JP5730652B2

JP5730652B2 - 電圧調整装置及び電圧調整方法

Info

Publication number: JP5730652B2
Application number: JP2011092535A
Authority: JP
Inventors: 紳▲祐▼ 藤原
Original assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Current assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Priority date: 2011-04-18
Filing date: 2011-04-18
Publication date: 2015-06-10
Anticipated expiration: 2031-04-18
Also published as: JP2012228045A

Description

本発明は、三相交流の高圧配電線（以下、三相配電線という。）における電圧不平衡の解消と電圧調整との双方を実施可能な電圧調整装置及び電圧調整方法に関する。

三相配電線路には、当該三相配電線路の電圧を調整して電力需要家への供給電圧の安定化を図るために、電圧調整装置が配置されている。このような電圧調整装置として、負荷変動が大きく電圧低下が著しい場所に設置される自動電圧調整用並列コンデンサ装置（以下、単にＳＳＣという。）や、電力需要家の力率改善用進相コンデンサの普及などにより、夜間や休日にフェランチ現象が発生しやすい場所に設置される自動電圧調整用分路リアクトル部（以下、単にＳＳＲという。）がある。

図３は、このような従来の電圧調整装置（ＳＳＣまたはＳＳＲ）の一例における要部の構成を示す結線図である。この図において、符号４０は電圧計測部（計器用変圧器）、４１は制御部、４２は制御指令出力線、４３は開閉器、４４はコンデンサ部またはリアクトル部を示している。この図に示すように、従来のＳＳＣ（またはＳＳＲ）は、三相配電線に設置された計器用変圧器４０によりＵ−Ｗ相間の線間電圧を常時計測し、制御部４１においてその計測結果が規定電圧範囲から外れている場合に、制御出力線４２を介して開閉動作指令信号を三相開閉器４３に出力して開閉動作を行わせ、それによって三相一括にてコンデンサ部（又はリアクトル部）４４を投入、遮断するようになっている。なお、本明細書においては、Ｕ−Ｖ，Ｖ−Ｗ，Ｗ−Ｕの各相間の線間電圧をそれぞれ「Ｕ−Ｖ線間電圧」、「Ｖ−Ｗ線間電圧」、「Ｗ−Ｕ線間電圧」と呼ぶことがある。

一方、三相配電線路は、電灯負荷と動力負荷とが共用されるのが通常であり、単相負荷のアンバランスな接続や、接続されている変圧器のインピーダンスの相違などにより、電圧不平衡の現象が生じるケースがほとんどであり、通常、電圧不平衡の指標である電圧不平衡率は約１〜３％程度となっている。前記のＳＳＣまたはＳＳＲは三相一括制御型であるために、三相配電線にすでに電圧不平衡が生じている場合には、その問題を解消できないという問題がある。この三相配電線における電圧不平衡の問題を解消するために、当該三相配電線路の区間ごと各相の電流を計測し、三相の位相を切り替えることで通過電流の平準化を図り、三相の電圧降下を均一にすることが提案されている。しかし、この提案では、配電線路の区間電流の実態測定や区間ごとの三相の位相切替などの煩雑な作業が必要となり、あまり実用化されていないのが現状である。

特開２００９−１７７８６８号公報

本発明は、前記事情に鑑み、三相電線路における前記のような電圧不平衡を解消するとともに、線間電圧のそれぞれを調整することができる電圧調整装置を提供することを目的とする。

前記目的は、本発明の一局面によれば、三相電線路の各相間の線間電圧のそれぞれを計測可能な電圧計測部と、当該三相電線路の各相間に開閉器を介して並列接続されるコンデンサ部またはリアクトル部と、前記線間電圧計測結果のうちの１つを基準電圧として選定し、残りの各相間の線間電圧計測値のいずれかとこの基準電圧との偏差が規定範囲から外れた場合にその相間に接続された前記コンデンサ部または前記リアクトル部の開閉器に対して開閉動作指令を出力可能な制御部とを備えてなることを特徴とする電圧調整装置によって達成される。

前記目的は、本発明の別の局面によれば、三相電線路の各相間にそれぞれ設けた電圧計測部を用いて前記各相間の線間電圧をそれぞれ計測し、当該各相間の線間電圧計測結果のうちの１つを基準電圧として選定し、残りの各相間の線間電圧計測値のいずれかと当該基準電圧との偏差が規定範囲から外れた場合にその相間に開閉器を介して並列接続されたコンデンサ部またはリアクトル部の当該開閉器を開閉するようにしたことを特徴とする電圧調整方法によって達成される。

本発明の電圧調整装置及び電圧調整方法は、三相電線路の線間電圧のそれぞれを常時監視し、いずれかの相間の線間電圧が規定電圧範囲から外れた場合には、その相間に接続されているコンデンサ部またはリアクトル部の開閉器のみを単独で開閉動作させ、当該コンデンサ部又はリアクトル部を投入、遮断することとしたので、三相電線路の各相間における電圧不平衡を解消でき、電力品質が向上する。また、本発明の電圧調整装置及び電圧調整方法は、三相電線路の任意の相間の線間電圧を基準とし、当該基準の電圧とその他の線間電圧との偏差を監視し、その結果により前記と同様にコンデンサ部またはリアクトル部の投入、遮断を行い、より直接的に電圧不平衡の解消に特化させることができる。

本発明の電圧調整装置の一実施形態における要部の構成を示す結線図である。本発明のコンデンサ部を備えた実施形態についてのシミュレーション結果を示すグラフである。本発明のリアクトル部を備えた電圧調整装置についてのシミュレーション結果を示すグラフである。従来公知の電圧調整装置の一例における要部の構成を示す結線図である。

以下、添付図面を参照して本発明の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、コンデンサ部を操作する本発明の電圧調整装置の一実施形態の要部の構成を示す結線図である。この図において、符号Ｕ、Ｖ、Ｗは三相電線路の各相、１０、１４、１８は電圧計測部、１１、１５，１９は制御部、１２、１６、２０は制御出力線、２２，２５、２８は開閉器、２３、２６、２９はコンデンサ部を示している。

この図に示す実施形態では、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相からなる三相電線路において、Ｕ−Ｖ、Ｖ−Ｗ及びＷ−Ｕの各相間にそれぞれ線間電圧計測用の電圧計測部１０、１４、１８が設置されている。これら各電圧計測部１０、１４、１８の２次出力はそれぞれ制御部１１、１５、１９に向けて出力されている。このような各々の線間の電圧計測部としては、従来公知の単相計器用変圧器や三相計器用変圧器などが挙げられる。また、前者の単相計器用変圧器の場合には、図１に示すように、これを複数台用意し、これらを線間のそれぞれに設置し、それぞれの計器用変圧器の１次側に各相線からの分岐線をそれぞれ接続し、後者の三相用の場合には、その１次側の各端子に各相線からの分岐線を接続する。また、その２次側の各端子には、それぞれ信号線の一端が接続されている。これら各信号線は、後述する制御部１１、１５、１９の信号入力端子にそれぞれ接続されている。

制御部１１、１５、１９はそれぞれ、Ｕ−Ｖ相間、Ｖ−Ｗ相間及びＷ−Ｕ相間の線間電圧計測値の入力を常時受けてこれらを監視し、それぞれの計測値が予め規定されている電圧範囲に属するか否かを判定し、当該電圧範囲から外れた場合には、それぞれ制御信号線１２、１６、２０を通して単独で制御指令を発するように構成されている。ここで、前記電圧範囲（以下では、規定電圧範囲という。）は、通常、目標電圧設定値および不感帯整定値によって規定される。また、これらの制御部１１、１５、１９はそれぞれ動作時限要素を備え、入力された線間電圧の前記目標電圧との偏差の大きさに応じて決定される時間を超えて前記電圧範囲を超えた場合に制御指令を出力するように構成できる。制御部１１、１５、１９はまた、入力計測値が過電圧または不足電圧か否かを判定し、そのような異常電圧と判定した場合に所定の制御指令などを出力可能な機能を備えていることが好ましい。このような制御部としては、従来公知の電圧調整継電器、又は従来公知の電圧調整継電器を含む電圧制御系などが好適に使用できる。

各制御部１１、１５、１９はそれぞれ、規定電圧範囲を超えた電圧偏差の大きさに応じて段階的に複数の制御指令を出力するように構成できる。このような複数回の制御指令の出力はそれぞれ、各制御部１１、１５、１９の内部または外部に、前記電圧偏差信号の入力を受けてその大きさに応じて出力ルートを変更可能なスイッチング手段（不図示）を設けることで、達成できる。

前記三相電線路におけるＵ−Ｖ、Ｖ−Ｗ及びＷ−Ｕの各相間に並列に接続されるコンデンサ部２２、２５、２８はそれぞれ、図１に示すように、開閉器２３、２６、２９と、これらに接続されているコンデンサ２４、２７、３０との組み合わせからなる。開閉器２２、２５、２８はそれぞれ、前記制御部１１、１５、１９からの制御信号線１２、１６、２０を通じた制御指令の入力を受け、遠隔にて開閉可能とされている。また、コンデンサ２４，２７，３０の容量はそれぞれ略同等であり、三相電線路における電圧変化および電流変化などのデータから適宜設定できる。

これらのコンデンサ部２２、２５、２８は、複数の開閉器及びコンデンサの組み合わせによりコンデンサバンクとして構成することもできる。この場合、各制御部１１，１５，１９では、前記のようにそれぞれが監視する線間電圧計測値の目標電圧との偏差に応じて、制御指令信号を複数回段階的に出力し、それぞれの制御指令信号に対応するコンデンサバンク内のコンデンサの開閉器を開閉させるように構成することができる。

本発明の電圧調整装置は、このような構成により、各相間の線間電圧を監視し、そのうちの任意の相間における線間電圧が規定の電圧範囲から電圧が低くなる方向に外れた場合に、当該相間に接続されたコンデンサ部の開閉器を閉じ、コンデンサ部を投入することで、当該コンデンサ部の容量に相当する分、線間電圧を昇圧することができる。また、コンデンサ部が投入された状態で、その相間における線間電圧が規定電圧範囲から高い方向に外れた場合には、開閉器を開き、コンデンサ部を遮断することで、当該コンデンサ部の容量分だけ線間電圧を下げることができる。コンデンサ部が複数の開閉器及びコンデンサの組み合わせからなるコンデンサバンクとして構成されている場合には、任意の相間における線間電圧が規定電圧範囲から外れた場合に段階的にコンデンサが投入され、一部又は全部のコンデンサが投入された状態で、その相間における線間電圧が規定電圧範囲から高い方向に外れた場合には、反対に段階的にコンデンサを遮断していくことで、当該線間電圧を下げることができる。

また、本発明の電圧調整装置では、各相間のうちの任意の１の線間電圧を基準電圧とし、この基準電圧とその他の相間の線間電圧との偏差を監視し、当該偏差の大きさが所定の範囲を外れた場合に、制御部よりコンデンサ部の開閉器に対して制御指令を出力し、これを開閉させて三相配電線の電圧不平衡を解消することもできる。この場合、制御部において、前記の線間電圧計測値と目標電圧との電圧偏差から、基準電圧と他の相間の線間電圧との電圧偏差に監視対象を切換、変更することで、このような電圧不平衡解消に特化させることができる。ここで、基準電圧としてどの線間電圧を選定するかは、ソフトウェア的に制御部が自動的に自ら決定するようにしてもよく、あるいは操作者が外部から制御部に対して入力するなどして予め固定的に決定してもよい。選定にあたっては、本発明の電圧調整装置を設置する三相配電線の各相間の線間電圧の推移や当該設置場所における電圧が上昇傾向か低下傾向かなどを考慮することができる。

あるいは、制御部にて前記２つの電圧偏差をともに常時監視するようにしてもよい。この場合には、制御部において、２つの大きさの異なる不感帯を設定できるようにし、前者の電圧偏差に大きい方の不感帯設定値を充て、後者の電圧偏差を小さい方の不感帯設定値を充てることができる。そうすることで、常時は、基準電圧に対して残りの２相の線間電圧の少なくとも一方が規定電圧範囲から外れた場合に電圧調整を行い電圧の不平衡の解消を図り、負荷変動によって電圧偏差が相対的に大きくなることがあれば、各相間の電圧を調整するように機能させることができる。

なお、コンデンサ部を備える電圧調整装置の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばフェランチ現象の発生しやすい場所においては、コンデンサ部に代えてリアクトル部を備えた電圧調整装置とし、いずれかの相間の線間電圧が規定の電圧範囲から外れた場合に制御部から出力される制御指令によって当該相間のリアクトル部を投入、遮断させて電圧調整を行うようにしてもよい。また、このリアクトル部を備えた電圧調整装置もまた、コンデンサ部の場合と同様に基準電圧を設定し、これと残りの線間電圧のそれぞれとの電圧偏差に応じてこれらの相間のリアクトル部を投入、遮断して電圧不平衡の解消に特化させることができ、あるいは前記の電圧調整と電圧不平衡解消との双方を実施できる装置として構成することもできる。

図２は、図１に示す実施形態において、Ｗ−Ｕ相間の線間電圧を基準電圧とし、残りの２相間の線間電圧が規定の電圧範囲から外れた場合に各相間のコンデンサ部（２５、２８）を投入、遮断するシミュレーションを行った結果を示すグラフであり、（ａ）はシミュレーション前、（ｂ）はシミュレーション後の各相間の線間電圧の推移を示している。また、図３は、本発明のリアクトル部を備える電圧調整装置にて、前記の場合と同様に、Ｗ−Ｕ相間の線間電圧を基準電圧とし、残りの２相間の線間電圧が規定の電圧範囲から外れた場合に当該各相間のリアクトル部を投入、遮断するシミュレーションを行った結果を示すグラフであり、（ａ）はシミュレーション前、（ｂ）はシミュレーション後の各相間の線間電圧の推移を示している。これらの図に示すように、本発明の電圧調整装置を用いることで、三相配電線の電圧不平衡を解消できるようになる。

以上説明したように、本発明の電圧調整装置及び電圧調整方法は、三相電線路の線間電圧のそれぞれを常時監視し、いずれかの相間の線間電圧が規定電圧範囲から外れた場合には、その相間に接続されているコンデンサ部またはリアクトル部の開閉器のみを単独で開閉動作させ、当該コンデンサ部又はリアクトル部を投入、遮断することとしたので、三相電線路の各相間における電圧不平衡を解消でき、電力品質が向上する。また、本発明の電圧調整装置及び電圧調整方法は、三相電線路の任意の相間の線間電圧を基準とし、当該基準の電圧とその他の線間電圧との偏差を監視し、その結果により前記と同様にコンデンサ部またはリアクトル部の投入、遮断を行い、より直接的に電圧不平衡の解消に特化させることができる。

１０、１４、１８電圧計測部（計器用変圧器）
１１、１５，１９制御部
１２、１６、２０制御信号線
２２、２５、２８コンデンサ部
２３、２６、２９開閉器
２４、２７、３０コンデンサ
Ｕ、Ｖ、Ｗ三相電線路の相線

Claims

三相電線路の各相間の線間電圧のそれぞれを計測可能な電圧計測部と、当該三相電線路の各相間に開閉器を介して並列接続されるコンデンサ部またはリアクトル部と、前記線間電圧計測結果のうちの１つを基準電圧として選定し、残りの各相間の線間電圧計測値のいずれかとこの基準電圧との偏差が規定範囲から外れた場合にその相間に接続された前記コンデンサ部または前記リアクトル部の開閉器に対して開閉動作指令を出力可能な制御部とを備えてなることを特徴とする電圧調整装置。
三相電線路の各相間にそれぞれ設けた電圧計測部を用いて前記各相間の線間電圧をそれぞれ計測し、当該各相間の線間電圧計測結果のうちの１つを基準電圧として選定し、残りの各相間の線間電圧計測値のいずれかと当該基準電圧との偏差が規定範囲から外れた場合にその相間に開閉器を介して並列接続されたコンデンサ部またはリアクトル部の当該開閉器を開閉するようにしたことを特徴とする電圧調整方法。