づき前記低圧配電線の送電端から末端までの電圧が規定値内になるように前記第１直列変圧器及び前記第２直列変圧器の２次巻線の電圧を調整することを特徴とする。

請求項４の発明では、請求項３記載の電圧調整装置において、前記電圧調整回路は、前記検出用太陽電池からの太陽電池発電量と前記太陽光発電装置の定格発電容量とに基づき前記太陽発電装置の発電容量を算出し、前記負荷電流算出部からの単相負荷電流と前記電圧検出器からの検出電圧とに基づき前記負荷の有効電流および無効電流を算出し、前記太陽光発電装置の発電容量と前記負荷の有効電流および無効電流と前記低圧配電線の配電線インピーダンスとに基づき前記低圧配電線の末端の電圧を算出する制御回路と、前記制御回路で算出された前記低圧配電線の末端の電圧が規定値内になるように前記第１直列変圧器及び前記第２直列変圧器の１次巻線の電圧で調整するために、前記第１直列変圧器及び前記第２直列変圧器の２次巻線の電圧を調整する電圧調整部とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、三相４線式の低圧配電線のうちの第１相、第３相、及び第４相低圧配電線の各電流を検出し、第１相低圧配電線と第３相低圧配電線とに流れる低圧配電線電流から、第４相低圧配電線の三相負荷の三相負荷電流を減算するので、単相負荷の負荷電流のみを個別に算出でき、低圧配電線の送電端から末端までの電圧を規定値内に調整することができる。

また、本発明によれば、検出用太陽電池を用いることにより電圧の調整精度をさらに向上することができる。

また、本発明によれば、直列変圧器の２次巻線の電圧を調整することにより、第１直列変圧器及び第２直列変圧器の１次巻線の電圧を調整して、制御回路で算出された低圧配電線の末端の電圧が規定値内になるようにすることができる。

本発明の実施例１の電圧調整装置の回路構成図である。 本発明の実施例１の電圧調整装置を含む単相配電システムの構成図である。 実施例１の電圧調整装置による低圧配電線の末端電圧の電圧算出を示す図である。 実施例１の電圧調整回路の具体例の全体構成図である。 図４に示す実施例１の電圧調整回路の具体例の詳細構成図である。 図４に示す実施例１の電圧調整回路のトライアックのオン／オフと補償電圧との関係を示す図である。 実施例１の電圧調整装置の動作を示すフローチャートである。 実施例２の電圧調整回路の具体例の回路構成図である。

以下、本発明の電圧調整装置の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。本発明は、三相４線式の低圧配電線のうちのＲ相、Ｓ相、及びＴ相低圧配電線の各電流を検出し、Ｒ相低圧配電線とＳ相低圧配電線とに流れる低圧配電線電流から、Ｔ相低圧配電線の三相負荷の三相負荷電流を減算して、単相負荷の負荷電流のみを個別に算出し、低圧配電線の送電端から末端までの電圧を規定値内に調整することを特徴とする。

図１は本発明の実施例１の電圧調整装置の回路構成図である。図２は本発明の実施例１の電圧調整装置を含む単相配電システムを示す構成図である。

柱上変圧器１は、１次巻線Ｐａ１と第１の２次巻線Ｓａ１と第１の２次巻線Ｓａ１に直列に接続される第２の２次巻線Ｓａ２とを有するトランスＴａと、１次巻線Ｐａ１に直列に接続される１次巻線Ｐｂ１と第２の２次巻線Ｓａ２に直列に接続される２次巻線Ｓｂ１とを有するトランスＴｂとを有し、１次巻線Ｐａ１と１次巻線Ｐｂ１とは、三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）３線式の高圧配電線１ａに接続され、降圧用の２次巻線Ｓａ１，Ｓａ２，Ｓｂ１は、三相４線式の低圧配電線１ｂ（Ｒ相（第１相）、Ｎ相（第２相、中性相）、Ｓ相（第３相）、Ｔ相（第４相）低圧配電線）に接続されている。即ち、Ｖ結線三相４線式配電系統である。

電圧調整装置２は、柱上変圧器１の２次巻線Ｓａ１，Ｓａ２，Ｓｂ１に接続される三相４線式の低圧配電線１ｂと三相４線式の低圧配電線１ｃとの間に接続されている。三相４線式の低圧配電線１ｃにおいて、Ｒ相、Ｎ相、Ｓ相低圧配電線1cR,1cN,1cSには単相３線負荷３ａが接続され、Ｒ相、Ｎ相低圧配電線1cR,1cNには電灯などの単相２線負荷３ｂが接続される。Ｎ相、Ｓ相低圧配電線1cN,1cSには単相２線負荷３ｃが接続され、Ｒ相、Ｓ相低圧配電線1cR,1cSには単相２線負荷３ｄが接続され、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相低圧配電線1cR,1cS,1cTには電動機などの三相３線負荷３ｅが接続される。

電圧調整装置２は、三相４線式の低圧配電線１ｃのうちの単相３線（Ｒ相、Ｎ相、Ｓ相低圧配電線1cR, 1cN,1cS）の電圧（Ｒ−Ｎ相間、Ｓ−Ｎ相間）を調整する。また、電圧調整装置２は、単相負荷に対して電圧を調整し、三相負荷に対して電圧を調整しない。

電圧調整装置２は、Ｒ相、Ｓ相低圧配電線1cR,1cSから検出した負荷電流からＴ相低圧配電線1cTに流れる三相負荷電流を取り除き、単相不平衡負荷分のみ個別に算出し、低圧配電線１ｃの送電端から末端電圧まで電圧の平衡化を行うとともに、送電端電圧から末端電圧まで規定値電圧内に維持するように各相個別に電圧を調整する。

電圧調整装置２は、検出用太陽電池２１、電流検出器２２ａ，２２ｂ，２２ｃ、電圧検出器２３、電圧調整部２４ａ，２４ｂ、制御回路２５、ゲート回路２６ａ，２６ｂを有している。

また、低圧配電線１ｃの送電端に直列変圧器（第１直列変圧器）Ｔ１ａ，直列変圧器（第２直列変圧器）Ｔ２ａの１次巻線（第１の１次巻線）Ｔ１ａｐ，１次巻線（第２の１次巻線）Ｔ２ａｐが直列に接続されている。また、図２に示すように、低圧配電線１ｃのうちの単相３線の送電端から末端までの間の複数地点Pt1〜Pt5に複数の負荷３−１〜３−５と複数の太陽光発電装置（ＰＶ）４−１〜４−５とが接続されている。

低圧配電線１ｃの配電線インピーダンスＺは、抵抗が％Ｒであり、リアクタンスが％Ｘである。低圧配電線１ｃの地点Pt1には、負荷３−１および太陽光発電装置４−１が接続され、地点Pt2には、負荷３−２および太陽光発電装置４−２が接続され、地点Pt3には、負荷３−３および太陽光発電装置４−３が接続され、地点Pt4には、負荷３−４および太陽光発電装置４−４が接続され、地点Pt5には、負荷３−５および太陽光発電装置４−５が接続されている。

なお、太陽光発電装置は、地点Pt1〜Pt5の全てに設ける必要はなく、例えば、地点Pt1〜Pt5の少なくとも１地点に設けられても良い。

また、太陽光発電装置は、低圧配電線の送電端から末端までの間の複数地点で同一の定格発電容量の太陽光発電装置が接続されるとは限らない。また、日射量が変化すると各々の太陽光発電装置の発電容量も変化する。このような場合、低圧配電線の送電端から末端までの電圧を精度良く規格値内に調整するためには、各太陽光発電装置の各発電容量を予測する必要がある。本実施例では、この予測に検出用太陽電池を設ける。

検出用太陽電池２１は、各太陽光発電装置４−１〜４−５の各発電容量を予測するために設けられたものであり、太陽光を受けて発電し、その発電量を太陽電池発電量として電圧調整回路２０に出力する。ここで、検出用太陽電池２１および各太陽光発電装置４−１〜４−５の各太陽電池は、太陽からの日射量がほぼ等しく届くように配置されている。また、電圧調整装置２には各地点Pt1〜Pt5における各太陽光発電装置４−１〜４−５の各定格発電容量が予め入力されている。

また、電圧調整回路２０は、検出用太陽電池２１からの太陽電池発電量と電流検出器２２ａ，２２ｂ，２２ｃからの検出電流と電圧検出器２３からの検出電圧とに基づき低圧配電線１ｃの送電端から末端までの電圧を規定値内に調整する。

より詳細には、電圧調整装置２は、低圧配電線１ｃの送電端から低圧配電線１ｃの末端までの配電線インピーダンスＺ（％Ｒ，％Ｘ）を予め入力するとともに、電流検出器２２ａ，２２ｂ，２２ｃの検出電流と電圧検出器２３の検出電圧とに基づき有効電流と無効電流とを演算し、太陽光発電装置４−１〜４−５による低圧配電線１ｃの末端電圧の電圧上昇を計算する。

また、電圧調整装置２は、検出用太陽電池２１からの太陽電池発電量に基づき、低圧配電線１ｃの送電端から末端までの間に取付けた各太陽光発電装置４−１〜４−５の各発電容量を予測計算する。具体的には、電圧調整装置２は、検出用太陽電池２１からの太陽電池発電量が定格太陽電池発電量（１００％）に対して何％かを求める。これをＡｏ％とする。また、電圧調整装置２に予め入力されている各地点Pt1〜Pt5における各太陽光発電装置４−１〜４−５の各定格発電容量（各定格電流）をＩｐｖ１Ｔ〜Ｉｐｖ５Ｔとすると、各太陽光発電装置４−１〜４−５の実際の発電による有効電流Ｉｐｖ１（又はＩｐｖ２，Ｉｐｖ３，Ｉｐｖ４，Ｉｐｖ５）は、
Ｉｐｖ１（又はＩｐｖ２，Ｉｐｖ３，Ｉｐｖ４，Ｉｐｖ５）＝Ｉｐｖ１Ｔ（又はＩｐｖ２Ｔ，Ｉｐｖ３Ｔ，Ｉｐｖ４Ｔ，Ｉｐｖ５Ｔ）×Ａｏ
として各地点毎に求められる。

図３は実施例１の電圧調整装置２による低圧配電線１ｃの末端電圧の電圧算出を示す図である。ここでは、説明を簡単にするために、地点Pt0、Pt1、Pt2のみとし、地点Pt0が三相４線式の低圧配電線１ｃの送電端で電圧調整装置２の出力端子（Ｒ２，Ｎ２，Ｓ２，Ｔ２）の位置とし、地点Pt2が三相４線式の低圧配電線１ｃの末端に相当する。

Ｐ1は地点Pt1の単相負荷３−１の有効電力、Ｑ1は単相負荷３−１の無効電力、Ｉｐ1は単相負荷３−１の有効電流、Ｉｑ1は単相負荷３−１の無効電流、ＰＶ1は太陽光発電装置４−１の有効電力、Ｉｐｖ1は太陽光発電装置４−１の有効電流である。Ｐ2は地点Pt2の単相負荷３−２の有効電力、Ｑ2は単相負荷３−２の無効電力、Ｉｐ2は単相負荷３−２の有効電流、Ｉｑ2は単相負荷３−２の無効電流、ＰＶ2は太陽光発電装置４−２の有効電力、Ｉｐｖ2は太陽光発電装置４−２の有効電流である。地点Pt0、Pt1間の配電線インピーダンスは、抵抗ｒ１，リアクタンスｘ１、地点Pt1、Pt2間の配電線インピーダンスは、抵抗ｒ２，リアクタンスｘ２である。

但し、Ｐ1，Ｑ1，Ｉp1，Ｉq1，ＰＶ1，Ｉｐｖ1は、いずれも三相負荷分を除いた値である。また、Ｐ2，Ｑ2，Ｉp2，Ｉq2，ＰＶ2，Ｉｐｖ2は、いずれも三相負荷分を除いた値である。

Ｖoは電圧調整装置２の地点Ｐt0の電圧、Ｉq0は単相負荷３−１，３−２の総無効電流（＝Ｉq1＋Ｉq2）、Ｉp0は単相負荷３−１，３−２の総有効電流（尚、この電流には太陽光発電電流を含む）（＝Ｉp1−Ｉｐｖ1＋Ｉp2−Ｉｐｖ2）である。

Ｉp3hは三相負荷分による有効電流（三相負荷電流しか流れない相（Ｔ相）の電流の有効電流分）、Ｉq3hは三相負荷分による無効電流（三相負荷電流しか流れない相（Ｔ相）の電流の無効電流分）である。但し、Ｉp0，Ｉq0は、いずれも三相負荷分を除いた値である。

電圧・電流検出点において、上記三相負荷分を含まないＩp0，Ｉq0を算出する方法には以下の２つの方法がある。

第１の方法は、まず、単相負荷及び太陽光発電電流が流れる電圧・電流検出地点の検出電流Ｉ0Lから有効電流分Ｉp0Lと無効電流分Ｉq0Lを算出し、次に三相負荷しか流れないＴ相の電流の有効電流分Ｉp3hと無効電流分Ｉq3hを算出し、これらの値から三相負荷電流分を取り除き、Ｉp0＝Ｉp0L−Ｉp3h、Ｉq0＝Ｉq0L−Ｉq3hを算出する。

第２の方法は、単相負荷及び太陽光発電電流が流れる電圧・電流検出地点の検出電流Ｉ0Lから三相負荷しか流れないＴ相の電流の位相を単相負荷の位相（２４０度ずらすなど）と合わせて求めた三相負荷電流分Ｉ3hの瞬時値電流を減算して算出する（瞬時値Ｉ0＝Ｉ0L−Ｉ3h）。

なお、Ｉ0Lは三相負荷電流と単相負荷電流及び太陽光発電電流を含んだ電圧・電流検出点の電流である。

電圧調整装置２は、電流検出器２２ａ，２２ｂ，２２ｃからの検出電流と電圧検出器２３からの検出電圧とに基づき、低圧配電線１ｃの末端の電圧を算出し、低圧配電線１ｃの送電端電圧から末端電圧までの電圧が規定値内になるように柱上変圧器１の出力電圧を調整する。

各負荷および各太陽光発電装置の各発電容量が低圧配電線１ｃに対して、均等に配置され、かつ負荷が力率負荷である場合には、配電線インピーダンス（％Ｒ，％Ｘ）＜＜負荷インピーダンス（ＲＬ、ＸＬ）の条件で、低圧配電線一線当り（一相当り）、
配電線電圧降下＝有効電流×配電線抵抗ｒ＋無効電流×配電線リアクタンスｘと見なせる。このため、低圧配電線１ｃの末端電圧は、
末端電圧＝送電端電圧−係数Ｋ×（有効電流×配電線抵抗％Ｒ＋無効電流×配電線リアクタンス％Ｘ）
で求められる。

係数Ｋは、％Ｒと抵抗値、％Ｘとリアクタンス値、配電線のインピーダンスおよび配電線の送電端に流れる有効電流の均等から配置された負荷量を求めるための換算から求められる。

基準電圧（検出電圧）を地点Pt0、末端電圧を地点Pt2とした場合の各配電線電圧降下は、配電線インピーダンス（％Ｒ、％Ｘ）＜＜需要家の負荷インピーダンス（ＲＬ、ＸＬ）の条件で、低圧配電線一線当り（一相当り）以下のようになる。

地点Pt1、Pt2間の電圧降下Ｖ1-2は、
Ｖ1-2＝ｒ2×（Ｉｐ2−Ｉｐｖ2）＋ｘ2×Ｉｑ2
となる。

地点Pt0、Pt1間の電圧降下Ｖ0-1は、
Ｖ0-1＝ｒ1×（Ｉｐ1＋Ｉｐ2−Ｉｐｖ1−Ｉｐｖ2）＋ｘ1×（Ｉｑ1＋Ｉｑ2）
となる。

地点Pt0、Pt2間の電圧降下Ｖ0-2は、
ｒ1＝ｒ2、ｘ1＝ｘ2として
Ｖ0-2＝ｒ1×（Ｉｐ1＋２×Ｉｐ2−Ｉｐｖ1−２×Ｉｐｖ2）＋ｘ1×（Ｉｑ1＋２×Ｉｑ2）となる。

Ｐ1＝Ｐ2、Ｑ1＝Ｑ2と仮定すると、
Ｖ0-2＝ｒ1×（３×Ｉｐ2−Ｉｐｖ1−２×Ｉｐｖ2）＋ｘ1×（３×Ｉｑ2）
地点Pt2の電圧（末端電圧）Ｖ2は、
Ｐ1＝Ｐ2、Ｑ1＝Ｑ2と仮定すると
Ｖ2＝Ｖ0−ｒ1×（３×Ｉｐ2−Ｉｐｖ1−２×Ｉｐｖ2）＋ｘ1×（３×Ｉｑ2）
さらに、ＰＶ1＝ＰＶ2と仮定すると
Ｖ0-2＝ｒ1×（３×Ｉｐ2−３×Ｉｐｖ2）＋ｘ1×（３×Ｉｑ2）
地点Pt2 の電圧は
Ｖ2＝Ｖ0−ｒ1×（３×Ｉｐ2−３×Ｉｐｖ2）＋ｘ1×（３×Ｉｑ2）
＝Ｖ0−ｒ1×１．５×Ｉｐ0＋ｘ1×１．５×Ｉｑ0
さらに、負荷力率１００％とした場合、
Ｖ0-2＝ｒ1×（３×Ｉｐ2−３×Ｉｐｖ2）
地点Pt2の電圧は
ＶPt2 ＝Ｖ0−ｒ1×（３×Ｉｐ2−３×Ｉｐｖ2）＝Ｖ0−ｒ1×１．５×Ｉｐ0
となる。

図４は実施例１の電圧調整回路の具体例の全体構成図である。図５は図４に示す実施例１の電圧調整回路の具体例の詳細構成図である。三相４線式の低圧配電線において、入力端子Ｒ１，Ｎ１，Ｓ１，Ｔ１に柱上変圧器１の２次巻線Ｓａ１，Ｓａ２，Ｓｂ１から三相４線式交流が入力され、出力端子Ｒ２，Ｎ２，Ｓ２，Ｔ２から三相交流が出力される。

電流検出器２２ａ（第１電流検出器）は、Ｒ相低圧配電線１cRに接続された直列変圧器Ｔ１ａの１次巻線Ｔ１ａｐに流れる電流を検出して、制御回路２５に出力する。電流検出器２２ｂ（第２電流検出器）は、Ｓ相低圧配電線１cSに接続された直列変圧器Ｔ２ａの１次巻線Ｔ２ａｐに流れる電流を検出して、制御回路２５に出力する。電流検出器２２ｃ（第３電流検出器）は、Ｔ相低圧配電線１cTに流れる電流を検出して、制御回路２５に出力する。

電圧検出器２３は、出力端子Ｒ２，Ｎ２，Ｔ２から各線間電圧（Ｒ−Ｓ相間又は、Ｒ−Ｓ相間、Ｓ−Ｔ相間、又はＲ−Ｓ相間、Ｓ−Ｔ相間、Ｔ−Ｒ相間）を検出して、制御回路２５に出力する。制御回路２５は、メモリ２５ａを有する。メモリ２５ａは、各地点間の配電線インピーダンスと各地点における各太陽光発電装置４−１〜４−５の各定格発電容量（各定格電流）とを記憶する。

制御回路２５は、検出用太陽電池２１、電流検出器２２ａ，２２ｂ２２ｃ、および電圧検出器２３の検出信号とメモリ２５ａからの各地点間の配電線インピーダンスと各地点における各太陽光発電装置４−１〜４−５の各定格発電容量（各定格電流）とに基づき、低圧配電線１ｃの末端電圧を算出する。

ゲート回路２６ａ，２６ｂは、制御回路２５からの末端電圧に基づき、電圧調整部２４ａ，２４ｂにゲート信号を送出する。

電圧調整部２４ａは、Ｒ−Ｎ相側に設けられ、電圧調整部２４ｂは、Ｎ−Ｓ相側に設けられている。電圧調整部２４ａ，２４ｂは、ゲート回路２６ａ，２６ｂからのゲート信号に基づき、低圧配電線１ｃの末端電圧が規定値内になるように交流半導体スイッチからなるトライアックＴＲＣ１〜ＴＲＣ５，ＴＲＣ６〜ＴＲＣ１０をオンまたはオフさせることにより補償電圧（直列変圧器Ｔ１ａの１次巻線Ｔ１ａｐの電圧、Ｔ２ａの１次巻線Ｔ２ａｐの電圧）を変えて、末端電圧の電圧上昇対策および電圧降下対策を行う。

図５では、電圧調整部２４ａの詳細構成を示す。なお、電圧調整部２４ｂも電圧調整部２４ａと同一構成である。ここでは、電圧調整部２４ａの構成を説明する。

図５において、直列変圧器Ｔ１ａの１次巻線Ｔ１ａｐは、入力端子Ｒ１と出力端子Ｒ２との間に接続され、直列変圧器Ｔ１ａの２次巻線（第１の２次巻線）Ｔ１ａｓの一端は、トライアックＴＲＣ１の一端に接続されている。直列変圧器Ｔ１ａの２次巻線Ｔ１ａｓの他端は、トライアックＴＲＣ２，ＴＲＣ５の一端に接続されている。

トライアックＴＲＣ１の他端は、トライアックＴＲＣ２，ＴＲＣ３，ＴＲＣ４の他端に接続されるとともに、ヒューズＦ１を介して入力端子Ｒ１に接続されている。トライアックＴＲＣ３の一端は、直列変圧器Ｔ２ａの２次巻線（第２の２次巻線）Ｔ２ａｓの一端に接続され、トライアックＴＲＣ４の一端は、直列変圧器Ｔ２ａの２次巻線Ｔ２ａｓの他端に接続されている。トライアックＴＲＣ５の他端は、入力端子Ｎ１に接続されている。

図６はトライアックＴＲＣ１〜ＴＲＣ５のオン／オフと補償電圧との関係を示す図である。ゲート回路２６ａは、トライアックＴＲＣ１〜ＴＲＣ５のゲート端子にゲート信号を出力する。

トライアックＴＲＣ１〜ＴＲＣ５は、ゲート信号に基づき、図６のテーブルに示すようにオン又はオフして、例えば、補償電圧を＋５Ｖ，＋２．５Ｖ，０Ｖ，−２．５Ｖ，−５Ｖとすることにより、直列変圧器Ｔ１ａの１次巻線Ｔ１ａｐの両端電圧が補償される。

低圧配電線１ｃの末端電圧が規定電圧以上であれば、最初に補償電圧を−２．５Ｖとし、まだ末端電圧が規定電圧以上であれば、補償電圧を−５Ｖとする。末端電圧が規定電圧未満であれば、最初に補償電圧を＋２．５Ｖとし、まだ末端電圧が規定電圧未満であれば、補償電圧を＋５Ｖとする。

例えば、補償電圧を−２．５Ｖとするときには、トライアックＴＲＣ１，ＴＲＣ５をオンさせることにより、１００Ｖの電圧を直列変圧器Ｔ１ａの２次巻線Ｔ１ａｓに印加させ、直列変圧器Ｔ１ａの１次巻線Ｔ１ａｐに−２．５Ｖを発生させる。

即ち、電圧調整装置２は、低圧配電線１ｃの電圧に対して、電圧調整部２４ａ，２４ｂで得られた電圧と同相又は逆相の補償電圧を直列変圧器Ｔ１ａ，Ｔ２ａの２次側に印加し、直列変圧器Ｔ１ａ，Ｔ２ａの１次側に電圧を発生させている。従って、低圧配電線の送電端から末端までの電圧を規定値内に調整することができる。

また、補償電圧が−２．５Ｖ，−５Ｖであるので、交流出力、即ち、地点（送電端）Pt0の電圧は下降することから、末端電圧の電圧上昇対策を行うことができる。同様にして、Ｎ−Ｓ相の電圧調整部２４ｂにトライアックＴＲＣ６〜ＴＲＣ１０を設け、トライアックＴＲＣ６〜ＴＲＣ１０をオン又はオフすることにより、Ｒ−Ｎ相、Ｎ−Ｓ相を独立に制御でき、不平衡負荷対策も行える。

図７は実施例１の電圧調整装置２の動作を示すフローチャートである。図７を参照しながら、実施例１の電圧調整装置２の動作を説明する。なお、ここでは、図３に示す簡単な例を挙げて説明する。

まず、単相４線式の低圧配電線（Ｒ相、Ｎ相、Ｓ相、及びＴ相低圧配電線１cR，１cN，１cS，１cT）のうちの三相３線（Ｒ相、Ｓ相、及びＴ相低圧配電線１cR，１cS，１cT）の各電流を検出する。この場合、送電端である低圧配電線１cの地点Pt0の電流、即ち、Ｒ相、Ｓ相、及びＴ相低圧配電線１cR，１cS，１cTの電流を電流検出器２２ａ，２２ｂ，２２ｃにより検出する（ステップＳ１０）。単相負荷が接続されていないＴ相低圧配電線１cTの検出電流は、三相３線負荷３ｅの三相負荷電流I3hとなる。Ｒ相低圧配電線１cRのＲ相負荷電流（第１負荷電流）とＳ相低圧配電線１cSのＳ相負荷電流（第３負荷電流）との各々の負荷電流は、低圧配電線電流IoLとなる。

また、地点Pt0の電圧を電圧検出器２３により検出する。即ち、電圧検出器２３により、各低圧配電線の線間電圧（Ｒ−Ｓ相間又は、Ｒ−Ｓ相間、Ｓ−Ｔ相間、又はＲ−Ｓ相間、Ｓ−Ｔ相間、Ｔ−Ｒ相間）を検出して、位相を１２０度ずらすなどして三相線間電圧Ｖ0を算出して、三相線間電圧Ｖ0と三相負荷電流I3hとに基づき三相３線負荷３ｅの三相負荷容量と三相負荷力率を算出する。

また、太陽電池発電量を検出用太陽電池２１により検出する。電圧調整回路２０内の制御回路２５は、検出用太陽電池２１からの太陽電池発電量と各太陽光発電装置４−１，４−２の各定格発電容量（各定格電流）とから各太陽光発電装置４−１，４−２の実際の発電による各有効電流Ｉｐｖ1，Ｉｐｖ2を算出する。

次に、制御回路２５は、Ｒ相、Ｓ相毎に、低圧配電線電流IoLから三相負荷電流I3hを減算し、電流Ｉoを算出する（ステップＳ１１）。電流Ｉoは単相負荷電流分と太陽光発電量電流分とを合わせたものである。

制御回路２５は、電流Ｉoと電圧検出器２３からの検出電圧Ｖ0とから有効電流Ｉp0、無効電流Ｉq0を求める（ステップＳ１３）。さらに、有効電流Ｉp0、無効電流Ｉq0と各有効電流Ｉｐｖ1，Ｉｐｖ2との差から各単相負荷３−１，３−２の有効電流Ｉｐ1,Ｉｐ2、無効電流Ｉｑ1,Ｉｑ2とを求める。

次に、制御回路２５は、配電線インピーダンス（ｒ，ｘ）のデータを用いて、所定の電圧計算により低圧配電線１ｃの末端電圧を算出する（ステップＳ１５）。所定の電圧計算とは、上記した低圧配電線１ｃに接続される負荷が力率負荷の場合の計算式である。ゲート回路２６ａ，２６ｂは、制御回路２５からの末端電圧に基づきゲート信号を生成する。

次に、電圧調整部２４ａ，２４ｂは、ゲート回路２６ａ，２６ｂからのゲート信号に基づき、末端電圧が規定値内になるようにトライアックＴＲＣ１〜ＴＲＣ１０をオン又はオフさせて、補償量（補償電圧）を調整し決定する（ステップＳ１７）。

ゲート回路２６ａ，２６ｂは、制御回路２５からの末端電圧および送電端電圧が規定値内かどうかを判定し、末端電圧および送電端電圧が規定値内でない場合には、ゲート信号を生成してステップＳ１７に戻る。

一方、末端電圧および送電端電圧が規定値内である場合には、ステップＳ１７で決定された補償量により、電圧調整装置２で補償し（ステップＳ２１）、地点Pt0の補償結果を確認する。
なお、応答時間および検出ヒステリシスは、設定変更でき、実稼働において最適となるように設定する。

このように、実施例１の電圧調整装置によれば、Ｒ相、Ｓ相、及びＴ相低圧配電線１cR，１cS，１cTの各電流を電流検出器２２ａ，２２ｂ，２２ｃにより検出し、Ｒ相低圧配電線１cRとＳ相低圧配電線１cSとに流れる低圧配電線電流IoLから、Ｔ相低圧配電線１cTの三相３線負荷３ｅの三相負荷電流I3hを減算するので、単相負荷の負荷電流のみを個別に算出でき、低圧配電線の送電端から末端までの電圧を規定値内に調整することができる。

また、例えば、太陽光発電量が負荷量を上回り、末端電圧が上昇した場合には、複数地点の各太陽光発電量を算出し、送電端の電流・電圧を検出し、逆潮流を含む有効電力、無効電力を算出し、これらと配電線インピーダンスから末端電圧を算出し、送電端電圧、末端電圧および各地点電圧が規定値内となるように電圧調整装置２の出力電圧を調整することができる。

図８は実施例２の電圧調整回路の具体例の回路構成図である。図８の実施例２の電圧調整回路は、直列インバータ回路を用いている。この直列インバータ回路は、直列変圧器Ｔ１ａ（Ｔ２ａ）の２次巻線Ｔ１ａｓ（Ｔ２ａｓ）に接続し、インバータを構成するスイッチ素子Ｔｒ１〜Ｔｒ４（Ｔｒ５〜Ｔｒ８）で補償電圧を生成し、直列変圧器Ｔ１ａ（Ｔ２ａ）へ印加している。

変圧器Ｔ５（Ｔ６），ダイオードＤ１〜Ｄ４（Ｄ５〜Ｄ８），コンデンサＣ１（Ｃ２）はコンバータを構成する。
電圧補償範囲は、直列変圧器Ｔ１ａ（Ｔ２ａ）の巻数比で決定され、電圧の補償量はインバータを用いているため、連続的に変化させることができる。

実施例２においても実施例１と同様に、直列変圧器Ｔ１ａ，Ｔ２ａの１次側に電流検出器２２ａ，２２ｂを接続し、Ｔ相低圧配電線１cTに電流検出器２２ｃを接続し、電流検出器２２ａ，２２ｂによりＲ相低圧配電線１cR及びＳ相低圧配電線１cSに流れる電流を検出し、電流検出器２２ｃによりＴ相低圧配電線１cTに流れる三相負荷電流を検出することにより、単相負荷のみに流れる単相負荷電流を検出することができる。

このように、実施例２の電圧調整装置によっても実施例１の電圧調整装置の効果と同様な効果が得られる。

なお、本発明は、実施例１，２の電圧調整装置に限定されるものではない。実施例１，２の電圧調整装置では、検出電圧と検出電流と太陽電池による太陽電池発電量とに基づいて有効電流、無効電流を求めたが、例えば、太陽電池による太陽電池発電量を用いずに、検出電圧と検出電流とに基づいて有効電流、無効電流を求めても良い。

また、三相４線式低圧配電系統は、柱上変圧器１がＶ結線やΔ結線で構成されているが、他の構成、例えば、Ｙ結線であっても良い。

また、実施例では、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相の各低圧配電線の電流を検出したが、Ｒ相、Ｓ相の各低圧配電線に接続された直列変圧器１の二次側電流を検出し、Ｒ相、Ｓ相の各低圧配電線に流れる電流を検出しても良い。

また、電圧算出式は、上記簡易式ではなくシミュレーションなどによる詳細演算で算出しても良い。また、実施例１，２の電圧調整装置では、電圧調整部２４ａ，２４ｂにトライアックなどの半導体スイッチを用いたが、この代わりに機械的スイッチを用いても良い。

また、電流検出器２２ａ，２２ｂは、ホール素子を用いた検出器でも良く、あるいは変流器でも良い。

本発明は、配電設備などに適用することができる。

１ 柱上変圧器
１ａ 高圧配電線
１ｂ，１ｃ 低圧配電線（Ｖ結線三相４線式）
２ 電圧調整装置
３−１〜３−５ 負荷
３ａ 単相３線負荷
３ｂ，３ｃ，３ｄ 単相２線負荷
３ｅ 三相３線負荷
４−１〜４−５ 太陽光発電装置（ＰＶ）
２０ 電圧調整回路
２１ 検出用太陽電池
Ｔ１ａ，Ｔ２ａ 直列変圧器
２２ａ，２２ｂ，２３ｃ 電流検出器
２３ 電圧検出器
２４ａ，２４ｂ 電圧調整部
２５，２５ａ 制御回路
２６ａ，２６ｂ ゲート回路
Ｚ 配電線インピーダンス

Claims (4)

1. 三相３線式の高圧配電線に接続される１次巻線と該１次巻線の電圧を降圧する２次巻線とを有する三相４線式配電系統の柱上変圧器を介して三相３線式の高圧配電線に接続され且つ三相４線式の第１相、中性相からなる第２相、第３相及び第４相低圧配電線に接続され、第１の１次巻線と該第１の１次巻線に電圧を発生させる第１の２次巻線とを有し且つ前記第１の１次巻線が前記第１相低圧配電線に直列に接続される第１直列変圧器と、第２の１次巻線と該第２の１次巻線に電圧を発生させる第２の２次巻線とを有し且つ前記第２の１次巻線が前記第３相低圧配電線に直列に接続される第２直列変圧器とを備え、前記三相４線式の低圧配電線の送電端から末端までの間の複数地点に接続される単相負荷及び三相負荷に給電し、前記第１直列変圧器の第１の１次巻線及び前記第２直列変圧器の第２の１次巻線の電圧を調整する電圧調整装置であって、
   前記第１相低圧配電線に流れる第１相負荷電流を検出する第１電流検出器と、
   前記第３相低圧配電線に流れる第３相負荷電流を検出する第２電流検出器と、
   前記三相負荷が接続される前記第４相低圧配電線に流れる三相負荷電流を検出する第３電流検出器と、
   前記第１相低圧配電線と前記第３相低圧配電線と前記第４相低圧配電線との各線間電圧を検出する電圧検出器と、
   前記第１相負荷電流及び前記第３相負荷電流から前記三相負荷電流を減算して前記第１相の単相負荷電流及び第３相の単相負荷電流を算出し、算出された単相負荷電流と前記電圧検出器からの各線間電圧と前記低圧配電線の配電線インピーダンスとに基づき前記低圧配電線の送電端から末端までの電圧が規定値内になるように前記第１直列変圧器及び前記第２直列変圧器の２次巻線の電圧を調整する電圧調整回路と、
   を備えることを特徴とする電圧調整装置。
2. 前記電圧調整回路は、前記負荷電流算出部からの単相負荷電流と前記電圧検出器からの検出電圧とに基づき前記負荷の有効電流および無効電流を算出し、前記負荷の有効電流および無効電流と前記低圧配電線の配電線インピーダンスとに基づき前記低圧配電線の末端の電圧を算出する制御回路と、
   前記制御回路で算出された前記低圧配電線の末端の電圧が規定値内になるように前記第１直列変圧器及び前記第２直列変圧器の１次巻線の電圧で調整するために、前記第１直列変圧器及び前記第２直列変圧器の２次巻線の電圧を調整する電圧調整部と、
   を備えることを特徴とする請求項１記載の電圧調整装置。
3. 太陽光発電装置が前記低圧配電線の送電端から末端までの間の複数地点の少なくとも１地点に接続され、
   前記太陽光発電装置の発電容量を予測するために設けられ、太陽光を受けて発電し、その発電量を太陽電池発電量として計測する検出用太陽電池が前記電圧調整回路に接続され、
   前記電圧調整回路は、前記検出用太陽電池からの太陽電池発電量により算出される前記太陽光発電装置の発電容量と前記負荷電流算出部からの単相負荷電流と前記電圧検出器からの検出電圧と前記低圧配電線の配電線インピーダンスとに基づき前記低圧配電線の送電端から末端までの電圧が規定値内になるように前記第１直列変圧器及び前記第２直列変圧器の２次巻線の電圧を調整することを特徴とする請求項１記載の電圧調整装置。
4. 前記電圧調整回路は、前記検出用太陽電池からの太陽電池発電量と前記太陽光発電装置の定格発電容量とに基づき前記太陽発電装置の発電容量を算出し、前記負荷電流算出部からの単相負荷電流と前記電圧検出器からの検出電圧とに基づき前記負荷の有効電流および無効電流を算出し、前記太陽光発電装置の発電容量と前記負荷の有効電流および無効電流と前記低圧配電線の配電線インピーダンスとに基づき前記低圧配電線の末端の電圧を算出する制御回路と、
   前記制御回路で算出された前記低圧配電線の末端の電圧が規定値内になるように前記第１直列変圧器及び前記第２直列変圧器の１次巻線の電圧で調整するために、前記第１直列変圧器及び前記第２直列変圧器の２次巻線の電圧を調整する電圧調整部と、
   を備えることを特徴とする請求項３記載の電圧調整装置。

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